Почему аденокарциному поджелудочной железы так трудно лечить?
Аденокарцинома поджелудочной железы характеризуется быстрым прогрессированием заболевания, ранним развитием лекарственной устойчивости и ограниченными возможностями эффективного лечения. В опухолевых клетках наблюдается накопление хромосомных перестроек, точечных мутаций и структурных повреждений ДНК, которые приводят к частым разрывам ДНК и неправильному восстановлению во время деления клеток. Параллельно клетки полагаются на пути восстановления этих повреждений. Постоянное возникновение и последующее восстановление повреждений ДНК в опухолевых клетках снижает действие цитотоксических препаратов. Важную роль в этом процессе играет гомологичная рекомбинация, при которой поврежденная ДНК восстанавливается путем копирования информации из неповрежденной копии той же хромосомной области.
В клинической практике применяют препараты, подавляющие действие фермента поли(АДФ-рибозы)-полимеразы, одним из наиболее часто используемых представителей является олапариб. Олапариб нарушает репарацию ДНК в опухолевых клетках, в которых гомологичная рекомбинация не функционирует должным образом, чаще всего из-за изменений в генах BRCA. В результате повреждение ДНК накапливается до такой степени, что клетка не может продолжать делиться. Этот терапевтический принцип известен как синтетическая летальность и основан на том, что одного дефекта репарации ДНК недостаточно, чтобы блокировать деление клетки, а сочетание двух таких дефектов приводит к функциональному коллапсу клетки. Основным ограничением применения ингибиторов поли(АДФ-рибозо)-полимеразы является то, что они оказывают эффект только в опухолях с нарушенной гомологичной рекомбинацией, тогда как при консервативных механизмах репарации эффект слабый или отсутствует.
Какова роль взаимодействия между RAD51 и BRCA2 в репарации ДНК?
Белок RAD51 играет центральную роль в гомологичной рекомбинации. Он связывается с поврежденной цепью ДНК и участвует в выравнивании этой цепи с консервативной противоположной цепью, которая содержит неповрежденную генетическую информацию. Таким образом обеспечивается восстановление недостающей нуклеотидной последовательности в поврежденной цепи. Активность RAD51 не возникает самостоятельно и зависит от регуляторных белков. Среди них BRCA2 является ключевым, поскольку он нацеливается и стабилизирует RAD51 на поврежденной ДНК, что необходимо для правильного восстановления в ядре клетки.
Нарушение взаимодействия между RAD51 и BRCA2 приводит к ослаблению гомологичной рекомбинации, хотя синтез обоих белков сохраняется. Причина – нарушение их согласованного участия в восстановлении поврежденной ДНК, а не недостаток самих белков. В результате опухолевые клетки функционируют в условиях, аналогичных условиям при дефектах гена BRCA, что делает их чувствительными к ингибиторам поли(АДФ-рибозы)-полимеразы и расширяет их терапевтическую применимость. Долгое время такой подход считался труднореализуемым, поскольку классические низкомолекулярные препараты не оказывают эффективного влияния на взаимодействие между белками, такими как RAD51 и BRCA2.
Как аптамер Apt1 усиливает эффект терапии олапарибом при аденокарциноме поджелудочной железы?
Аптамеры все чаще используются в исследованиях молекулярных механизмов рака. Они представляют собой короткие синтетические последовательности рибонуклеиновой или дезоксирибонуклеиновой кислоты, выбранные для прямого связывания с определенными участками данного белка. Аптамеры не выполняют функцию носителей генетической информации, а действуют как функциональные молекулы, пространственная организация которых определяет их специфическое взаимодействие с белками. По этому механизму они нарушают белок-белковые взаимодействия, в том числе участвующие в репарации ДНК, не изменяя при этом ни синтеза, ни количества самих белков в клетке. Исследование было проведено Итальянский технологический институт и был опубликован в рецензируемом журнале Природные коммуникации.
С помощью вычислительных методов анализа взаимодействий между нуклеиновыми кислотами и белками был создан аптамер, специфически связывающийся с белком RAD51. Aptamer Apt1 прикрепляется к RAD51 в месте, которое предотвращает его связывание с BRCA2. В результате RAD51 не может эффективно воздействовать на поврежденную ДНК и не в полной мере участвует в восстановлении нарушенной нуклеотидной последовательности. Это приводит к задержке репарации ДНК и накоплению тяжелых геномных повреждений в опухолевых клетках.
Результаты экспериментов показывают, что введение только аптамера Apt1 приводит к подавлению гомологичной рекомбинации в культивируемых клетках аденокарциномы поджелудочной железы. Сообщалось о значительно более выраженном эффекте при сочетании Apt1 с олапарибом, при котором подавление репарации ДНК становилось более полным. Такая комбинация приводит к реализации синтетической летальности и обеспечивает противоопухолевую активность при более низких дозах олапариба. Это создает предпосылки для снижения токсичности лекарств. Параллельно эксперименты показали, что нормальные клетки значительно меньше влияли на одновременное введение Apt1 и олапариба, что указывает на относительную избирательность этого терапевтического эффекта.
Функциональная блокировка взаимодействия RAD51 и BRCA2 позволяет эффекту ингибиторов поли(АДФ-рибозы)-полимеразы не зависеть напрямую от наличия тех или иных генетических мутаций. Временно подавляя гомологичную рекомбинацию, опухоли без первичного дефекта BRCA-зависимой репарации ДНК, которые изначально не реагируют на этот класс лекарств, могут стать чувствительными к уже использованным лекарствам. Это имеет практическое значение при аденокарциноме поджелудочной железы, где возможности медикаментозного лечения ограничены, а продление действия доступных препаратов клинически значимо.
Доклинические данные показывают, что аптамеры, созданные с помощью компьютерной инженерии, могут нацеливаться на специфические молекулярные взаимодействия в опухолевых клетках и нарушать их. В сочетании с уже используемыми противоопухолевыми препаратами это позволяет контролируемо подавлять репарацию ДНК без изменения синтеза или количества ключевых белков в клетке. Следующий этап – клиническая оценка, направленная на определение безопасности и терапевтического эффекта данного подхода в реальных условиях.
Ссылки:
1. Лорд С.Дж., Эшворт А. Ингибиторы PARP: синтетическая летальность в клинике. Наука. 2017;355(6330):1152–1158. doi:10.1126/science.aam7344.
2. Хелледей Т. Основной механизм синтетической летальности PARP и BRCA: прояснение недоразумений. Мол Онкол. 2011;5(4):387–393. doi:10.1016/j.molonc.2011.07.001.
3. Пракаш Р., Чжан Й., Фэн В., Джасин М. Гомологичная рекомбинация и здоровье человека: роль BRCA1, BRCA2 и связанных с ними белков. Колд Спринг Харб Перспектива Биол. 2015;7(4):a016600. doi:10.1101/cshperspect.a016600.
4. Киф А.Д., Пай С., Эллингтон А. Аптамеры как терапевтические средства. Nat Rev Drug Discov. 2010;9(7):537–550. дои: 10.1038/nrd3141.