Фермент APOBEC3A может участвовать в развитии резистентности рака

Резистентность опухолей к противораковым препаратам, приобретаемая ими в ходе терапии, остается нерешенной клинической проблемой. Несмотря на то, что разнообразные причины развития подобной резистентности уже описаны, молекулярные механизмы этого процесса остаются не до конца изученными. Геномное профилирование опухолей пациентов выявило связь эволюции злокачественных новообразований с цитидиндезаминазами семейства APOBEC, однако их роль в развитии приобретенной лекарственной устойчивости до сих пор не определена.

Цитидиндезаминазы APOBEC в норме катализируют гидролитическое дезаминирование цитидина в уридин и приводят к заменам C → T или C → G в TpC повторах в геноме. Мутации этих белков присутствуют во многих видах рака, но их роль в развитии резистентности к терапии пока не была определена. Исследователи из онкологического центра в Бостоне выяснили, что цитидиндезаминаза APOBEC3A увеличивает нестабильность генома клеток рака легкого и способствует развитию клеток с транзиторным лекарственно-толерантным состоянием (DTP).

Для этого они провели полноэкзомное секвенирование клеток немелкоклеточного рака легкого (NSCLC), развивших устойчивость к ингибиторам тирозинкиназы (TKI), и определили мутационные сигнатуры с помощью неотрицательного матричного разложения. Оказалось, что большинство обнаруженных мутаций относились к заменам, возникающим под действием цитидиндезаминазы APOBEC (SBS2/SBS13). Аналогичные APOBEC-ассоциированные мутации были найдены в метастазах NSCLC, развившихся у пациента с мутантным EGFR. 

Полногеномное секвенирование семи модельных клеточных линий с резистентностью к TKI выявило различные уровни APOBEC-ассоциированных мутаций. При этом количество мутационных сигнатур возрастало по мере увеличения резистентности клеток. Исследователи предположили, что накопление мутаций APOBEC может быть связано с эволюцией DTP в ходе таргетной терапии.

Секвенирование РНК обработанных TKI клеток показало значительное увеличение экспрессии одного из представителей семейства цитидиндеаминаз — APOBEC3A (А3А).

Для выявления связи между таргетной терапией и мутагенезом А3А авторы получили клоны клеток рака легкого, нокаутные по A3A. Эти клетки (или A3A⁺ контроль) подсаживали иммунодефицитным мышам, которым затем вводили препарат на основе TKI. Оказалось, что, что уровни APOBEC-ассоциированных мутаций в отсутствие А3А были значительно ниже, чем у контроля.

Иммунофлуоресцентный анализ показал значительное повышение уровня γH2AX (маркера двуцепочечных разрывов ДНК) в клетках с приобретенной лекарственной устойчивостью. DTP клетки после воздействия TKI накапливали двуцепочечные разрывы, как и клетки с гиперэкспрессией A3A. Нокаут A3A с помощью CRISPR снижал количество двуцепочечных разрывов. Все это свидетельствовало о том, что A3A способствует образованию двухцепочечных разрывов ДНК, увеличивая геномную нестабильность опухолевых клеток.

Доксициклин-индуцируемая эктопическая оверэкспрессия A3A приводила к увеличению колоний DTP-клеток, в то время как выключение гена A3A (нокаут или нокдаун) снижало их число. Кроме того, делеция A3A значительно уменьшала появление резистентных клонов клеток рака — это демонстрируют результаты культивирования клеток с TKI.

Для подтверждения клинической значимости экспериментальных результатов авторы работы изучили частоту APOBEC-ассоциированных мутаций в тканях опухолей. Для этого они провели полногеномное секвенирование образцов от 19 пациентов с немелкоклеточным раком легких, у которых развилась резистентность к терапии TKI. В исследованных образцах ученые также выявили повышенную частоту мутаций APOBEC.

Таким образом, авторы работы показали, что индукция A3A в ответ на противоопухолевую терапию стимулирует эволюцию устойчивых к препаратам клеток. Подавление экспрессии или активности A3A может стать терапевтической стратегией для предотвращения или замедления развития лекарственной устойчивости рака легких.

Белки APOBEC3 генерируют мутации в раковых клетках