Чувствительность раковых клеток к ингибиторам PARP зависит от работы лизосом

Одна из главных трудностей в лечении онкозаболеваний состоит в том, что одна и та же терапия может помогать одним пациентам и быть неэффективной для других. Для того, чтобы препарат оказал воздействие, необходимо, в частности, достижение требуемой концентрации в клетке, однако не до конца ясно, как влияет гетерогенность раковой опухоли на распределение препарата. Авторы статьи в Nature Communications попытались выяснить это на примере высокозлокачественной серозной карциномы яичника и обнаружили, что некоторые клетки накапливают препараты в лизосомах намного активнее, чем другие, и это коррелирует с ответом отдельных клеток на терапию. 

Ингибиторы поли(АДФ-рибоза)-полимеразы (PARP) значительно улучшили лечение высокозлокачественной серозной карциномы яичника, однако у ряда пациенток опухоли резистентны к этим препаратам или приобретают устойчивость со временем. Ученые проанализировали распределение ингибиторов PARP в эксплантатах опухолей, полученных от пациенток с этим типом рака. Для этого они культивировали образцы ткани, собранные после резекции опухоли у трех женщин, и обрабатывали их нирапарибом, рукапарибом или олапарибом. Накопление препарата в отдельных участках ткани определяли методом масс-спектрометрии, а также проводили транскриптомный и иммуногистохимический анализ, чтобы охарактеризовать саму ткань.

Равновесное распределение ингибиторов PARP в тканях эксплантата достигалось через 24 часа. Используя содержание препаратов в отдельных участках как непрерывную переменную, исследователи применили линейную модель со смешанными эффектами и выявили гены, экспрессия которых была связана с повышенной или пониженной локальной концентрацией рукапариба или нирапариба. Анализ генной онтологии указал на обогащение лизосомальными сигнатурами в тех клетках, которые усиленно накапливали эти препараты. 

Затем авторы смоделировали реакцию на олапариб, рукапариб и нирапариб на клеточной линии высокозлокачественной серозной карциномы яичника. Они сопоставили накопление препаратов в отдельных клетках и уровень ɣH2AX — маркера двуцепочечных разрывов ДНК. Рукапариб сам по себе способен к флуоресценции, поэтому визуализацию проводили с помощью флуоресцентной микроскопии. Таким способом исследователи показали, что накопление рукапариба происходит крайне гетерогенно на уровне отдельных клеток. 

Дальнейший анализ подтвердил, что рукапариб локализовался в лизосомах. При этом гетерогенность не объяснялась генетическими различиями между отдельными клетками. Степень накопления рукапариба коррелировала с уровнем ɣH2AX, то есть препарат эффективнее убивал клетки, которые упаковали его в лизосомы.

Аналогичное явление авторы обнаружили на ряде клеточных линий других типов рака. Это подтверждает, что накопление рукапариба в лизосомах — универсальный фактор, который не зависит от генетического фона клетки и коррелирует со степенью повреждений ДНК. 

Когда ученые предварительно обработали клетки бафиломицином — антибиотиком, который нарушает закисление лизосом, — накопление рукапариба и нирапариба в них снижалось. По-видимому, оно связано с функциональностью лизосомального компартмента клетки.

Однако в случае олапариба такой разницы в биодоступности, связанной с лизосомами, анализ не выявил. Исследователи связывают это с тем, что, в отличие от него, рукапариб и нирапариб обладают слабоосновными свойствами. 

Таким образом, накопление слабоосновных ингибиторов PARP, а следовательно, и ответ на эти препараты, зависит от работы лизосом отдельной клетки. Такое накопление создает в раковой клетке запас препарата, который затем может высвобождаться и действовать на опухоль даже после того, как концентрация лекарства в крови снизится. Иными словами, лизосомы служат резервуаром для подгруппы ингибиторов PARP, и это усиливает ответ опухоли на препарат. 

Комбинация ингибиторов PARP и химиотерапии повысила выживаемость у пациентов с раком молочной железы