Могут ли не-онкологические препараты обладать противоопухолевым эффектом?

Изучение противоопухолевого потенциала не-онкологических препаратов путем системной оценки эффективности. Иногда при использовании некоторых «не-онкологических» препаратов ученые и доктора обнаруживали их способность снижать опухолевый рост, однако эти открытия происходили по чистой случайности.

В этой статье мы расскажем о работах ученых из США, которые решились создать открытый, общедоступный ресурс, содержащий информацию о противоопухолевой активности 4518 препаратов. Их активность была проверена на 578 человеческих клеточных линиях. Для этого был разработан специальный метод одновременного тестирования противоопухолевой активности вещества в смеси (PRISM). В его основе лежит использование специальных молекулярных меток, «навешиваемых» на препарат для оценки эффективности препаратов для клеточных линий.

Неожиданно большое количество не-онкологических препаратов способны избирательно снижать опухолевый рост в ряде опухолевых культур. Эти свойства были связаны с некоторыми молекулярными особенностями самих культур. Приведем несколько кратких примеров: некоторые соединения вызывают клеточную гибель, запуская сборку комплекса фосфодиэстеразы 3А. Интересно, что соединения ванадия убивали клетки с помощью канала SLC26A2, расположенного на ее поверхности. Препарат дисульфирам действовал токсично на клетки с низкой экспрессией металлопротеинов, а противовоспалительный препарат тепоксалин действовал через белок-транспортер ABCB1.

Авторы выражают надежду, что благодаря полученным данным можно разрабатывать новые протоколы лечения пациентов препаратами, все фармакопейные свойства которых изучены, что позволит сократить время разработки и утверждения протокола лечения.

Обсуждать результаты исследования невозможно без понимания того, как, с помощью каких подходов, эти результаты были получены.

Уделим внимание методу PRISM. Всего в работе использовались 578 различных раковых и эмбриональных человеческих клеточных культур. Чтобы отличать культуры друг от друга при смешивании в лунке планшета, также для оценки влияния препаратов на жизнеспособность клеток были использованы специальные метки в виде молекул ДНК длиной 25 нуклеотидов, которые вводились в клетки методом трансдукции (инфицирования клеток лентивирусом, содержащим эту метку). «Меченые» клетки смешивали по 25 разных клеточных линий в лунке, далее инкубировали 5 дней с изучаемым препаратом в планшете.

Все эксперименты PRISM проводились в 3 повторениях для корректной статистической обратботки. По истечению срока клетки убивали и приготавливали лизат, который далее использовали для измерений. Проводились количественные вычисления количества мРНК метки, индивидуальной для каждой клеточной линии, методом обратной транскрипции и ПЦР в реальном времени (ОТ-ПЦР). По количеству мРНК метки можно оценить количество клеток в исходном лизате и смеси и, сравнивая с контрольными образцами без препарата, оценить цитотоксичность.

По результатам исследования из общего числа в 4 518 препаратов эффект на жизнеспособность в дозе 2.5 микромоля показали 1448 препаратов. Для последних эффективных эксперимент повторяли с различными дозами. Кроме количественной оценки цитотоксичности проводился немаловажный эксперимент по оценке молекулярных механизмов. Для этого использовали 2 подхода: РНК-секвенирование образцов, биоинформатический анализ.

В случае значимых результатов исследователями были проведены дополнительные эксперименты для выявления конкретных взаимодействий препарата, например с белками.

Рассмотрим препарат, используемый для лечения алкогольной зависимости – дисульфирам. Его основной механизм действия – ингибирование ацетальдегиддегидрогеназы. Противоопухолевое действие дисульфирама обнаружили достаточно давно, порядка 20 лет назад. Как минимум в 1 клиническом испытании была показана его эффективность при раке легких в сочетании с основной химиотерапией. Но поскольку на тот момент не было найдено биомаркера, по которому можно было бы определить эффективен ли препарат в данном случае, исследования прекратились.

В обсуждаемом исследовании ученые проанализировали экспрессию генов в клеточных линиях, чувствительных к дисульфираму. Была обнаружена низкая экспрессия так называемых металлопротеинов MT1E и MT2A. Это явление можно объяснить тем, что активность дисульфирама зависит от содержания меди, а белки MT1E и MT2A являются широко известными хелатирующими белками, кроме того, эти гены расположены на длинном плече 16 хромосомы. Таким образом, экспрессия этих генов является биомаркером чувствительность опухоли к дисульфираму.

Чтобы получить дополнительные доказательства этим суждениям, был проведен эксперимент на клеточной линии, устойчивой к дисульфираму. Для этого взяли клетки глиомы линии SF295, в геноме у которой произошла амплификация длинного плеча 16 хромосомы и высокая экспрессия MT1E и MT2A. На этой линии был проведен нокаут транскрипционного фактора, который ответственен за активацию траскрипции металлопротеинов. Это привело к повышению чувствительности к дисульфраму, этот результат нивелировался добавлением известного хелатора меди тетратиомолибдата.

Таким образом, делеция длинного плеча 16 хромосомы может служить маркером чувствительности к дисульфираму и другим медь-зависимым цитотоксическим препаратам. Это имеет большую значимость, поскольку данная перестройка очень часто встречается при раке молочной железы и яичников.

Разберем препарат бис-(малталато)оксованадий (BMOV). Он способен быстро снижать уровень сахара в крови у животных и пациентов с сахарным диабетом. Была обнаружена взаимосвязь между гибелью клеток от BMOV и уровнем экспрессии гена SLC26A2. Этот ген наиболее значимо экспрессируется при меланоме и раке матки.

Для выяснения точного механизма взаимодействия проводился нокаут гена SLC26A2 в клеточной линии OVIS, чувствительной к BMOV, но он не изменил выживаемость клеток, а наоборот сделал их нечувствительными к препарату. Цитотоксичность других, структурно отличных ванадий-содержащих соединений была аналогично устранена нокаутом SLC26A2, что позволяет предположить, что ион ванадия ответственен за SLC26A2-зависимую цитотоксичность BMOV.

Результаты исследования, а именно РНК-секвенирование позволяет найти не только маркеры ответа на препараты, но и маркеры лекарственной устойчивости. Например, экспрессия гена ABCB1 ожидаемо была маркером устойчивости линий к препаратам, например таксаны, алкалоиды розового барвинка и ингибиторы протеасомы.

Интересно, что был обнаружен препарат – тепоксалин – уровень цитотоксичности которого коррелировал с увеличением уровня экспрессии ABCB1. Тепоксалин является ингибитором циклооксигеназы (ЦОГ) и 5-липоксигеназы (5-ЛОГ), применяется для лечения остеоартрита у собак. Интересно, что никакие другие препараты из этой группы не оказывал подобного эффекта.

Для выяснения других зависимых от тепоксалина генов провели 2 эксперимента: по выключению или включению генов методом CRISPR-Cas9. Обнаружили, что наиболее значимо выключение ABCB1, SMARCA4, SMARCB1 и ARID1A, вовлеченных в одну регуляторную цепь.

Результаты говорят о том, что для лечения онкологических пациентов могут быть использованы, кроме таргетных и общеизвестных противоопухолевых препаратов, также и препараты, которые применяют не в онкологии. Это расширяет спектр возможностей терапии, также позволяя усилить ее менее токсичными препаратами.

Ссылки на источники:
https://www.nature.com/articles/s43018-019-0018-6.pdf