Виктор Татарский: «У самцов этих мышей полная деградация половой системы»

28 февраля 1953 года Фрэнсис Крик вошел в кембриджский паб Eagle и объявил, что он и Джим Уотсон «нашли секрет жизни». В марте они собрали огромную трехмерную модель ДНК. А 25 апреля 1953 года, 70 лет назад, журнал Nature опубликовал короткую статью со скромным замечанием в конце: «От нашего внимания не ускользнуло, что постулированное нами специфическое образование пар заставляет сразу предположить возможный механизм копирования генетического материала». Мы предложили современным молекулярным биологам пофантазировать, побыть несколько минут биологами до открытия двойной спирали, а затем немедленно переместиться из этого паба в свою современную лабораторию и представить, что бы их поразило после такого путешествия во времени.

Материал выпущен при поддержке компании SkyGen.

Представьте, что вы посидели в пабе «Орел», послушали лекцию Крика и узнали о том, как устроена ДНК. А потом сразу оказались у себя в лаборатории. Что бы вас больше всего поразило?

Хорошо знающий биолог, попавший из 1953-го сюда, конечно, порадуется тому, что происходит, но я не скажу, что он принципиально удивится многим вещам. Вот пример: мы используем конфокальную микроскопию, но в 1953 году уже 21 год как существует первый флуоресцентный микроскоп, и в принципе это развитие тех идей. И электронная микроскопия с еще большим разрешением уже была известна. И сами Уотсон и Крик основывались на рентгеноструктурном анализе, у которого до сих пор непревзойдённое разрешение. Мы используем большое количество методов для определения уровня белка и уровня экспрессии генов — ПЦР в реальном времени, иммуноблоттинг. ПЦР — принципиально новый метод, но определение белка с помощью антител концептуально будет понятно в 50-х, и электрофорез уже существует. Доступ ко всей литературе мира, я думаю, человека поразит. Но, с другой стороны, в 1950-х годах с точки зрения научной фантастики эта идея тоже была понятна. Сейчас секвенирование тоже стало высокопроизводительным, в том числе, потому что реагенты и оборудование усовершенствовались. Например, бренды NEB или Vazyme, о котором вы писали, расширили свою линейку для секвенирования, ПЦР и иммунноблоттинга. Мы используем проточную цитометрию — мне кажется, идея о том, что можно анализировать много молекул в одиночных клетках в сотнях событиях в секунду не пришла бы в голову человеку из 1950-х. Мы много используем генетической инженерии как в клетках, так и часть в генетически модифицированных животных. Институт биологии гена — один из немногих мест в России, который делает генетически модифицированных животных, и один из наших больших проектов на этом основан. Но принципиальная возможность трансформации организмов человеку из 1950-х должна быть знакома: эксперименты Эвери по трансформации бактерий с помощью ДНК были опубликованы в 1940-х годах. Думаю, поразило бы, что мы можем менять конкретные гены и делать это относительно просто. Появляются новые производители и реагенты для генетической инженерии, например, реагенты и оборудование для манипуляций с ДНК предлагают NEB и GenScript. 

А ведь метод рекомбинантных ДНК появился только в начале 1970-х.

Да, но примитивно, что можно перенести ДНК из одной бактерии в другую, — это уже Эвери. Кстати, когда я перечитывал статью Уотсона и Крика в Nature, я увидел, что они же очень много сразу сказали, что из этой структуры следует. Как происходит репликация, транскрипция. И из расшифровки генетического кода тоже люди очень быстро поняли, что они могут задавать конкретную РНК и смотреть, какой белок получается. То сеть принципиально мысли приходили довольно быстро в голову, а технические возможности были, конечно, реализованы позже. А вот РНК- или ДНК-секвенирование в одиночных клетках для меня до сих пор фантастическая вещь. И сейчас даже есть методы, когда можно на гистологическом срезе расшифровывать ДНК. Нам говорили, что в этом или следующем году уже будет доступен в России метод, когда можно будет посмотреть с разрешением в одну клетку. Это даже для меня звучит как фантастика, но в России с этим методом уже работают.

А задачи, которые решаются в вашей лаборатории? Таргетная терапия онкологии. Вот это точно фантастика, нет?

Зачатки химиотерапии были в 1950-х, а в 1960-е она бурно развивалась. То, что можно подбирать терапию для конкретного типа рака, — это, конечно, неизвестная область в то время, она тогда еще лежит у людей впереди. Были представления о том, что вирусы, химические канцерогены могут вызывать опухоли, но молекулярная основа была совершенно неизвестна.

Вы занимаетесь улучшением таргетной терапии, а первый такой препарат, «Гливек», появился только в 2006 году. Разве это не новое?

В 2006-м он уже был в клинике, сама молекула была изобретена в 1990-е, а идея таргетной терапии возникла еще в 1980-е, после определения первых онкогенов. С точки зрения человека из 1950-х, я думаю, действительно, было бы большим откровением, что мы понимаем, как молекулярно развиваются опухолевые заболевания.

Расскажите о какой-нибудь своей удаче за последнее время.

Мне кажется, самая большая удача нашей лаборатории — это то, что мы создали некоторое время назад модель мышей с двойным нокаутным белком CDK8/19. У них очень интересный фенотип: полное отсутствие сперматогенеза. Для нас это как для онкологической лаборатории это была совершенно новая область исследования, мы мало что понимали про сперматогенез. И вот две моих коллеги, Александра Брутер и Екатерина Варламова, разобрались в этом на очень высоком уровне, для нас это была совершенно новая задача.

Поясните, что такое CDK8/19.

