Фактор фрагментации ДНК способствует выживанию опухолевых клеток при таргетной терапии

Нередко при использовании таргетной терапии опухоли приобретают резистентность. При этом происходит отбор небольшой популяции персистирующих опухолевых клеток, которые спустя некоторое время дают начало колониям так называемых DTEP-клеток (drug-tolerant expanded persister — расширенной популяции устойчивых к терапии персистирующих клеток); происходит рецидив. Устойчивость DTEP-клеток к терапии становится необратимой в процессе накопления мутаций, однако неясно, являются ли такие мутации инициирующим событием для формирования DTEP.

Изучая процесс формирования лекарственной устойчивости к таргетной терапии в культурах клеток меланомы, аденокарциномы легкого и инвазивной протоковой карциномы молочной железы, группа ученых из Калифорнийского университета в Сан-Диего установила, что персистирующие опухолевые клетки постоянно «балансируют» на грани апоптоза. У них повышена проницаемость внешней мембраны митохондрий, происходит частичное высвобождение цитохрома c в цитоплазму, а также «промежуточное» повышение активности каспаз 3 и 7, недостаточное для клеточной гибели (после прекращения лекарственного воздействия популяция опухолевых клеток восстанавливалась). При этом апоптотический сигналинг не был активен до воздействия препаратов.

Известно, что активация каспаз в ответ на клеточный стресс приводит к разрушению ДНК за счет специальных ферментов — ДНК-эндонуклеаз. Ученые выяснили, что то же самое происходит в персистирующих опухолевых клетках. Важным участником этого процесса является ДНК-эндонуклеаза DFFB, которая после активации каспазами вызывает фрагментацию ДНК. В персистирующих опухолевых клетках при преходящем апоптотическом стрессе это приводит к повреждению ДНК. Однако активность DFFB является необходимой для восстановления и продолжения роста опухоли после завершения терапии: в экспериментах на мышах при инактивации гена, кодирующего DFFB, не формировались колонии DTEP-клеток, и популяция опухолевых клеток не восстанавливалась.

Предполагалось, что активность DFFB может способствовать выживанию и росту популяции персистирующих опухолевых клеток за счет накопления мутаций. Однако полноэкзомное секвенирование показало, что среди мутаций, возникающих из-за DFFB, нет ни одной, ассоциированной с устойчивостью к лекарственным препаратам.

Исследователи определили альтернативный механизм поддержания роста опухолевых клеток. РНК-секвенирование показало, что в персистирующих клетках и DTEP-клетках повышена экспрессия так называемых интерферон-стимулируемых генов, то есть происходит активация интерферонового сигналинга, стимулом для которого является попадание в цитоплазму нуклеиновых кислот из митохондрий при повышении проницаемости их мембран. Одна из функций интерферон-стимулируемых генов заключается в подавлении опухолевого роста, однако небольшая часть персистирующих опухолевых клеток сохраняет способность возобновить пролиферацию и сформировать колонии DTEP-клеток после лечения. Учитывая, что инактивация DFFB приводила к усилению интерферонового сигналинга, в частности, к активации STAT1 (ключевого транскрипционного фактора в этом каскаде), ученые пришли к выводу, что DFFB подавляет интерфероновый сигналинг в достаточной степени, чтобы обеспечить возобновление роста небольшой популяции опухолевых клеток.

Наиболее подходящим кандидатом на роль «посредника», активируемого DFFB и подавляющего экспрессию интерферон-стимулируемых генов, оказался белок ATF3. ATF3 является фактором ответа на клеточный стресс, который активируется при повреждении ДНК, активации интерферонового сигналинга и под влиянием сигнального пути ISR (integrated stress response – интегрированного ответа на стресс). Исследователи показали, что в персистирующих опухолевых клетках на ATF3 действуют первые два фактора. Вызвав деплецию ATF3 с помощью системы CRISPR-Cas, они установили, что отсутствие этого белка приводит к повышению экспрессии STAT1 и продуктов других интерферон-стимулируемых генов, а также к нарушению формирования колоний DTEP-клеток. ATF3 подавляет интерферон-стимулируемые гены за счет ингибирования комплекса транскрипционных факторов AP1.

РНК-секвенирование показало, что аналогичные процессы происходят в опухолях в организме человека. Исследуя образцы меланомы и рака легкого от пациентов, получающих таргетную терапию, ученые выяснили, что в опухолевых клетках усилена экспрессия ATF3 и интерферон-стимулируемых генов. В целом речь идет о сигнатуре анастаза — феномена обращения вспять процессов апоптоза и выживания клетки. При клинической прогрессии заболевания и развитии у опухолевых клеток полной устойчивости к терапии эти признаки утрачиваются — то есть анастаз является свойством персистирующих и DTEP-клеток. Он может приводить к повреждению ДНК и появлению дополнительных мутаций, усилению способности клеток к миграции и инвазии.

Результаты этого исследования указывают на новую потенциальную мишень в лечении опухолей. Отсутствие DFFB не является летальным, что дает возможность заблокировать этот белок. Такой подход позволит предотвратить формирование резистентности к таргетным препаратам на наиболее ранних этапах.

Начальные этапы апоптоза индуцируют резистентность у клеток опухоли