То, как онкологические лекарства находят свои цели, может привести к новому набору инструментов для разработки лекарств
Молекулярная структура противоракового лекарственного средства цисплатин заставляет его концентрироваться в крошечных немембранно связанных органеллах, называемых конденсатами, которые удерживаются вместе белком MED1. Изменяя концентрацию других лекарств в определенных конденсатах, разработчики лекарств смогут улучшить эффективность нацеливания в будущем. Предоставлено: Исаак Кляйн, Институт Уайтхеда.

В водянистых внутри клетки сложные процессы происходят в крошечных функциональных отделах, называемых органеллами. Вырабатывающие энергию митохондрии — это органеллы, так же как и аппарат оборки Гольджи, который помогает транспортировать клеточные материалы. Оба этих отсека связаны тонкими мембранами.

Но за последние несколько лет исследования в Институте Уайтхеда и в других местах показали, что существуют другие клеточные органеллы, удерживаемые вместе без мембраны. Эти органеллы, называемые конденсатами, представляют собой крошечные капельки, которые удерживают определенные белки близко друг к другу в хаосе клетки, позволяя выполнять сложные функции внутри. «Мы знаем о 20 типах конденсата в клетке», — говорит Исаак Кляйн, постдок в лаборатории Ричарда Янга в Институте Уайтхеда и онколог в Институте рака Дана-Фарбер.

Теперь, в статье, опубликованной в «i> Science» 19 июня, Кляйн и Энн Бойя, еще один постдок в лаборатории Юнга, показывают механизм, с помощью которого небольшие молекулы, включая лекарства от рака, концентрируются в этих клеточных клетках. капли — открытие, которое может иметь значение для разработки новых методов лечения рака. Если бы исследователи могли адаптировать химическое вещество для поиска и концентрации в частности в одной капле, это могло бы оказать положительное влияние на эффективность доставки лекарства. «Мы подумали, может быть, это путь, с помощью которого мы можем улучшить лечение рака и открыть новые», — говорит Кляйн.

«Это [исследование] является частью революционно нового взгляда на организацию внутри клеток», — говорит Филипп Шарп, профессор Института интеграционных исследований рака им. Коха из Массачусетского технологического института и соавтор исследования. , «Клетки — это не маленькие порции супа, все смешанные вместе. Они на самом деле являются высокоорганизованными, разделенными на части единицами, и эта организация важна для их функции и для их болезней. Мы только начали понимать это, и эта новая статья является действительно важный шаг, используя это понимание, чтобы понять, как можно по-другому относиться к болезням. «

Конденсаты и доставка лекарств

Чтобы исследовать, как различные свойства конденсатов внутри ядра клетки влияют на доставку лекарств от рака, Бойя и Кляйн выбрали несколько примеров конденсатов для изучения. К ним относятся сплайс-сплайсинг, в котором хранятся клеточные материалы, необходимые для сплайсинга РНК, ядрышки, где образуются рибосомы, и лаборатория Янга нового типа, обнаруженная в 2018 году, называемая транскрипционным конденсатом. Эти новые конденсаты объединяют все различные белки, необходимые для успешной транскрипции гена.

Исследователи создали свой собственный набор из четырех различных флуоресцентно-меченных конденсатов, добавив светящиеся метки к маркерным белкам, специфичным для каждого вида капель. Например, транскрипционные конденсаты отмечены каплеобразующим белком MED1, сплайсинг спеклов с помощью белка, называемого SRSF2, и ядрышки — с помощью FIB1 и NPM1.

Теперь, когда они смогли отличить отдельные капельки по их клеточному назначению, команда вместе с Натанэлем Греем, химическим биологом из Гарвардского университета и Института рака Дана-Фарбер, создали флуоресцентные версии клинически важных лекарств. Тестируемые препараты включали цисплатин и митоксантрон, два противоопухолевых препарата, обычно используемых в химиотерапии. Эти терапевтические средства были идеальными испытуемыми, поскольку они оба нацелены на белки, которые находятся внутри ядерных конденсатов.

Исследователи добавили противораковые препараты в смесь, содержащую различные капли (и только капли, но не настоящие мишени для лекарств), и обнаружили, что лекарства рассортировались по определенным конденсатам. Митоксантрон концентрируется в конденсатах, обозначенных MED1, FIB1 и NPM1, выборочно избегая других. Цисплатин также проявлял особое сродство к каплям, удерживаемым вместе MED1.

