Ножиці, що ріжуть себе
Він мав лагодити ДНК. Замість цього почав її різати.
Ген EXO1 один із тих, кого традиційно записували у «білі списки» організму. Його білок працює як молекулярні ножиці: підходить до пошкодженої ділянки генетичного коду, обрізає зайве, запускає ремонт. Це відбувається в кожній клітині нашого тіла тисячі разів на день безшумно, точно, надійно. Принаймні, так було, поки дослідники з Penn State College of Medicine не зясували, що надлишок цього білка перетворює охоронця на диверсанта.
Досі вважалося, що рак виникає, коли захисні гени вимикаються або зникають. Нове дослідження доводить: іноді достатньо, щоб захисник просто перестарався.
Результати дослідження, опубліковані в журналі Nature Communications, перевертають уявлення про те, як працює рак. Виявляється, занадто багато «доброго» буває не просто марно а смертельно небезпечно.
Двадцять відсотків надлишку
Команда під керівництвом професора Джорджа-Лучіана Молдована проаналізувала дані з Cancer Genome Atlas масштабної бази Національного інституту раку США. Вони шукали закономірності у пухлинах різних типів і знайшли спільний знаменник: EXO1 був надмірно активний у 2030% випадків раку молочної залози та яєчників, а також у меланомі, раку шийки матки, яєчок і гепатобіліарних пухлинах, що вражають печінку, жовчний міхур і жовчні протоки.
Особливо часто цей маркер проявлявся у базалоподібному раку молочної залози підтипі, який відомий своєю агресією та стійкістю до традиційних гормональних препаратів. Для цих пацієнток новий біомаркер може стати своєрідним компасом у морі терапевтичних варіантів.
Це означає, що кожен пятий-пятнадцятий пацієнт із цими діагнозами несе в собі прихований механізм, який досі залишався поза увагою онкологів. Для порівняння: спадкові мутації BRCA зустрічаються значно рідше, і тестування на них уже стало стандартом у протоколах лікування агресивних форм раку. EXO1 же ховався на видноті адже хто шукає небезпеку в лавах власних захисників?
Справжній сюрприз чекав далі.
Підроблений BRCA
Мутації генів BRCA1 і BRCA2 знайомі багатьом. Вони порушують захист ДНК під час клітинного поділу, підвищуючи ризик спадкового раку молочної залози та яєчників. Препарати на кшталт олапарибу спеціально створено для таких пухлин: вони блокують альтернативні шляхи репарації ДНК, і клітина гине, не встигнувши розмножитися.
Дослідники з Penn State виявили, що пухлини з підвищеним рівнем EXO1 поводяться так, наче в них уже є мутація BRCA навіть коли ці гени цілком здорові. Механізм відрізняється: якщо BRCA втрачає функцію через спадкову зміну, то EXO1 навпаки переповнює систему своєю активністю, витісняючи нормальний захист.
«EXO1 не передбачає ризик розвитку раку, але потенційно може слугувати біомаркером, який допоможе визначити, які пацієнти ймовірніше відреагують на певні види хіміотерапії, відкриваючи шлях до персоналізованого лікування», пояснює Джордж-Лучіан Молдован, професор молекулярної та точної медицини.
Іншими словами, ті самі препарати, що їх раніше резервували лише для носіїв мутацій BRCA, тепер можуть допомогти значно ширшому колу людей. Причому з меншою кількістю побічних ефектів.
Як працює механізм
Щоб зрозуміти, чому надлишковий EXO1 такий руйнівний, команда провела серію лабораторних експериментів на людських ракових клітинах, вирощених у стандартних умовах культури. Вони штучно збільшили виробництво білка за допомогою векторів експресії і спостерігали за наслідками протягом кількох циклів клітинного поділу. Для контролю створили й «вимкнену» версію EXO1 білок був присутній у тій самій кількості, але не мав ферментативної активності, необхідної для роботи ножиць.
Різниця вразила.
