Исследователи выяснили, что нарушение механизма, который клетки опухоли используют для восстановления своей ДНК после ее повреждения химиопрепаратами, снижает их резистентность к лечению. Они нашли препарат, который успешно блокирует этот процесс, повышая эффективность химиотерапии.
Химиотерапевтические препараты, даже самые продвинутые, часто проигрывают в борьбе с раковыми опухолями. Основная причина их недостаточно высокой эффективности – в способности злокачественных клеток восстанавливать свою ДНК после ее повреждения химическим веществом. В ходе недавнего исследования с использованием лабораторных мышей ученые обнаружили, что блокирование одного из путей репарации поврежденной ДНК препятствует не только выживанию раковых клеток, но и возникновению у них мутаций, которые делают их устойчивыми к дальнейшему лечению.
Исследовательская команда под руководством Грэхема Уокера, профессора биологии Массачусетского технологического института в Кембридже, являющегося одним из ведущих участников Американского онкологического общества, изучили более 10 000 препаратов и нашли единственное соединение, способное повысить действие химиопрепарата на основе платины под названием цисплатин.
Ранее профессор Уокер в одном из предыдущих исследований изучил механизм восстановления ДНК, который опухолевые клетки используют, чтобы исправлять повреждения и разрывы в ее молекулах, полученные в результате действия химиотерапии. Этот механизм называется синтезом ДНК «через повреждение», или синтезом на поврежденной матрице (translesion ithesis, TLS).
Как поясняют ученые, здоровые клетки могут эффективно восстанавливать свою ДНК, точно удаляя из нее поврежденные фрагменты. Однако, когда они становятся злокачественными, они утрачивают способность использовать привычный механизм репарации. В результате они переходят на альтернативный вариант восстановления – тот самый синтез ДНК «через повреждение», который менее точен, чем основной.
В частности, TLS-механизм использует особые ДНК-полимеразы – ферменты, участвующие в ее репликации. Обычные полимеразы копируют ДНК с высокой точностью, в отличие от тех, что использует система TLS, которые реплицируют поврежденные участки менее точно.
Почему химиопрепараты недостаточно эффективны
Этот «несовершенный» механизм восстановления, по сути, приводит к мутациям, которые делают опухолевые клетки устойчивыми к дальнейшему лечению препаратами, нацеленными на повреждение ДНК.
«Из-за того, что ДНК-полимеразы, участвующие в процессе синтеза на поврежденной матрице, «работают» с большим количеством погрешностей, они ответственны практически за все мутации, вызываемые приемом таких препаратов, как цисплатин», – объясняет один из авторов исследования доктор Майкл Хеман, доцент кафедры биологии Массачусетского технологического института.
Цисплатин – это химиопрепарат, которые онкологи назначают для лечения самых разных видов рака, включая рак мочевого пузыря, головы и шеи, легкого, мужских и женских половых желез. Он препятствует восстановлению ДНК злокачественных клеток, провоцируя их повреждение и в конечном счете вызывая их гибель. Однако опухолевые клетки часто демонстрируют устойчивость к цисплатину. Кроме того, он вызывает множество побочных действий, среди которых серьезные проблемы с почками, аллергические реакции, снижение иммунитета к инфекциям, нарушения со стороны пищеварительной системы, кровотечения и потеря слуха.
Вот почему в новом исследовании ученые пытались найти способ усилить действие этого препарата, повысив его эффективность. «Давно установлено, что химиотерапевтические препараты, которые мы используем сегодня, если не помогают пациентам, то еще больше ухудшают их состояние, – говорит доктор Хеман. – Мы пытаемся сделать химиотерапию более действенной – в частности, сохранив чувствительность опухоли к лечению при повторных дозах».
Слова Хемана подтверждают его коллеги, профессора кафедры биохимии частного исследовательского университета Дьюка в Дареме (США), также принимавшие участие в исследовании, результаты которого недавно были опубликованы в научном журнале Cell.
Один препарат из 10 000 усиливает действие цисплатина
Ученые начали с того, что обратились к нескольким другим исследованиям, которые они провели почти десять лет назад. В то время они обнародовали данные двух экспериментов, в ходе которых обнаружили способ разрушать механизмы, задействованные в процессе синтеза ДНК «через повреждение». Они продемонстрировали: чтобы цисплатин сработал, нужно нарушить механизм TLS.
Они, в частности, установили, что снижение уровня экспрессии полимеразы Rev1, участвующей в синтезе ДНК на поврежденной матрице, с помощью РНК-интерференции существенно повышает эффективность цисплатина в борьбе с лимфомой и раком легкого у мышей, предотвращая формирование резистентности опухолей к лечению.
В ходе нового исследования авторы проанализировали около 10 000 лекарственных соединений, потенциально способных нарушать процесс TLS. В итоге они нашли один препарат, который прочно связывается с полимеразой Rev1, прекращая ее взаимодействие с другими полимеразами и белками, необходимыми для процесса синтеза ДНК «через повреждение».
Ученые протестировали комбинацию обнаруженного соединения и цисплатина на многих видах раковых клеток и пришли к выводу, что ее применение позволяет разрушать гораздо больше злокачественных клеток, чем использование одного только химиопрепарата. Кроме того, они выяснили, что выжившие после «химии» клетки опухоли намного реже мутировали, что не позволяло им вырабатывать устойчивость к лечению.
«Поскольку новый ингибитор TLS-механизма влияет на способность раковых клеток мутировать, а значит, и противостоять химиотерапии, он с большой долей вероятности может решить проблему рецидива, ведь чаще всего он происходит из-за формирования новых опухолевых клеток из мутировавших и значительно усложняет борьбу с раком», – объясняет один из авторов исследования.
На следующем этапе ученые протестировали новую лекарственную комбинацию на мыши, которой были пересажены клетки человеческой меланомы. Они обнаружили, что опухоль намного быстрее уменьшалась в размерах в сравнении с использованием только цисплатина. «Найденное нами лекарственное соединение усилило действие химиопрепарата и предотвратило возникновение мутаций, – говорит профессор Грэхем Уокер. – Именно такого результата мы и ожидали от блокировки TLS-процесса».
В будущем ученые планируют детальнее изучить механизмы, объясняющие действие этой комбинации, и начать ее тестирование в испытаниях на людях. «Это одна из основных целей на ближайшее будущее – определить, в каких случаях открытая комбинация будет работать наиболее успешно, – говорит доктор Хеман. – Мы надеемся, что понимание того, как именно и когда работает комбинация, совпадет со временем клинической разработки этих соединений, так что к тому моменту, когда они начнут использоваться, мы будем знать, каким пациентам стоит назначать их в первую очередь».