«Большое открытие этих исследований in vitro заключается в том, что лекарство может концентрироваться в транскрипционном конденсате независимо от его цели», — говорит Бойя. «Раньше мы думали, что лекарства приходят в нужное место, потому что их цели есть, но в нашей системе in vitro цель не существует. Это действительно информативно — это показывает, что наркотик на самом деле концентрируется не так, как мы думали . «

Чтобы понять, почему некоторые лекарства попадали в транскрипционные конденсаты, они провели скрининг панели химически модифицированных красителей и обнаружили, что важной частью многих лекарств — той частью, которая заставила их концентрироваться в транскрипционных конденсатах — является ароматическое кольцо молекул. структура. Ароматические кольца представляют собой стабильные, кольцеобразные группировки атомов углерода. Считается, что ароматическое кольцо в некоторых лекарствах складывается с кольцами в аминокислотах MED1, что приводит к тому, что лекарство концентрируется в транскрипционных конденсатах.

Возможность адаптировать лекарство для попадания в определенный конденсат является мощным инструментом для разработчиков лекарств. «Мы обнаружили, что если мы добавим ароматическую группу в молекулу, она станет концентрированной в транскрипционном конденсате», — говорит Бойя. «Это тот тип взаимодействия, который важен, когда мы разрабатываем новые лекарства для введения транскрипционных конденсатов — и, возможно, мы сможем улучшить существующие лекарства, изменив их структуру. Это будет очень интересно изучить».

Где концентрат лекарств влияет на то, насколько хорошо они борются с раком

Для того чтобы этот инструмент был практически полезен при разработке лекарств, исследователи должны были убедиться, что концентрация в конкретных каплях действительно повлияет на эффективность лекарств. Бойя и Кляйн решили проверить это с помощью цисплатина, который MED1 отводит в транскрипционные конденсаты и борется с раком путем добавления неуклюжих молекул платины в цепи ДНК. Это повреждает генетический материал опухолевых клеток. Когда исследователи вводили цисплатин в смесь различных конденсатов, как в пробирке, так и в клетках, препарат преимущественно изменял ДНК, которая лежала в транскрипционных конденсатах.

Это может объяснить, почему цисплатин и другие платиновые препараты эффективны против очень многих различных видов рака, говорит Янг, который также является профессором биологии в MIT; вызывающие рак гены часто несут участки ДНК, называемые суперэнхансерами, которые чрезвычайно активны в транскрипции, что приводит к очень большим транскрипционным конденсатам. «Теперь мы думаем, что причина, по которой такие препараты, как цисплатин, могут хорошо работать у пациентов с различными видами рака, заключается в том, что они избирательно концентрируются в генах, вызывающих рак, где возникают эти большие транскрипционные конденсаты», — сказал он. «Эффект заключается в том, что лекарство оказывается в гене, который вызывает смертельный исход каждого рака».

Загадка лекарственной устойчивости, разгаданная

Новое понимание поведения конденсата также дало некоторые ответы на другой вопрос исследования рака: почему люди становятся невосприимчивыми к лекарству от рака молочной железы тамоксифену. Тамоксифен работает, присоединяясь к рецепторам эстрогена в раковых клетках, не давая им получать гормоны. они должны расти и в конечном итоге замедлять или вообще останавливать образование новых раковых клеток. Препарат является одним из наиболее эффективных методов лечения этого заболевания, снижая частоту рецидивов рака молочной железы ER + примерно на 50%.

К сожалению, у многих пациентов быстро развивается резистентность к тамоксифену — иногда через несколько месяцев после начала его приема. Это происходит разными способами — например, иногда раковые клетки видоизменяются, чтобы иметь возможность выбивать тамоксифен из клеток, или просто вырабатывают меньше рецепторов эстрогена для связывания препарата. Одна из форм резистентности была связана с перепроизводством белка MED1, но ученые не знали почему.

Благодаря новым знаниям о том, как на действие препарата влияет то, где он концентрируется, Бойя и Кляйн выдвинули гипотезу: дополнительный MED1 может увеличить размер капелек, эффективно разбавляя концентрацию тамоксифена и усложняя его препарат, чтобы связать свои цели. Когда они проверили это в лаборатории, команда обнаружила, что большее количество MED1 действительно вызывает большие капли, что приводит к снижению концентрации тамоксифена.

Новый набор инструментов для разработчиков лекарств

Способность лучше понимать поведение лекарств в раковых клетках — как они концентрируются и почему рак может стать устойчивым к ним — может предоставить разработчикам лекарств новый арсенал инструментов для создания эффективных терапевтических средств. «Это исследование предполагает, что мы должны изучить вопрос о том, можем ли мы разработать или выделить лекарственные средства, которые сконцентрированы в данном конденсате, и понять, как существующие лекарства концентрируются в клетке», — говорит Фил Шарп. «Я думаю, что это действительно важно для разработки лекарств, и я думаю, что [выяснить это] будет весело».




Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *