За последние два десятилетия таргетная терапия рака изменила прогнозы для тысяч пациентов. Нацелившись на конкретную генетическую мутацию, лежащую в основе рака пациента, эти методы лечения позволили все большему количеству пациентов испытывать меньше токсических побочных эффектов и, зачастую, жить без болезней после лечения.
Но до 28 мая 2021 года, когда U.S. Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов одобрило соторазиб для лечения немелкоклеточного рака легких, не существовало таргетной терапии для людей, страдающих от наиболее распространенного генного фактора роста опухоли, белка KRAS.
Эта давно откладывающаяся веха в лечении, возможно, вообще не произошла бы без плодотворных достижений химика Калифорнийского университета в Сан-Франциско и исследователя Медицинского института Говарда Хьюза, Кевана Шоката, доктора философии.D., которому удалось оживить поиски святого Грааля после того, как почти все остальные отказались.
Крупнейший игрок в смертоносных раковых заболеваниях
Ученые знают с 1970-х годов – с открытия Нобелевской премии "онкогены" профессора UCSF Дж. Майкл Бишоп, доктор медицины, и Гарольд Вармус, доктор медицины, – что нормальные гены внутри клетки могут мутировать, заставляя клетку поворачиваться против тела и развиваться в опасные для жизни опухоли.
Это открытие положило начало успешной охоте за новыми мутациями, вызывающими рак, из которых сейчас известно более 100, а также усилиям по разработке новых методов лечения рака, специфичных для этих генов. В 1998 году лекарство от рака молочной железы Герцептин стало первым препаратом, направленным на определенный онкоген, за которым с тех пор последовало увеличение числа лекарственных препаратов, нацеленных на онкогены.
Тем не менее, мутации KRAS, которые обнаруживаются примерно в четверти солидных опухолей и являются основной причиной рака легких, удалось избежать этих попыток.
Онкогенный KRAS был открыт четыре десятилетия назад и почти сразу был признан значительным открытием. Но после долгих и в конечном итоге безрезультатных раундов разработки лекарств белок, кодируемый онкогеном, был признан "непоколебимый"—А "Звезда Смерти" рака – и эти усилия были оставлены.
Мутации KRAS при раке по-прежнему связаны с плохими результатами и неэффективностью других методов лечения. При раке легких, который долгое время был основной причиной смертности от рака, мутации KRAS вызывают рост около 25000 новых случаев рака легких каждый год.
Шокат находит скрытый карман KRAS
Основная цель белка KRAS – переносить сигналы роста извне клетки в ядро клетки. Там он активирует дополнительные биохимические пути вниз по течению, которые передают сигналы роста внутри клетки. Мутации, связанные с раком, заставляют KRAS проводить большую часть времени в "на" позиция, постоянно активизирующая дальнейший рост.
В отличие от более типичных онкогенных ферментов, KRAS не имеет легкодоступного кармана на своей поверхности, где лекарство могло бы задерживаться и блокировать доступ естественного активатора KRAS, крошечной молекулы, называемой GTP. В предыдущем исследовании KRAS сопротивлялся попыткам вытеснить GTP из активного центра и взаимодействовать с любым низкомолекулярным лекарством. Также не было другой точки доступа, где можно было бы прикрепить лекарство, чтобы отключить белок.
Шокат, профессор кафедры клеточной и молекулярной фармакологии, чьи исследования сосредоточены на открытии низкомолекулярных лекарств, уже изучал молекулярные пути, которые включают ферменты, такие как GTPases. Он также был особенно заинтересован в разработке молекулярных инструментов для создания связывающих карманов на белках, которые не существуют в природе. И он уже был сосредоточен на обнаружении клинически применимых аспектов белков при раке и сделал предыдущие открытия, связанные с раком, которые в конечном итоге привели к успешной разработке лекарств. KRAS был идеальной головоломкой.
В 1999 году коллега Шоката из UCSF Фрэнк Маккормик, доктор философии.D., ФРС, которая была хорошо осведомлена о предыдущих неудачах отрасли в пресечении KRAS в борьбе с раком, убедила Шоката попробовать.
Запустив проект, который длился несколько лет, Шокат решил сосредоточиться на известном, но часто упускаемом из виду "одноточечный" мутация в KRAS, в которой аминокислота цистеин заменяет то, что обычно является аминокислотой глицином.
