Клетки нейробластомы с повышенной экспрессией гена MYCN чувствительны к недостатку цистеина

Развитие многих опухолей человека обусловлено аномальной экспрессией транскрипционных факторов семейства MYC. Большинство попыток фармакологически блокировать MYC оказались неудачными. Примечательно, что, несмотря на свою онкогенную активность, MYC также способен вызывать клеточную гибель. Детские нейробластомы — пример опухолей, развивающихся из-за повышенной экспрессии MYC. Это крайне агрессивные новообразования с плохим прогнозом. При этом некоторые нейробластомы с повышенным уровнем гена MYCN могут спонтанно регрессировать, особенно у детей до 18 месяцев. Механизм этого процесса неясен.

Известно, что клетки нейробластомы с амплификацией MYCN сильно зависят от глутамина, в его отсутствие рост клеток останавливается, начинается апоптоз. Кроме того, нейробластомы зависят от железа и чувствительны к ферроптозу — железозависимой форме гибели клеток, связанной с окислением липидов.

Немецкие ученые показали, что клетки нейробластом с повышенной экспрессией MYCN крайне чувствительны к дефициту цистеина и цистина, а также ингибированию фермента глутатион-пероксидазы 4 (GPX4). Воздействие на поглощение клетками цистина, синтез цистеина и функции фермента GPX4 в мышиной модели нейробластомы значительно снизило рост опухоли.

Сначала исследователи показали, что недостаток цистина запускает MYCN-зависимый ферроптоз. Снижение экспрессии MYCN в клетках нейробластомы уменьшило количество всех аминокислот в клетках, но больше всего повлияло на цистеин: его содержание упало почти в десять раз. Недостаток цистина в питательной среде вызвал смерть клеток с высоким уровнем экспрессии MYCN, но не повлиял на клетки со сниженной экспрессией гена. Смерть клеток не была вызвана апоптозом, некроптозом или автофагией. При этом специфичные ингибиторы ферроптоза предупреждали клеточную смерть. Ученые пришли к выводу, что дефицит цистина запускает MYCN-зависимый ферроптоз в клетках нейробластомы.

Затем ученые определили, какие гены способствуют запуску ферроптоза в клетках с высоким уровнем экспрессии MYCN. При помощи РНК-интерференции они выяснили, что ингибирование ферментов, связанных с метаболизмом глутатиона, сильно снижает выживаемость клеток. Глутатион активно участвует в нейтрализации липидных пероксидов, которые образуются в процессе ферроптоза. Кроме нейробластомы, от нормального функционирования GPX4 сильно зависели клеточные линии рака яичников. Ученые показали на ортотопической мышиной модели человеческой нейробластомы, что нокаут гена GPX4 несколько замедляет рост опухоли, но не может полностью уничтожить ее. Таким образом, GPX4 обеспечивает лишь часть защиты нейробластомы с высоким уровнем экспрессии MYCN от ферроптоза.

Исследователи также отметили, что в андренэргических клетках нейробластомы была повышена экспрессия ферментов, связанных с пересульфированием аминокислот, синтезом глутатиона и митохондриальной глутаминазы, а также поглощением железа.

Наконец, авторы работы проверили, помогает ли одновременное ингибирование поглощения цистеина клетками и пересульфирования аминокислот. В клеточных линиях нейробластомы с высоким уровнем экспрессии MYCN сочетание двух средств дало сильный эффект. Эти же препараты на 60% снизили рост опухоли у мышиной модели. В комбинации с нокаутом GPX4 этот протокол позволил добиться полной ремиссии у большинства животных.

Таким образом, ученые описали условия, которые, предположительно, могут объяснять спонтанную ремиссию у некоторых пациентов с нейробластомами. Кроме того, они показали, что комплексная индукция ферроптоза может стать новым подходом в терапии нейробластом, для которых характерна повышенная экспрессия MYCN.