«Гамбит простака» предотвращает появление устойчивых к терапии опухолевых клеток
Бороться с резистентностью рака к лечению сложно, поэтому вызывают интерес профилактические стратегии. Ученые из США разработали стратегию обмана опухоли, перенаправляющую ее эволюцию. В раковые клетки внедряют генную конструкцию из двух частей: одна при включении обеспечивает устойчивость к лекарству, а другая уничтожает клетку и ее соседей. Первая часть нужна для того, чтобы клетки с этой конструкцией получили временное преимущество перед клетками, ее не имеющими, и их стало больше. Технологию протестировали на клетках и мышах с индуцированными опухолями.

Проблемой прецизионной онкомедицины остается приобретенная резистентность к терапии: клетки рака эволюционируют и становятся неуязвимыми. Обычно, когда возникает рецидив, врачи стремятся выявить молекулярные механизмы резистентности и нанести удар по ним. Однако это не всегда удается, и даже в случае успеха ответ может быть временным, так как резистентность часто обеспечивается несколькими механизмами. Кроме того, опухоли могут быть генетически гетерогенными, а комбинации лекарств обладают повышенной токсичностью по сравнению с монотерапиями. Поэтому возникает идея проактивного (профилактического) вмешательства, которое не позволило бы опухолевым клеткам приобрести устойчивость. Исследователи из Университета Пенсильвании и Университета Калифорнии (Сан-Диего) предложили изящное решение — in situ-инженерию опухолей, которая предотвращает эволюцию в сторону резистентности.
В клетки опухоли доставляют с помощью вируса кассету с двумя генными модулями. Первый модуль (переключатель 1) содержит ген резистентности, который способствует экспансии клеток с трагсгеном, а второй модуль (переключатель 2) — ген самоубийства клеток для контролируемой ликвидации как модифицированной клетки, так и ее соседей в опухоли. Рассмотрим подробнее, как это работает.
Один из возможных проактивных подходов — терапия генами суицида: в опухолевые клетки внедряют конструкцию, экспрессирующую фермент, который превращает пролекарство в цитотоксическое соединение; при этом погибают модифицированные клетки и, возможно, соседние с ними опухолевые клетки, но не клетки здоровых тканей. Проблема этого подхода —низкая эффективность доставки трансгена.
Другой подход — так называемый гамбит простака (sucker’s gambit), впервые предложенный еще в 2004 году. Идея кажется контринтуитивной: генный модуль суицида соединяется с другим модулем, который обеспечивает устойчивость к лекарствам. В результате клетки, которые приобрели такую «полезную адаптацию», получают преимущество, их доля становится больше, так же, как это происходит при естественной мутации устойчивости. (Такой подход можно назвать селективным генным драйвом.) А следующим ходом клетки с этим «троянским конем» можно уничтожить, активировав ген суицида, который идет в комплекте с геном устойчивости. Однако в реальной жизни всегда остается вероятность, что клетки, лишенные резистентности, будут не полностью уничтожены на первом этапе и сохранятся после того, как погибнут клетки с трансгеном.
Авторы нового исследования объединили эти две идеи. Переключатель 1 нужен для того, чтобы преодолеть низкую эффективность доставки: «полезный» для опухоли ген гарантирует экспансию клеток с трансгенной конструкцией. А переключатель 2 максимизирует шансы на полную эрадикацию опухоли, так как погибают и клетки без трансгена, и те, в которых ген суицида был утрачен или инактивирован мутациями. Модульную конструкцию можно адаптировать к разным терапевтическим контекстам, выбирая ген резистентности к тому или иному препарату и наиболее подходящий цитотоксический механизм.
Сначала авторы провели симуляции in silico и определили пространство параметров, в котором подход может быть успешным. Затем оценили несколько конкретных вариантов конструкции. Переключатель 1 содержал ген резистентности, слитый с доменом димеризации. Продукт (например, резистентный к таргетной терапии рецептор эпидермального фактора роста EGFR) был активен только в виде димера, а димеризацию вызывало добавление специального препарата. Таким образом, резистентность можно было включать временно, не было опасности, что клетки останутся резистентными навсегда. Переключатель 2 сделали в двух вариантах, для химиотерапии и для иммунотерапии. В первом варианте экспрессировался фермент, превращающий пролекарство в цитотоксическое соединение (5-фторурацил либо азотсодержащие продукты пролекарства CB1954). Во втором варианте экспрессировался антиген CD19, а цитотоксический ответ активировало биспецифическое антитело, которое привлекает цитотоксические Т-клетки к опухолевым клеткам с этим антигеном. Сильный Т-клеточный ответ, в свою очередь, вызывает более широкий противоопухолевый иммунный ответ.
Эффективность этой стратегии в сочетании с различными терапиями авторы испытали в нескольких моделях клеточных линий, включая сложный случай — клетки с уже существующей резистентностью. На клеточной линии рака легких с мутацией рецептора EGFR авторы исследовали преодоление ряда возможных механизмов резистентности к осимертинибу, ингибитору EGFR. Были протестированы известные и предполагаемые мутации резистентности, а также проведен скрининг библиотеки CRISPR-нокаутов по всему геному, который выявил некоторые ранее не известные механизмы резистентности. Во всех тестах опухолевые клетки in vitro удалось полностью устранить.
Наконец, авторы проверили свою стратегию in vivo, на мышах, которым пересаживали подкожно опухолевые клетки, содержащие небольшую субпопуляцию клеток, устойчивых к осимертинибу. В экспериментальной группе 10% клеток имели кассету генного драйва (10% — реалистичная эффективность вирусной доставки), в контрольной группе таких клеток не было.
У всех десяти контрольных мышей опухоли начали расти через три недели терапии осимертинибом. В группе с 10%-ной субпопуляцией генного драйва опухоли регрессировали, затем росли, а после того как на 20-й день был активирован переключатель 2, снова резко регрессировали. Впечатляет, что у 11 из 12 экспериментальных опухолей не пальпировались на 80-й день. У двенадцатой мыши рост опухоли все-таки возобновился, и она погибла.
Для реализации стратегии в клинике необходимо решить ряд проблем, таких как доставка кассет генного драйва в метастазы, вероятность которых высока при резистентном раке, или появление устойчивости к продукту переключателя 2. Вторую проблему можно решить созданием конструкции с двумя модулями самоубийства вместо одного, отмечают авторы. Даже если такая стратегия не устранит полностью остаточные заболевания, она все равно может существенно продлить ремиссию.
Идея «перепроектировать» опухоль, чтобы она лучше реагировала на терапию, очень красивая, однако в подобных экспериментах важна надежность результата. Внимание к нюансам — сильная сторона новой работы, отмечает Nature.
От мутационного сценария развития нейробластомы зависит прогноз
Источник
Leighow, S.M., et al. Programming tumor evolution with selection gene drives to proactively combat drug resistance // Nature Biotechnology (2024). DOI: 10.1038/s41587-024-02271-7