Здоровий EXO1 діє як акуратний хірург: підрізає пошкоджені кінці ДНК, готуючи їх до відновлення іншими білками репараційного каскаду. Але коли його надто багато, ножиці виходять з-під контролю. Вони починають розширювати одноланцюгові розриви та руйнувати зворотні реплікаційні вилки тимчасові структури, без яких клітина не може акуратно скопіювати свій геном перед поділом.
- Розширення розривів EXO1 «розжовує» одноланцюгові ділянки, перетворюючи мікропошкодження на великі рани в генетичному коді
- Деградація вилок білок разом із партнером MRE11 нищить структури, що захищають ДНК під час копіювання
- Подвійні розриви кульмінація процесу: у геномі накопичуються токсичні ушкодження, які роблять пухлину вразливою до хіміотерапії
Обидва шляхи призводять до одного результату: локальна втрата генетичного матеріалу і хаос у клітині.
«Незалежно від того, який шлях обирає надлишковий білок, це призводить до генерації та накопичення токсичних ушкоджень ДНК, зокрема подвійних розривів ланцюга, пояснює Александра Нусавардхана, провідна авторка дослідження, яка цього року отримала ступінь доктора біомедичних наук у Penn State College of Medicine. Саме це, на нашу думку, робить пухлину чутливішою до хіміотерапії та підсилює загибель клітин».
Ліки, що вже є
Відкриття набуває особливої ваги, коли мова заходить про практичну онкологію. Дослідники перевірили, як реагують пухлини з високим рівнем EXO1 на препарат олапариб. Результат: вони виявилися вкрай чутливими до лікування точно так само, як і пухлини з мутаціями BRCA.
Паралельно високий рівень EXO1 підвищував чутливість і до цисплатину класичного хіміотерапевтичного препарату, який використовують десятиліттями. Це відкриває перспективу зниження дозування цисплатину без втрати ефективності, а отже зменшення нудоти, випадіння волосся та нейропатії для пацієнтів.
Для пацієнтів це означає, що зразок пухлини, взяти під час біопсії, може розказати лікареві значно більше, ніж просто назва діагнозу. Він може показати, чи варто призначати дорогу цільову терапію замість агресивної хіміотерапії, що б’є по всьому організму.
Важливо, що EXO1 не є спадковою мутацією. Це набуте або епігенетичне явище, яке виникає вже в процесі розвитку пухлини. Тому тестування на його активність можна впроваджувати як діагностичний маркер у реальному часі, підбираючи терапію під конкретний профіль пухлини, а не під орган, який вона вразила.
«Ми не повинні лікувати рак залежно від того, з якої тканини він вийшов, а залежно від ландшафту генетичних змін у самій пухлині, наполягає Молдован. Це забезпечить максимальну ефективність. Це майбутнє онкології».
Що далі
До команди дослідників також долучилася Клаудія Ніколає, доцентка кафедри молекулярної та точної медицини Penn State College of Medicine. Разом вони планують наступний крок: трансляційні дослідження та, зрештою, клінічні випробування на пацієнтах із пухлинами, що надмірно експресують EXO1.
Якщо ці результати підтвердяться у людей, медицина отримає новий, широкий біомаркер для призначення цільової терапії. Замість того щоб чекати, поки стандартна хіміотерапія вичерпає себе та організм пацієнта, лікарі зможуть одразу визначити: чи підійде конкретній людині олапариб чи знижена доза цисплатину саме тому, що його пухлина «притворилася» BRCA-мутантною. Це особливо важливо для базалоподібного раку молочної залози однієї з найагресивніших підтипів захворювання, де підвищений рівень EXO1 зустрічається особливо часто.
Робота фінансувалася Національними інститутами здоровя США та благодійним фондом Four Diamonds.
А тим часом молекулярні ножиці EXO1 продовжують дивувати. Ген, який мільйони років еволюції відточували як інструмент ремонту, раптово відкрив двері в нову еру онкології еру, де лікування підбирають не за назвою органу, а за поведінкою його клітин.
І ці двері вже не зачинити.
Про автора