Это две циклинзависимые киназы. Киназы — это белки, которые фосфорилируют другие субстраты. Мы говорим про протеинкиназы, то есть те, которые фосфорилируют другие белки. Циклинзависимые киназы хорошо известны — тот класс, который регулирует деление клетки, но есть циклинзависимые киназы, которые регулируют транскрипцию. Из них наиболее известны CDK7 и CDK9, они нужны для всей транскрипции. А CDK8 и CDK19 нужны для транскрипции только определенных генов, часто в условиях, когда эти гены активируются, а не когда они просто базально экспрессируются. И эти две киназы могут замещать друг друга, и их роль во взрослом организме не совсем была до конца известна. Они были исследованы в онкологии. Если выбить CDK8 после эмбриогенеза у мыши, то такая мышь будет чувствовать себя нормально. И с нокаутом CDK19 мышь тоже будет чувствовать себя нормально. Эти две киназы могут замещать друг друга. А мы были первой лабораторией, которая выбила оба гена во всем организме. И мы видим большое количество изменений во всех органах, и самое яркое — что у этих мышей, у самцов происходит деградация половой системы.

Виктор, а чем это важно для вашей науки, как связано с онкологией?

CDK8 — это довольно интересная мишень для онкологии, и прежде всего для предотвращения лекарственной устойчивости. Но что делают эти важные белки в норме? Прямо в нашей работе мы показываем, что, если кормить мышей химическими ингибиторами CDK8 и CDK19, то у них нет этого эффекта, а если мы вырезаем этот ген, есть. Интересно все-таки фундаментально разобраться. В работе, которую мы скоро подадим в печать, ее делает моя аспирантка Альвина Хамидуллина, мы увидели интересный феномен — мы снимаем арест клеток в клеточном цикле, но при этом увеличиваем цитотоксичность препарата.

Когда идет ингибирование этих белков, если вернуться к онкологии, снимается арест G1-фазы, а дальше можно загнать опухоль в апоптоз. Почему так? Представляется, что наоборот, если арест есть, то и хорошо, опухоль не развивается.

В принципе, конечно, вы правы. Если клетки опухоли не делятся, это хорошо. Однако есть новые стратегии онкологической терапии, которые основаны на двух вещах. Во-первых, очень часто проблема в том, что остаются так называемые покоящиеся клетки после терапии, которые выживают за счет того, что они не делятся. Соответственно, наша идея в том, что мы будем предотвращать образование таких клеток, или мы можем их выгнать из этого состояния. Непонятно, можно ли это сделать при помощи ингибиторов CDK8 и CDK19, не только в культуре клеток, но и в организме, но мы надеемся это посмотреть.

А во вторых, есть еще одно развивающееся направление: если опухолевые клетки быстро проходят по клеточному циклу, у них возникает так называемый репликационный стресс. И если ингибировать механизмы, которые помогают справиться с этим репликационным стрессом, то эти клетки погибнут.

Все ли у вас получается? Есть какие-то проекты, которые вы пытались воплотить, а не вышло?

Я бы сказал даже, что большая для нас проблема не в том, что что-то не удалось воплотить, а в том, что просто не хватает времени и ресурсов.

Неужели у вас ни разу не было, чтобы тестируемая гипотеза вдруг оказалась нерабочей после многих вложенных усилий?

Нет, ну конечно, было! Но обычно после этого делается следующая гипотеза. Например, у меня есть патент, который мы делали с компанией Asinex, мы смотрели ингибиторы сигнального пути Wnt. И мы вроде нашли ингибитор, но тут наша лаборантка заметила, что он работает только в клетках, которые растут на определенных средах, и не работает в других. Мы стали чесать голову и поняли, что он не работает в средах, в которые добавлены заменимые аминокислоты, а конкретно аспарагин. Стало ясно, что вся эта идея про Wnt была неправильной, но мы поняли, что это ингибитор аспарагинсинтетазы. И оказалось, что это самый активный ингибитор аспарагинсинтетазы в мире. Это то, что не так пошло, а оказалось очень большой удачей.

Такие ингибиторы где-то нужны?

Для опухолевой терапии. Есть аспарагиназа, которая используется для терапии детских опухолей, для острого лимфобластного лейкоза, потому что там нет аспарагинсинтетазы. Если клетка может сама синтезировать свой аспарагин, то ей совершенно все равно, что вы убираете аспарагин из кровотока. А если добавлять этот ингибитор, то аспарагиназа потенцируется во много раз. Но, к сожалению, ресурсов довести этот проект не хватило, Это будет в виде статьи, а есть патент. Возможно в будущем удастся продолжить в коллаборации с кем-нибудь.

Какой еще значительный перелом произошел в биологии после открытия двойной спирали? Понимаем, что был не один перелом, но просим выбрать какой-нибудь один.

Генная инженерия как метод. Это принципиальная вещь, которая поменяла и будет менять очень многие вещи.

То есть примерно начиная с рекомбинантных ДНК, так?

Да, рекомбинантные белки, рекомбинантные генетические модели, и генетическая инженерия уже как терапия, которая начинает сейчас работать с аденовирусами доставки. Мне кажется, вообще вся современная биология выросла из этого. То, что мы можем делать модели, выключать-включать гены — это вещь, которая используется наиболее часто. И это принципиальная вещь, которая будет только развиваться. Сейчас, например, уже идут клинические испытания, где людям с семейным высоким холестерином снижают его с помощью CRISPR/Cas9. И принципиально можно думать, что через 10–15 лет это будут делать всем. Это будущее биологии.

Реклама. Рекламодатель ООО "Скайджин"
Токен - LdtCKAuoh