В своей работе, которая провозглашает новую, более эффективную форму таргетной терапии рака, ученые Института рака Дана-Фарбер разработали химическую технологию, которая не просто отключает злонамеренные белки в опухолевых клетках, как это делают современные агенты, но и уничтожает их.
Как описано в исследовании, опубликованном 21 мая в Интернете журналом Science, стратегия использует собственный аппарат опухолевых клеток, расщепляющий белок, для расщепления и удаления белков, которые вызывают рост рака. При испытании на лабораторных образцах лейкозных клеток и на животных с лейкозом, подобным человеческому, этот подход заставлял раковые клетки умирать намного быстрее, чем при использовании традиционных таргетных методов лечения.
Исследователи разработали стратегию как способ разработки ингибиторов "непоколебимый" белки и преодолеть лекарственную устойчивость, общий недостаток таргетной терапии. Устойчивость возникает, когда опухоли, которые первоначально отреагировали на определенную терапию, удается обойти действие препарата и возобновить свой рост.
"Одна из причин возникновения резистентности заключается в том, что белки, связанные с раком, часто выполняют несколько функций внутри клетки, а традиционные таргетные методы лечения подавляют только одну или несколько из этих функций," сказал старший автор статьи Джеймс Брэднер, доктор медицины, онколог и химик из Dana-Farber. "Обычные лекарства позволяют целевому белку адаптироваться к лекарству, а клетка находит альтернативные пути для своих сигналов роста.
"Мы начали разрабатывать подходы, которые заставляют целевой белок распадаться, а не просто подавляться," он продолжил. "Было бы очень эффективно, если бы мы могли химически превратить лекарство-ингибитор в лекарство, разлагающее его."
Это потребует манипулирования естественной системой выведения белка из клетки. Использованные или ненужные белки помечаются для утилизации ферментами, которые присоединяют к ним белок, называемый убиквитином. Затем отмеченные белки попадают в структуру, называемую протеасомой, где они измельчаются и перерабатываются. Три фермента, получившие название E1, E2 и E3, взаимодействуют, чтобы прикрепить метки.
Чтобы использовать эту систему для разрушения раковых белков, команда Брэднера разработала химический адаптер, который прикрепляется к целевой молекуле лекарства. Адаптер работает как крошечный трейлер, позволяя лекарству буксировать механизм расщепления белка клетки непосредственно к интересующему белку. После связывания с этим белком комбинация лекарственного средства и расщепителя белка по существу разрушает его.
Команда протестировала технологию, которую они назвали "дегронимиды" – в лабораторных пробах лейкозных клеток. Они начали с препарата JQ1, который ингибирует BRD4, белок, который управляет экспрессией генов роста рака. Они построили адаптер из фталимида – химического производного препарата талидомид – и прикрепили его к JQ1. Фталимид был разработан для плотного связывания с ферментом E3, расщепляющим белок (называемым цереблон), что делает его идеальным в качестве прицепного устройства.
Когда исследователи лечили лейкозные клетки JQ1-и-фталимидом "сопрягать" называемый dBET1, белок BRD4 в клетках разлагался менее чем за час. Такая быстрая и обширная деградация предполагает, что конъюгаты могут предотвращать или препятствовать развитию резистентности раковых клеток к таргетной терапии, утверждают исследователи.
"Эффективность, селективность и быстрота этого подхода, а именно способность сосредоточиваться именно на BRD4, беспрецедентны в клинических подходах к деградации белка," Брэднер сказал.
Чтобы определить, насколько на самом деле селективен dBET1, исследователи измерили уровни всех белков в лейкозных клетках через один и два часа после лечения. "Мы были ошеломлены, обнаружив, что только три белка из более чем 7000 во всей клетке подверглись деградации: BRD2, 3 и 4, – исключительная степень селективности, управляемая намеченными мишенями JQ1," Брэднер сказал. "Как будто dBET1 управляется лазером, чтобы доставить разрушающий белок механизм к целевым белкам."
Затем исследователи протестировали dBET1 на мышах с широко распространенной и агрессивной формой лейкемии человека. Как и в лабораторных образцах клеток, в опухолевых клетках наблюдалась быстрая деградация BRD4 и мощный антилейкозный эффект с небольшими заметными побочными эффектами.
Чтобы увидеть, могут ли соединения, отличные от JQ1, использоваться в качестве направляющей системы для конъюгата, исследователи создали набор молекул, которые блокируют механизм разложения белка на соединении под названием SLF, которое нацелено на белок под названием FKBP12. Когда они лечили раковые клетки SLF, они обнаружили, что подавляющее большинство FKBP12 в клетках разлагается в течение нескольких часов.
Воодушевленные этими результатами, исследователи Dana-Farber работают над созданием производной dBET1, которая может использоваться в качестве лекарственного средства для пациентов-людей, а также над расширением конъюгированной стратегии для лечения других видов рака и других генетически обусловленных заболеваний.
"Мы очень рады, что эта химическая технология может предложить способ улучшить многие молекулы противораковых лекарств, и, конечно же, эта стратегия имеет значение не только для рака, но и для лечения других опасных для жизни заболеваний," Брэднер сказал.
"Соединения dBET1 и dFKBP12 в настоящее время находятся на последней стадии оптимизации для терапевтических разработок как при раковых, так и при незлокачественных заболеваниях," говорит Прем Дас, доктор философии, главный специалист по развитию исследовательского бизнеса в Dana-Farber. "На эти и другие дополнительные целевые агенты, а также на платформу по химии были поданы заявки на патент по составу и способу использования. Они будут лицензированы для коммерциализации соответствующей компании в соответствии со стандартной практикой Дана-Фарбер." Потенциальные партнеры или инвесторы могут связаться с Дасом в офисе Belfer для Dana-Farber Innovations.