Сочетание геномного и функционального профилирования определяет чувствительность клеток глиомы к терапии

Появление методов секвенирования нового поколения позволило проводить геномное профилирование опухолей для определения мутаций и индивидуального подбора наиболее эффективной стратегии лечения. Однако даже такой подход не гарантирует успешного ответа на терапию, поскольку ответ зависит от множества генетических изменений в опухолевых клетках. Высокая пластичность молекулярных сигнальных путей способствует устойчивости опухоли к терапии. Предсказать реакцию раковых клеток на различные вмешательства можно с помощью функционального профилирования, которое подразумевает скрининг лекарств на клетках пациента. Авторы статьи в Nature Communications проверили, улучшит ли выявление мишеней для терапии объединенная информация о геномных и функциональных особенностях солидных опухолей.

Исследователи применили для глиомы особый метод BH3-профилирования. Многие противоопухолевые препараты «отключают» в опухолевых клетках механизмы, препятствующие апоптозу. (Например, антиапоптотические белки семейства BCL-2 связывают проапоптотические белки, а препарат венетоклакс ингибирует BCL-2.) BH3-профилирование позволяет определить, к каким из этих препаратов могут быть чувствительны опухолевые клетки. Для этого суспензию клеток обрабатывают пептидами с BH3-доменом (BCL-2 homology domain 3), которые специфически связывают различные антиапоптотические белки семейства BCL-2. BH3-профилирование может предсказать чувствительность опухоли к противораковым агентам.

Для 30 уникальных образцов глиомы авторы провели полноэкзомное секвенирование и РНК-секвенирование, а также выполнили BH3-профилирование с помощью пептидов, нацеленных на антиапоптотические белки BCL-X_L (пептид HRK), MCL-1 (пептид MS1), BCL-2 (BH3-миметик ABT-199) и BCL-2 и BCL-X_L одновременно (пептид BAD). Вызвать апоптоз, о котором свидетельствовало высвобождение цитохрома С, удавалось только при одновременном блокировании BCL-X_L и MCL-1, что свидетельствует о способности этих белков компенсировать функцию друг друга. Эти результаты были подтверждены в экспериментах на глиомасферах.

Пациентам с глиомой часто назначают ионизирующее излучение, темозоломид или их комбинацию. Динамическое BH3-профилирование на глиомасферах в сочетании с анализом данных полноэкзомного секвенирования показало, что их применение приводит к перестройке механизма апоптоза; при этом опухолевые клетки становятся восприимчивы к блокированию только BCL-X_L, если в них не поврежден белок-супрессор опухолей р53. Если же в р53 есть инактивирующая мутация, то клетки глиомы сохраняют двойную устойчивость к апоптозу за счет BCL-X_L и MCL-1 и нечувствительны к терапии. Дальнейшие эксперименты показали, что в ответ на ионизирующее излучение и (или) темозоломид не имеющий мутаций р53 индуцирует экспрессию проапоптотического BH3 белка PUMA, который нейтрализует антиапоптотический MCL-1, тем самым способствуя гибели опухолевых клеток и делая их выживание зависимым исключительно от BCL-X_L.

После этого авторы проверили на глиомасферах эффективность ионизирующего излучения либо темозоломида вместе с ингибитором BCL-X_L. Клетки с мутантным р53 были ожидаемо нечувствительны к лечению, однако значительная часть клеток с р53 дикого типа также не реагировала на комбинированную стратегию, то есть чувствительность определялась чем-то еще.

Устойчивые к терапии опухолевые клетки также имели повышенную экспрессию убиквитинлигазы MDM2, негативного регулятора р53, и участвующей в репарации ДНК метилтрансферазы MGMT. Учет статуса экспрессии этих двух генов повысил точность определения чувствительных и нечувствительных к комбинированной терапии глиомасфер с нормальным вариантом р53, но около 30% клеток с интактным р53 по-прежнему не реагировали на лечение.

Проведя ВН3-профилирование с использованием различных концентрацией BH3 пептида BIM, который имеет одинаковое сродство ко всем антиапоптотическим белкам, авторы оценили уровень митохондриального прайминга к апоптозу. Все глиомы с низким уровнем прайминга были устойчивы к терапии, и в то же время снова оставалось значительное количество глиомассфер с высоким уровнем прайминга, которые не отвечали на лечение. Соответственно, одно только функциональное BH3-профилирование также не позволяет определить чувствительные к комбинированной терапии клетки глиомы.

Объединение информации о статусе MDM2, MGMT и апоптотическом потенциале позволило выявить более 90% глиомасфер с р53 дикого типа, ответивших на ионизирующее облучение или темозоломид в сочетании с ингибированием BCL-X_L, тогда как использование результатов только генетического или только функционального BH3-профилирования выявило около 70% глиомасфер, отвечающих на терапевтические комбинации.

Авторы разработали две прогностические модели и сравнили их эффективность. Первая обучалась на комбинации ранее выявленных молекулярных признаков (статус р53, MDM2 и MGMT) и данных об уровне прайминга к апоптозу (BH3-профилирование с помощью BIM), а вторая — на глобальных данных о молекулярных признаках (экспрессия около 19 тысяч генов, 19 тысяч изменений копийности и 213 соматических мутаций). Первая модель показала более высокую эффективность, демонстрируя большую прогностическую ценность даже по сравнению с глобальными молекулярными наборами данных.

Наконец, авторы протестировали и подтвердели отличную предсказательную способность предложенного набора биомаркеров в модели ксенотрансплантатов на иммунодефицитных мышах, использовав первый в своем классе конъюгат антитело-лекарственное средство ABBV-155 (AbbVie). Антитело нацелен на поверхностный маркер клеток глиомы B7-H3 (CD276) и доставляет в них специфический и мощный ингибитор BCL-X_L.

Таким образом, объединенные данные о молекулярных и функциональных характеристиках опухолей могут надежно прогнозировать эффективность терапевтических подходов для выбора наилучшей стратегии лечения.

Противораковый препарат венетоклакс может помочь в борьбе с ВИЧ