Белок тихоходки защитил клетки мыши от разрывов в ДНК при облучении

Лучевая терапия — высокоэффективный метод лечения рака, который давно стал важным инструментом врачей-онкологов. Однако эта терапия сопровождается серьезными острыми и хроническими побочными эффектами. Она может вызывать повреждения ротовой полости или горла, при которых пациент с трудом может есть и пить из-за сильной боли. Особенно часто лучевая терапия применяется при онкозаболеваниях желудочно-кишечного тракта и может привести к ректальному кровотечению. В результате многие пациенты откладывают лечение или даже отказываются от него.

В то же время всеми любимые микроскопические организмы, представители типа Tardigrada, или тихоходки, известны своей необыкновенной способностью выдерживать дозы радиации, смертельные для большинства других форм жизни. Уникальный белок-супрессор повреждений (Dsup), встречающийся только у тихоходок, локализуется вместе с их ДНК и помогает защищать ее от одноцепочечных и двуцепочечных разрывов, вызванных радиацией.

Эти наблюдения вдохновили ученых из Массачусетского технологического института, больницы Бригам-энд-Уимен, Университета Айовы и других научных центров на создание системы доставки мРНК белка Dsup в клетки, которые могут подвергнуться облучению. Такой подход может значительно снизить риск побочных эффектов радиации для пациентов, проходящих лучевую терапию.

мРНК была выбрана, поскольку ее экспрессия в цитоплазме клетки облегчает последующее проникновение в ядро. Кроме того, эффективность и безопасность доставки мРНК в липидных наночастицах доказана после выхода на рынок двух вакцин против COVID-19 от Moderna и Pfizer.

Чтобы увеличить эффективность трансфекции, исслдедователи протестировали более 200 катионных полимеров поли(β-аминоэфиров) и включили несколько наиболее удачных вариантов в состав липидных наночастиц.

Затем исследователи оценили локальную экспрессию белка in vivo. Наночастицы с мРНК люциферазы светлячка мышам вводили в буккальную или ректальную ткань (чтобы имитировать защиту, например, при радиотерапии рака головы и шеи или рака простаты). Результаты оценивали через 3, 6, 24 и 96 часов после инъекции. В первые сутки экспрессия люциферазы была значительно выше, если мРНК доставлялась в липидных частицах с полимерами, по сравнению с инъекцией свободной мРНК. К 96-му часу экспрессия люциферазы прекращалась в обоих вариантах.

Для оценки эффективности мРНК Dsup в защите от радиации ученые провели эксперименты на мышах C57BL/6. Они локально вводили мРНК Dsup в щеку или прямую кишку за несколько часов до облучения, дозировка которого соответствовала дозам радиации, получаемым пациентами с онкологическими заболеваниями. Методика оценки повреждений ДНК включала использование метода ДНК-комет и окрашивание клеток на фосфорилированный гистон H2Ax, который является биомаркером двуцепочечных разрывов ДНК.

Количество двуцепочечных разрывов ДНК у этих мышей в месте инъекции снизилось на 50%. Также клетки, экспрессирующие Dsup, образовывали значительно больше колоний после воздействия нескольких доз радиации по сравнению с контрольными клетками.

Важно отметить, что локальная доставка мРНК Dsup не защищала от воздействия радиации первичную опухоль в модели рака полости рта у мышей. Следовательно, временная экспрессия радиопротекторных белков может уменьшить повреждения, вызванные радиацией, без ущерба для эффективности лечения опухоли.

Анализ цитокинов и трансаминаз в плазме крови мышей показал, что экспрессия Dsup не вызывает системного иммунного ответа. тем не мене авторы рассматривать варианты снижения потенциальной иммунногенности этого белка, чужеродного для млекопитающих. Обсуждаются, кроме того, альтернативные способы введения (например, микроиглы) и продление экспрессии белка после инъекции, например, за счет использования самоамплифицирующейся РНК.

Таким образом, временная экспрессия белка тихоходки в клетках млекопитающего позволяет снизить уровень побочных эффектов и повреждений ДНК при лучевой терапии. Исследователи высказывают предположение, что белок Dsup также может быть полезен для защиты организма от космического излучения или как средство профилактики при воздействии ядерного излучения.

Тихоходка переживает облучение благодаря усиленной репарации ДНК