Лишив дуэт белков функции «телохранителя», исследователи выявили скрытую уязвимость при раке поджелудочной железы. Это открытие может привести к созданию более эффективных методов лечения одного из самых смертоносных видов рака.
Протоковая аденокарцинома поджелудочной железы (ПАК) — наиболее распространённый тип рака поджелудочной железы. Общая выживаемость при этом составляет около 13%, что делает этот вид рака одним из самых смертоносных. Одна из причин этого заключается в том, что этот рак по своей природе устойчив практически ко всем видам лечения, включая химиотерапию, лучевую терапию и иммунотерапию.
Однако теперь новое исследование, проведенное учеными из Медицинской школы Университета Индианы (IU), выявило способ ослабления встроенной защиты PDAC, предлагая более эффективную стратегию лечения этого и, потенциально, других агрессивных видов рака.
«Это исследование демонстрирует совершенно новую уязвимость при раке поджелудочной железы», — заявила Мелисса Фишел, доктор философии, соавтор исследования и специалист по биологии опухолевых клеток в Медицинской школе Университета Индианы. «Это открывает путь к разработке комбинированных методов лечения, которые могут быть эффективнее любых существующих, не только при раке поджелудочной железы, но и, возможно, при других агрессивных видах рака».
Исследователи сосредоточились на двух белках, о которых им уже было известно, что они участвуют в развитии PDAC: окислительно-восстановительном эффекторном факторе-1 (Ref-1) и пероксиредоксине-1 (PRDX1). Оба белка аномально распространены в опухолях поджелудочной железы по сравнению с нормальной тканью и действуют рука об руку, формируя резистентность клеток рака поджелудочной железы к терапии. Изучая Ref-1 и PRDX1 совместно, исследователи хотели выяснить, можно ли использовать это взаимодействие, чтобы превратить его в терапевтический фактор.
Протоковая аденокарцинома поджелудочной железы (ПАК) обладает естественной устойчивостью к таким методам лечения, как химиотерапия.
Представьте себе Ref-1 как оператора коммутатора для генов рака. Многие факторы транскрипции, управляющие раком, которые представляют собой белки, связывающиеся с определенными последовательностями ДНК для управления активностью генов, должны находиться в правильном химическом (окислительно-восстановительном) состоянии для работы. Ref-1 поддерживает их включенными, чтобы они могли повышать активность генов, которые помогают раковым клеткам расти, противостоять стрессу и избегать гибели. PRDX1, по сути, является телохранителем Ref-1. Его основная задача — очищать клетки от вредных молекул, называемых активными формами кислорода (АФК). Контролируя окислительно-восстановительный баланс клетки, PRDX1 гарантирует, что Ref-1 сможет продолжать выполнять свою работу по активации генов, управляющих раком. Эта «служба защиты» делает раковые клетки более устойчивыми, поскольку Ref-1 и его партнеры могут поддерживать опухоль живой даже в условиях стресса.
Исследователи использовали редактирование генов CRISPR/Cas9 и малые интерферирующие РНК (siRNA) для снижения или «нокдауна» экспрессии PRDX1 в клетках рака поджелудочной железы. Затем клетки обрабатывали препаратом APX2014, блокирующим окислительно-восстановительную активность Ref-1. Этот подход был протестирован на клеточных культурах (опухолевых клетках и ассоциированных с раком фибробластах (CAF), центральном компоненте микроокружения опухоли), 3D-моделях совместного культивирования (которые лучше имитируют опухолевую среду) и мышах с имплантированными человеческими опухолевыми клетками (ксенотрансплантатами). Были проведены анализы и тесты для проверки жизнеспособности клеток, апоптоза (программируемой клеточной смерти), активности факторов транскрипции, экспрессии генов, уровня белков и выживаемости у мышей.
Необходимо сделать небольшое отступление, чтобы более подробно обсудить CAF, поскольку они будут рассмотрены в следующем разделе. В опухолях строма – это поддерживающая ткань, окружающая раковые клетки. Она включает иммунные клетки, кровеносные сосуды и внеклеточный матрикс, или каркас вокруг клеток. При PDAC один конкретный тип стромальных клеток, CAF, доминирует в строме, создавая физический барьер, затрудняющий проникновение лекарств и иммунных клеток в опухоль. Однако CAF не пассивны. Они взаимодействуют с опухолевыми клетками, высвобождая факторы роста, воспалительные сигналы и ремоделируя окружающую ткань, что помогает раковым клеткам противостоять стрессу, быстрее расти и распространяться.
При ингибировании Ref-1 исследователи обнаружили, что PRDX1 критически важен для выживания раковых клеток. Удаление PRDX1 значительно повысило чувствительность клеток рака поджелудочной железы к препарату APX2014, блокирующему Ref-1. Другие пероксиредоксины не оказывали подобного эффекта. Удаление PRDX1 в сочетании с обработкой APX2014 также вызывало выраженный апоптоз. В моделях совместного культивирования с CAF эта комбинация нарушала выживаемость как опухолевых, так и стромальных клеток. Неожиданно исследование показало, что CAF зависят от окислительно-восстановительных белков, таких как PRDX1 и Ref-1, что означает, что опухоль и её строма находятся в химическом партнёрстве, поддерживая друг друга в суровых условиях рака поджелудочной железы.
Генетическое редактирование, направленное на подавление важных белков, привело к уменьшению опухолей и повышению выживаемости мышей.
У мышей с имплантированными опухолями, нокаутированными по гену PRDX1, и получавших APX2014, наблюдались меньшие по размеру и более лёгкие опухоли, более низкий уровень Ref-1 и более высокая выживаемость. В образцах опухолей пациентов, полученных в тканях человека, наблюдались более высокие уровни Ref-1 и PRDX1 по сравнению с нормальными тканями, что подтверждает их клиническую значимость.
«Нас действительно удивило, насколько специфичным был PRDX1 в реализации этого эффекта», — сказал Марк Келли, доктор философии, автор-корреспондент и профессор кафедры детской онкологии в Медицинской школе Университета Индианы. «Среди всего семейства родственных белков только потеря PRDX1 сделала опухоли значительно более чувствительными к нашему препарату Ref-1. Комбинация препаратов работала лучше, чем каждый из них по отдельности, и в экспериментах на животных она привела к уменьшению размеров опухолей и увеличению продолжительности жизни».
Исследование имело ограничения. Большая часть данных получена на основе лабораторно выращенных клеток и мышиных моделей; необходимы испытания на людях. Препарат APX2014 вводился непосредственно в опухоли мышей, тогда как клиническое применение предполагает пероральное или внутривенное введение, что может привести к разным результатам. Хотя истощение PRDX1 ослабило CAF, точные окислительно-восстановительные взаимодействия опухоли и стромы остаются недостаточно изученными и могут ограничивать прогнозируемость.
Эти ограничения важны, однако исследование предполагает, что двойное таргетирование Ref-1 и PRDX1 может преодолеть лекарственную резистентность при лечении рака поджелудочной железы, открывая новые терапевтические перспективы. Кроме того, поскольку другие виды рака зависят от окислительно-восстановительной сигнализации, этот подход с двойным таргетированием может быть распространен не только на рак поджелудочной железы, но и на другие формы агрессивного рака.
В то время как APX2014 вводился в опухоли мышей, его близкий родственник, APX3330, уже доступен в виде препарата для перорального применения и проходит испытания на людях. Это открывает возможность для ускоренной трансляции, то есть перехода от лабораторных исследований и исследований на животных к методам лечения, которые можно будет испытать на людях, после разработки ингибиторов PRDX1.
Исследование опубликовано в журнале Redox Biology .
