Петля отрицательной обратной связи спасает раковые клетки от смерти

При колоректальном раке в большинстве случаев происходит мутация в гене супрессора опухолей APC. Это приводит к излишней активности фактора транскрипции MYC, который повышает общий уровень синтеза белков, а при критической концентрации должен вызывать апоптоз. Однако в раковых клетках существует механизм защиты от накопления избыточного количества MYC.

Регуляторами общего уровня синтеза белка в клетке являются, в том числе, факторы инициации трансляции: eIF2α и eIF2B5. При стрессе eIF2α фосфорилируется, после чего с ним связывается eIF2B, что в итоге приводит к подавлению трансляции. Однако трансляция мРНК, связанных со стресс-ответом, при этом, наоборот, усиливается благодаря встроенной реакции на стресс (integrated stress response, ISR).

Группа ученых из Великобритании и Германии обнаружила петлю отрицательной обратной связи между MYC и eIF2α: активность MYC ведет к апрегуляции множества генов, ответственных за трансляцию, активации киназ и фосфорилированию eIF2α, что в итоге подавляет синтез белков и MYC в том числе. В итоге количество MYC не превышает критическое и апоптоз не происходит.

Для исследования были получены линии клеток с восстановленным APC (APC^res) и без него (APC^def). Как и ожидалось, у APC^def (имитирующих раковые клетки) общий уровень синтеза белков был повышен. Оказалось, что eIF2B5 играет важную роль в росте опухоли: его умеренный нокдаун подавляет рост или даже вызывает апоптоз клеток APC^def, но не APC^res. Помимо этого нокдаун eIF2B5 подавляет инициацию трансляции, но активирует ISR. Одновременно усиливается трансляция MYC через реагирующий на стресс внутренний сайт связывания рибосомы (internal ribosomal entry site, IRES) в 5'UTR MYC-мРНК в APC^def клетках, но не в APC^res (так как APC подавляет экспрессию MYC). Чрезмерное количество MYC приводит к апоптозу. Итого: в клетках без APC нокдаун eIF2B5 вызывает MYC-опосредованный апоптоз (возможно, в процесс вовлечены и другие белки, связанные с ISR).

Нокдаун MYC, в свою очередь, ведет к снижению активности киназ, фосфорилирующих eIF2α, то есть MYC способствует фосфорилированию eIF2α, что приводит к общему подавлению трансляции.

Эксперименты на мышах показали, что eIF2B5 необходим для роста опухоли in vivo. Однако он является неудачной мишенью для терапии, поэтому авторы обратили внимание на eIF2α. В опухолевых клетках значительный пул eIF2α фосфорилирован и связан с eIF2B5. Нокдаун eIF2B5 приводит к дефосфорилированию eIF2α. Вполне ожидаемо, нокдаун двух киназ, фосфорилирующих eIF2α (PKR и GCN2), тоже разрывает петлю отрицательной обратной связи и заметно подавляет рост APC^def. Использование ингибиторов дает похожий на нокдаун eIF2B5 эффект, в том числе на первичной культуре: ингибирование GCN2 и PKR подавляло рост APC-мутантных клеток колоректального рака.

«Мы нашли ахиллесову пяту раковых опухолей с мутацией в APC», — делает вывод один из авторов работы, профессор Мартин Эйлерс (Martin Eilers).