Российские ученые из лаборатории доктора биологических наук профессора Владимира Прасолова в Институте молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАН (ИМБ РАН) работают над подходами к персонифицированному лечению рака. Для этого они на уровне генов и белков исследуют изменения, происходящие при злокачественном перерождении клетки. Результаты их работы по молекулярным механизмам развития лейкозов (лейкемии), о которой они рассказали «Газете.Ru», опубликованы в престижном международном медицинском журнале Leukemia (импакт-фактор журнала — около 10). На продолжение этих исследований ученые получили грант Российского научного фонда.
Слитный ген – толчок к раку
Миелоидные лейкозы — это одни из самых распространенных злокачественных заболеваний крови. Их развитие часто связано с хромосомными перестройками – транслокациями, когда происходит обмен фрагментами двух негомологичных (то есть не составляющих одну пару) хромосом.
Иногда при этом образуется слитный ген, состоящий из генов, лежащих на разных хромосомах. Такой ген приводит к синтезу нового необычного белка. В случае острого миелоидного лейкоза высока частота транслокации (то есть перестройки) между 8-й и 21-й хромосомами, которая приводит к появлению в кроветворных клетках слитного онкобелка AML1-ETO.
«Нормальный белок AML1 принимает участие в развитии кроветворных клеток, что в конечном счете обеспечивает все многообразие здоровых зрелых клеток крови. А слитный ген кодирует онкобелок AML1-ETO, который предотвращает нормальную дифференцировку (созревание клеток), в результате чего в крови накапливаются злокачественные незрелые клетки, что означает лейкоз», — объясняет Владимир Прасолов «Газете.Ru» процесс образования рака крови.
Мутации наносят двойной удар
Как показали российские исследователи, образования одного дефектного слитного гена недостаточно для того, чтобы развилась болезнь. Для того чтобы клетка стала злокачественной, «лейкозной», необходимо, чтобы возникла как минимум еще одна мутация в той же самой клетке, но уже в другом гене.
«Это так называемая двухударная модель, – говорит «Газете.Ru» кандидат биологических наук научный сотрудник ИМБ РАН Павел Спирин.
— Но кроме этого важно учитывать, что возникновение одних мутаций может приводить к возникновению и накоплению других мутаций.
Нарушается баланс регуляторных клеточных процессов, которые реализуются через так называемые сигнальные пути — цепочки биохимических реакций, осуществляемых с участием последовательной активации различных регуляторных белков. Следствием нарушения такого баланса является дальнейшая прогрессия злокачественного перерождения».
Исследователи стали изучать, что произойдет, если подавить работу дефектного слитного гена в раковых клетках. Вернутся они к нормальному статусу или нет. Они использовали так называемую РНК-интерференцию – это биологический механизм, в результате которого маленькая РНК подавляет экспрессию целого гена. Исследователи «выключали» экспрессию гена AML1-ETO в клетках Kasumi-1.
«Kasumi-1 — это клетки, поддерживаемые в культуре, полученные от семилетнего японского мальчика по имени Касуми, у которого был острый миелоидный лейкоз, — объясняет «Газете.Ru» Владимир Прасолов. — Мы хотели посмотреть, может ли клетка вернуться к нормальному статусу, если выключить этот ген. Вообще мы можем выключать ген за геном и смотреть, насколько они важны для злокачественного состояния».
При подавлении гена AML1-ETO свойства клеток менялись, но они все же не становились здоровыми. Ученые убедились, что хотя этот ген запускает онкологический процесс, в дальнейшем появляются новые мутации, так что его «выключение» клетку уже не спасает.
«Это означает, что ген AML1-ETO не может быть единственной мишенью для терапевтического воздействия на миелоидный лейкоз, и необходимо воздействие на другие, дополнительные новые мишени. И их нужно искать», — подчеркнул Павел Спирин.
Биологи поставили перед собой задачу: выяснить, какие сигнальные пути меняются в раковых клетках и к чему это приводит. Одни и те же сигнальные пути могут изменяться по-разному у разных пациентов. «По этим признакам можно будет сказать, как лечить данного больного, и предсказать эффективность курса предполагаемой терапии, — говорит Владимир Прасолов. — Это персонифицированная медицина. В то же время сейчас чаще всего существует одно или очень ограниченное количество методов лечения».
В рамках полученного гранта Российского научного фонда ученые начинают работать с Федеральным научно-клиническим центром детской гематологии, онкологии и иммунологии имени Дмитрия Рогачева. В этом клиническом институте есть обширная коллекция образцов костного мозга детей с лейкемией до и после лечения. С использованием этой коллекции биологи из ИМБ РАН, зная сигнальные пути, могут вычислить, какой способ лечения подходит для данного пациента, а какой не подходит. А могут прогнозировать и создание новых лекарственных препаратов.
«Наверняка есть изменения в сигнальных путях, общие для какой-то группы больных, – говорит Павел Спирин. – И мы пытаемся их найти.
Для доставки гена или подавления определенных клеточных генов с помощью РНК-интерференции биологи из лаборатории профессора Прасолова используют вирусные векторы, своего рода «вирусы одноразового действия». В этих векторах удалены все вирусные гены, а вместо них вставлены изучаемые и маркерные гены, что позволяет придать клеткам новые свойства и следить за их судьбой.
Второе направление работы лаборатории – поиск новых эффективных ингибиторов патогенных вирусов. На основе «вирусов одноразового действия» ученые разработали систему безопасного поиска ингибиторов ВИЧ – вируса, вызывающего СПИД. «Есть проблема, — объясняет Прасолов, — работать с настоящим ВИЧ можно только в сертифицированных лабораториях, которых у нас мало.
Рак движется по разным путям
Как вирусы превращают в «одноразовые шприцы»
Такой одноразовый вирус может встраивать в геном клетки-мишени не свои гены, как это бывает в случае с инфекционным ВИЧ, а ген флуоресцирующего белка. Это очень удобно — вы добавляете некое вещество, которое считаете ингибитором ВИЧ. Если клетка не светится, значит, это хороший ингибитор, если светится, значит плохой». С помощью этой системы уже найдено несколько новых соединений, способных стать основой новых эффективных лекарств.
Что же касается рака, то помимо лейкозов ученые из ИМБ РАН начали работать с нейробластомой – опухолью симпатической нервной системы. Задача все та же – распознать и описать сигнальные пути, которые нарушаются в раковых клетках конкретного больного. Чтобы лечить именно так, как нужно ему, а не травить всех одной и той же «химией».