Ингибиторы транскрипции митохондриальной ДНК убивают клетки рака

Клетки опухолей в большой степени зависят от процесса окислительного фосфорилирования, для поддержания которого необходима митохондриальная РНК-полимераза. Авторы исследования, опубликованного в Nature, описали первые специфичные ингибиторы митохондриальной транскрипции (IMT), нацеленные на митохондриальную РНК-полимеразу, и проверили, обладают ли они противоопухолевым действием.

Ранее эта исследовательская группа с помощью высокопроизводительного скрининга выявила ингибиторную молекулу, которая получила название IMT1. Варианту IMT1, оптимизированному для использования in vivo в животных моделях, было присвоено название IMT1B. В новой работе ученые охарактеризовали оба варианта.

Эксперименты in vitro показали, что IMT1 и IMT1B работают как неконкурентные ингибиторы: они вызывают конформационные изменения в митохондриальной РНК-полимеразе и блокируют связывание субстрата и последующую транскрипцию. IMT1 и IMT1B также вызывали дозозависимое снижение митохондриальных транскриптов в клеточных линиях человека. Согласно результатам криоэлектронной микроскопии и данным анализа устойчивых к IMT1B мутантных митохондриальных РНК-полимераз, IMT1B стерически нарушает связывание гибрида ДНК-РНК и препятствует продвижению формирующейся РНК.

Далее ученые проверили действие IMT1 на 89 линиях раковых клеток и первичных культурах клеток человека. После обработки IMT1 снижалась жизнеспособность клеток примерно одной трети раковых линий. При этом соединение не показало цитотоксического эффекта по отношению к нормальным клеткам человека. Длительное воздействие ингибиторных молекул также специфически влияло на пролиферацию раковых клеток.

Ученые также описали механизм токсичности IMT. Под воздействием этих соединений в клетках увеличивалось отношение AMP/ATP, что ожидаемо при угнетении системы окислительного фосфорилирования. Так как метаболизм митохондрий обеспечивает клетку промежуточными соединениями для производства нуклеотидов и аминокислот, в клетках понизился уровень не только dATP, но и dCTP, dTTP и промежуточных соединений цикла лимонной кислоты.

Таким образом, IMT приводят клетку в состояние сильного истощения. Результатом потери строительных материалов становится снижение клеточной пролиферации.

В доклинических испытаниях на модельных мышах с опухолевыми ксенографтами ученые наблюдали уменьшение объема опухолей на фоне длительной терапии IMT1В. При этом у мышей отмечалась лишь незначительная тенденция к потере веса. У здоровых мышей не наблюдалось никаких признаков острой или хронической токсичности для печени или почек после введения IMT1B в течение четырех недель.

Авторы заключают, что разработанные ими соединения показали себя как первые в классе мощные и высокоспецифичные аллостерические ингибиторы митохондриальной РНК-полимеразы. Успешные доклинические испытания IMT на ксенографтных моделях рака говорят о потенциальной возможности клинического применения. Кроме того, IMT представляют собой мощный биохимический инструмент для управления транскрипцией митохондриальной ДНК и, следовательно, позволяют оценить, как подавление окислительного фосфорилирования влияет на различные физиологические процессы, имеющие отношение к здоровью человека.