Аспирант Джон Острем использовал высокопроизводительный подход к скринингу наркотиков, разработанный профессором Джимом Уэллсом, доктором философии.D., для поиска небольших молекул, которые могут химически связываться с мутацией цистеина, а также влиять на активность KRAS. Как только ему это удалось, Ульф Петерс, доктор философии.D., научный сотрудник, использовал метод с высоким разрешением, называемый х-кристаллографией, для определения структуры белка, связанного с лекарством.
Это выявило расположение и форму ранее неизвестного, доступного кармана на поверхности KRAS, полностью отличного от сайта связывания GTP, который ранее был в центре внимания разработки лекарств. Небольшие молекулы, которые связались с мутантным цистеином, заморозили белок в неактивном состоянии, что позволило Шокату предположить, что разработка лекарства возможна.
До этого считалось, что мутировавший KRAS почти всегда находится в активированном состоянии. Но к 2016 году ученые из Wellspring Biosciences, компании, соучредителями которой Шокат и Маккормик, обнаружили, что даже при мутации фермент циклически меняется между активным и неактивным состояниями, и ученые компании успешно использовали прототип лекарства для уничтожения опухолевых клеток в живых организмах. животные.
Wellspring заключил партнерство с Janssen Biotech, дочерней компанией Johnson & Джонсон, для дальнейшей разработки лекарств, нацеленных на эту отличительную мутацию KRAS. Затем несколько других фармацевтических компаний снова вышли на рынок. Гонка снова началась.
"Если бы мы не основали компанию и не работали с ними, чтобы добиться этих важных достижений, я не знаю, поверили бы другие компании достаточно в то, как работает препарат, чтобы вернуться к своим собственным программам разработки лекарств," Шокат говорит.
Препараты KRAS подходят к финишу
Первой компанией, попавшей в пленку, была Amgen, которая в мае получила ускоренное одобрение FDA на свой препарат Lumakras (соторасиб). Amgen’s "CodeBreaK 100" клиническое исследование показало, что препарат уменьшал опухоли у 37 процентов пациентов с запущенными формами рака, которые уже получали один или несколько системных препаратов – химиотерапию, иммунотерапию или таргетную терапию – со средним ответом на 11 месяцев. Ожидается, что одобрение препарата для этой группы пациентов немедленно изменит клиническую практику.
Основываясь на свойствах препарата Шокат, впервые задуманных давно, он с оптимизмом смотрит на то, что большие шаги в разработке ингибиторов KRAS находятся в стадии разработки. В отличие от большинства таргетных методов лечения, новые препараты, направленные на точечную мутацию цистеина, не влияют на белок KRAS, обнаруженный в нормальных клетках. По его словам, эта функция, вероятно, уменьшит побочные эффекты комбинаций лекарств, которые направлены на нанесение нокаутирующего удара до того, как опухоль разовьет лекарственную устойчивость.
"Обнадеживает переход от отсутствия ответа у этих пациентов к 37-процентному ответу на один препарат," он сказал. "Но я думаю, что комбинированная терапия будет намного лучше."
Шокат говорит, что есть еще одно преимущество у такого сильно прикрепленного препарата.
"Необратимое связывание лекарства с мутантным цистеином означает, что лекарство по существу становится частью белка," он объяснил, описывая новое сотрудничество с профессором Чарльзом Крейком. "Этот связанный с лекарством белок может распознаваться иммунной системой как отдельная чужеродная мишень, что повышает вероятность того, что добавление таргетной иммунотерапии к лечению может улучшить результаты для пациентов."
Около 13 процентов немелкоклеточного рака легких (НМРЛ) имеют точечную мутацию цистеина в KRAS. Кроме того, в одном и том же месте в белке, называемом кодоном 12, и примерно в таком же количестве случаев KRAS мутирует в другую аминокислоту, в аспарагиновую кислоту или валин.
Среди рака толстой кишки около 40 процентов имеют мутации KRAS, большинство из которых происходит в кодоне 12 с аспарагиновой кислотой. Наиболее поразительно то, что около 90 процентов случаев рака поджелудочной железы – также чрезвычайно смертельного заболевания – приписываются мутации KRAS, а мутации валина или аспарагиновой кислоты в кодоне 12 составляют около 75 процентов случаев.
"Я думаю, что скоро появятся лекарства, нацеленные на эти другие мутации кодона 12, в клинических испытаниях," Шокат говорит. "Это будет следующий, большой, захватывающий шаг в продвижении KRAS. Теперь, когда у нас есть хорошая справка, больше не будет отпускания."