Учёные из Stanford Medicine создали двухкомпонентную молекулу, которая заставляет ключевой белок, способствующий развитию B-клеточной лимфомы, работать против раковых клеток. У мышей лечение этим экспериментальным соединением дважды в день привело к полному исчезновению агрессивных опухолей лимфомы в течение 11 дней.
Исследование продолжает стратегию, которую команда разрабатывала несколько лет. Вместо простого отключения белка, способствующего росту рака, учёные сконструировали малую молекулу, которая связывает его с другим белком, запускающим встроенную программу гибели клетки. По мнению исследователей, такая «перестройка» молекул в перспективе может найти применение не только при лимфоме, но и при других видах рака и некоторых аутоиммунных заболеваниях.
«Мы пытаемся, по сути, бороться с раком с помощью его же причины — берём движущую силу опухоли и перенаправляем её на активацию механизмов гибели клеток», — пояснил Джеральд Крэбтри (Gerald Crabtree), доктор медицины, профессор патологии имени Дэвида Корна и профессор биологии развития.
Крэбтри делит старшее авторство исследования, опубликованного в журнале Cell, с Натаниэлем Греем (Nathanael Gray), доктором философии, профессором химической и системной биологии; Стивеном Хиншоу (Stephen Hinshaw), доктором философии, доцентом молекулярной и клеточной физиологии; и Майклом Грином (Michael Green), доктором философии, директором по трансляционным и лабораторным исследованиям лимфомы и миеломы в Онкологическом центре MD Anderson. Ведущими авторами работы стали аспирант Мередит Никс (Meredith Nix) и постдокторант Сай Гурисанкар (Sai Gourisankar), доктор философии.
Диффузная крупноклеточная B-клеточная лимфома — наиболее распространённая форма неходжкинской лимфомы, разновидности рака крови. Во многих случаях заболевание обусловлено белком BCL6. В здоровых иммунных клетках BCL6 присоединяется к ДНК и временно отключает гены, которые в обычных условиях останавливают рост клеток или запускают их гибель. Эта временная блокировка даёт иммунным клеткам время размножиться во время иммунного ответа. Когда угроза минует, другие белки модифицируют BCL6, и он теряет способность подавлять эти гены. Лишние иммунные клетки затем погибают путём апоптоза — контролируемой формы запрограммированной гибели, позволяющей организму удалять ненужные, повреждённые или раковые клетки без воспаления и вреда для окружающих тканей. Проблема возникает, когда BCL6 остаётся постоянно активным: в клетках лимфомы белок застревает в положении «включено», непрерывно подавляя гены гибели и позволяя злокачественным клеткам бесконтрольно размножаться.
Крэбтри, Грей и их коллеги стремились не просто снять это подавление, а перевести те же гены гибели клеток в высокоактивное состояние. Для этого они использовали метод химически индуцированной близости (chemically induced proximity), при котором химические связи сближают молекулы, обычно почти не взаимодействующие друг с другом. Исследователи создали молекулу TCIP3, работающую по принципу двустороннего ключа. «Одна сторона связывается с BCL6, — рассказала Никс. — Другая сторона связывается с одним из двух белков — P300 или CBP, которые добавляют к близлежащим белкам химические метки, так называемые ацетильные метки». Когда ацетильная метка добавляется к BCL6, белок теряет способность подавлять гены гибели клеток. P300 и CBP также ставят ацетильные метки на соседние гистоны — структуры, помогающие упаковывать ДНК в клетке. Эти изменения заставляют гистоны ослабить хватку на ДНК, открывая доступ факторам транскрипции, необходимым для включения генов. Это даёт иной эффект, чем у существующих препаратов, которые воздействуют на BCL6 путём блокировки или разрушения. «Мы не просто снимаем репрессию, которую обеспечивает BCL6; мы активно запускаем экспрессию этих генов гибели клеток, и именно поэтому нам удаётся получить по-настоящему мощные соединения», — отметила Никс, сравнив разницу с ослаблением тормоза автомобиля и нажатием на газ до упора.
Чтобы понять, почему TCIP3 столь эффективна, исследователи изучили соединение на атомном уровне. Они кристаллизовали молекулярный комплекс и облучили его рентгеновскими лучами, что позволило точно увидеть, как TCIP3 соединяет белки. Структурный анализ выявил неожиданную особенность: после сближения белков молекулой TCIP3 они образовали несколько дополнительных химических связей друг с другом. Эти взаимодействия помогли стабилизировать весь комплекс, усилив эффект гибридной молекулы сверх первоначальных ожиданий. «С помощью структурных исследований и биофизических измерений мы установили, что TCIP3 действует как своего рода молекулярный клей, скрепляющий эти белки вместе», — сказал Гурисанкар. Опираясь на структурные данные, химики сделали связь между двумя половинами молекулы более жёсткой. Это помогло сохранить благоприятные взаимодействия, не давая молекуле изгибаться и терять энергию. Полученное соединение TCIP3 убивало выращенные в лаборатории клетки лимфомы при очень низких концентрациях. Затем команда проверила TCIP3 на мышах, которым имплантировали человеческие клетки лимфомы. После того как клетки развились в опухоли, животных лечили TCIP3 дважды в день. «К 11-му дню опухоли, обработанные TCIP3, полностью исчезли, тогда как у контрольных животных они остались», — сообщила Никс. У пролеченных мышей не наблюдалось явных признаков токсичности, а анализы крови не выявили роста воспалительных сигналов. При этом TCIP3 также уничтожала герминальные центры — скопления быстро делящихся иммунных клеток, сильно зависящих от BCL6 и представляющих тот же тип клеток, которые становятся аномальными при лимфоме. Этот эффект указал на ещё одно возможное применение технологии: клетки герминальных центров играют важную роль в некоторых аутоиммунных заболеваниях, включая ревматоидный артрит и миастению гравис. В связи с этим исследователи полагают, что молекулы, подобные TCIP3, в перспективе можно будет изучать как средства лечения и этих состояний.
TCIP3 пока не готов к применению у людей. Соединение требует дальнейшей химической доработки и проверки на других видах животных, прежде чем можно будет рассматривать переход к клиническим испытаниям на человеке. Тем не менее сама стратегия может иметь широкий потенциал. Исследователи используют двусторонние (бивалентные) молекулы, чтобы перенаправлять активность способствующих раку белков, а не просто блокировать их. Сейчас они ищут другие белки, стимулирующие рак, которые могут оказаться уязвимыми для такого же типа молекулярного «сватания». «Это может стать мощным подходом к борьбе с другими репрессорами гибели клеток или факторами транскрипции, контролирующими гены, которые мы хотим активировать при раке», — сказала Никс. В исследовании участвовали специалисты Онкологического центра MD Anderson и платформы поиска лекарств на основе искусственного интеллекта Deep Origin. Работа финансировалась Национальными институтами здравоохранения (гранты CA276167, CA163915, R01CA3044298, MH126720-01, S10OD028697-01, R01CA201380 и 1K99CA296700-01), Медицинским институтом Говарда Хьюза, Фондом Мэри Кэй, Фондом Уильямса, Фондом семьи Виктор, Эдом и Беатрис Швейцер, Междисциплинарной стипендией имени Дэвида Л. Сзе и Кэтлин Донахью, а также преддокторской стипендией PhRMA Foundation в области поиска лекарств. Крэбтри является основателем и научным консультантом Shenandoah Therapeutics, которая имеет лицензию Стэнфордского университета на технологию TCIP, описанную в исследовании. Грей — основатель, научный консультант и член совета директоров Shenandoah Therapeutics.