Нарушение гомеостаза белков уменьшило размеры рабдомиосаркомы у мышей

Рабдомиосаркомы — группа опухолей с миогенной дифференцировкой, в совокупности представляющих собой наиболее распространенные злокачественные опухоли мягких тканей у детей и подростков. Стандартный подход к лечению включает многокомпонентную химиотерапию и лучевую терапию, при этом для пациентов из группы высокого риска (например, с метастазами или перестройками гена FOXO1) прогноз остается крайне неблагоприятным — пятилетняя выживаемость не превышает 20%.

Ученые из США предложили альтернативный подход к уничтожению опухолевых клеток. Они основывались на том, что опухолевые клетки, имеющие генетические нарушения и испытывающие повышенную потребность в синтезе белков, особенно чувствительны к нарушениям протеостаза — гомеостаза белков, то есть процесса поддержания их корректного синтеза, сворачивания, транспорта и деградации. Нарушения в этой системе приводят к запуску так называемого ответа на неправильно свернутые белки (unfolded protein response, UPR), который может завершиться апоптозом клетки. Ранее было показано, что ингибирование белка теплового шока 70 (HSP70) приводит к гибели клеток вследствие UPR.

В своих ранних работах авторы использовали ингибитор HSP70, MAL3-101, однако его влияние на клетки трудно поддавалось оценке и воспроизведению. В новой работе ученые сопоставили результаты РНК-секвенирования клеток, обработанных MAL3-101, с библиотекой, полученной при внесении в геном нарушений CRISPR-системой, с помощью платформы SigCom LINCS. Наибольшее сходство транскриптомного профиля отмечалось у обработанных MAL3-101 клеток и клеток, утративших гены HSPA5 или VCP. В качестве мишени для последующих этапов эксперимента была выбрана АТФаза p97, кодируемая геном VCP. Белок p97 участвует в процессе ЭПР-ассоциированной деградации белков (ERAD), при которой неправильно свернутые белки удаляются из эндоплазматического ретикулума (ЭПР), подвергаются убиквитинированию и направляются на протеасомную деградацию.

Авторы использовали два разных ингибитора p97 — CB-5083, конкурирующий за сайт связывания АТФ, и UPCDC-30766, представляющий собой аллостерический модулятор p97, то есть вещество, нарушающее его конформацию. Под действием обоих этих препаратов (как и MAL3-101) в клетках рабдомиосаркомы в культуре наблюдались признаки ответа на неправильно свернутые белки: усиление фосфорилирования eIF2α, повышения уровня белков ATF4 и CHOP и др. При этом для достижения эффекта требовалось меньшее количество CB-5083 и UPCDC-30766 по сравнению с MAL3-101 — гибель клеток происходила уже при субмикромолярных концентрациях. На мышах с ксенографтами из клеток линии RMS13 CB-5083 показал более благоприятные фармакокинетические свойства, чем MAL3-101, — его концентрация в плазме превышала полученную в опытах in vitro концентрацию полумаксимального ингибирования IC₅₀, а торможение роста опухолей было более длительным.

Далее ученые использовали ксенографты, полученные из опухолей пациентов. В этом эксперименте также были выявлены косвенные признаки ответа на неправильно свернутые белки (повышение уровня фосфорилирования eIF2α). В то же время аналогичные дозы CB-5083 не вызывали такого эффекта в тканях почек, которые были выбраны в качестве контроля. Опухоли, не имеющие перестроек гена FOXO1 (связанных с неблагоприятным прогнозом при рабдомиосаркомах), статистически значимо уменьшились в размерах. В то же время опухоли с перестройками PAX7::FOXO1 и PAX3::FOXO1 уменьшились незначимо или не уменьшились вообще.

Чтобы исследовать механизмы устойчивости к CB-5083, ученые провели РНК-секвенирование чувствительных и резистентных опухолей. В чувствительной модели отмечалось усиление биогенеза рибосом и окислительного фосфорилирования, что может свидетельствовать о выработке активных форм кислорода в условиях стресса ЭПР. В устойчивой модели отмечалось снижение экспрессии генов, связанных с ответом на неправильно свернутые белки, и активация аутофагии. Аутофагия может быть механизмом избегания апоптоза при нарушениях протеостаза, однако авторы считают, что эффекты от вмешательства в настолько сложную систему еще предстоит изучить.

Исследователи заключают, что полученные результаты еще не являются достаточными для создания нового класса противоопухолевых препаратов (кроме того, ранее в исследованиях 1 фазы CB-5083 продемонстрировал значительную токсичность для зрительной системы). Тем не менее, исследования в области воздействия на протеостаз опухолевых клеток могут быть перспективными для разработки новых подходов к лечению.

Нарушение протеостаза митохондрий — важный компонент развития диабета