Раковые опухоли оставят без сладкого
Генетики из Медицинской Школы Колорадского университета выяснили, что онкоген CDK8 участвует в регуляции нескольких этапов гликолиза, и, по-видимому, является одним из важных элементов переключения сахарного метаболизма раковых опухолей. Сочетание лекарств, одновременно направленное на ингибирование CDK8 и бескислородного расщепления глюкозы может значительно понизить шансы на развитие опухолей при ряде онкологических заболеваний, в том числе колоректальных и легочных. Исследование опубликовано в Cell Reports.
Растущая опухоль требует много ресурсов, и часто из-за нехватки кровоснабжения оказывается в бескислородных условиях. При этом в ее клетках происходит переключение метаболизма, известное как эффект Варбурга, в ходе которого клетка переходит с окислительных процессов в митохондриях (обычного дыхания) на не требующий кислорода гликолиз, и продолжает работать в этом режиме уже независимо от наличия кислорода. В результате опухоль потребляет очень много глюкозы, и этот факт используется, например, при онкологической диагностике и поиске опухолей в организме с помощью изотопов глюкозы и позитронно-эмиссионной томографии (ПЭТ).
Экспрессия гена CDK8 повышена при ряде онкологических заболеваний, в том числе при меланоме, раке груди и колоректальных раках. Против него разработан ряд лекарств, в том числе Senexin A, однако их действие не всегда оказывает положительный эффект. Известно было, что работа CDK8 необходима раковым клеткам в условиях гипоксии (отсутствия кислорода), но до сих пор было неясно, какие именно процессы он регулирует.
Ученые подвергли ген CDK8 генетической модификации, в результате которой действие его белка ингибировалось при взаимодействии с негидролизируемыми аналогами АТФ (которые добавляли в среду). Подтвердилось, что ингибирование белка приводит к снижению пролиферации раковых клеток и их способности образовывать крупные опухоли, что пронаблюдали как в колониях клеток, растущих на агаре, так и при введении их подопытным мышам. Кроме того, выяснилось, что ингибирование CDK8 существенно влияло на экспрессию целого ряда генов, среди которых значительные позиции занимали гены, активирующиеся в условиях гипоксии, и гены, участвующие в процессе гликолиза. Воспользовавшись флуоресцентным аналогом глюкозы, ученые выяснили, что у модифицированных клеток существенно снижена способность поглощать и использовать этот сахар.
Аналогичные эффекты с точки зрения экспрессии генов были показаны для ряда раковых клеток и при использовании противоракового препарата Senexin A, ингибирующего CDK8 без предварительных генетических модификаций, однако встретился и ряд исключений. Так, в клетках линии HCT116, ген гликолиза GLUT3, который должен был бы ингибироваться, как он делал это в генетически модифицированных клетках в вышеописанном эксперименте, напротив, активировался. Ученые предполагают, что это может быть связано с дуальным эффектом воздействия препарата на ген CDK8 и его паралог CDK19.
Следующим этапом эксперимента было исследование жизнеспособности немодифицированных раковых клетков четырех разных линий (HCT116 и SW480 колоректального рака и A549 и H460 рака легких), которые обрабатывали препаратом Senexin A. Выяснилось, что жизнеспособность этих клеток несколько падает в условиях присутствия кислорода, но не меняется в условиях гипоксии. Добавление 2-дезоксиглюкозы, ингибирующей гликолиз, эффективно снизило жизнеспособность всех четырех линий в условиях гипоксии. Для клеток HCT116 было показано также, что ни Senexin A, ни 2-дезоксиглюкоза не влияет на рост сфероидных образований в отдельности, однако их сочетание значительно его нарушает.
Эти результаты указывают на то, что сочетание ингибирования CDK8 и гликолиза может оказаться эффективной стратегией для борьбы с опухолевыми клетками, в частности, колоректальных раков. Ученые полагают, что их исследование послужит основой для разработки нового типа лекарственных препаратов.
А прочитать о возникновении противоракового эффекта при сочетании сахароснижающих лекарств от диабета и препаратов от повышенного давления можно здесь.
Анна Казнадзей
Исследование провели на личинках дрозофил
Японские исследователи в экспериментах с дрозофилами установили механизм влияния на нейропластичность фермента убиквитинлигазы, функции которого нарушены при синдроме Ангельмана. Как выяснилось, этот фермент в пресинаптических окончаниях аксонов отвечает за деградацию рецепторов к костному морфогенетическому белку, за счет чего устраняются ненужные синапсы в процессе развития нервной ткани. Отчет о работе опубликован в журнале Science. Синдром Ангельмана представляет собой нарушение развития, которое проявляется умственной отсталостью, двигательными нарушениями, эпилепсией, отсутствием речи и характерной внешностью. Его причиной служат врожденные дефекты фермента убиквитинлигазы Е3А (Ube3a), который присоединяет к белкам убиквитин, влияющий на их судьбу в клетке, в том числе деградацию. При синдроме Ангельмана сниженная активность Ube3a нарушает синаптическую пластичность в процессе нейроразвития, в частности элиминацию ненужных синапсов. Повышенная активность этого фермента, напротив, приводит к неустойчивости сформировавшихся синапсов и, как следствие, к расстройствам аутического спектра. Исследования постсинаптических функций Ube3a показали, что он играет роль в нейропластичности, в частности формировании дендритных шипиков. При этом, по данным иммунохимических и электронно-микроскопических исследований, в коре мозга мыши и человека этот фермент экспрессируется преимущественно пресинаптически. Учитывая высокую эволюционную консервативность Ube3a, сотрудники Токийского университета под руководством Кадзуо Эмото (Kazuo Emoto) использовали для изучения его пресинаптических функций сенсорные нейроны IV класса по ветвлению дендритов (C4da) личинок плодовой мухи дрозофилы. Число дендритов этих нейронов резко сокращается (происходит их прунинг) в первые 24 часа после образования куколки, а на последних стадиях ее развития дендриты разветвляются вновь уже по взрослому типу. Используя флуоресцентные метки различных биомаркеров нейронов, исследователи показали, что в ходе этого процесса ремоделированию подвергаются не только дендриты, но и пресинаптические окончания аксонов. Попеременно отключая разные компоненты участвующих в этих процессах молекулярных комплексов, ученые убедились, что для элиминации синапсов под действием сигнального пути гормонов линьки экдизонов необходима только Ube3a, но не куллин-1 E3-лигаза, участвующая в прунинге дендритов. Дальнейшие эксперименты с применением флуоресцентных меток и РНК-интерференции показали, что Ube3a активно транспортируется из тела нейрона в аксон двигательным белком кинезином со средней скоростью 483,8 нанометра в секунду. Создав мутантов с дефектами в различных участках Ube3a, авторы работы выяснили, что связанные с синдромом Ангельмана мутации D313V, V216G и I213T в среднем домене фермента, содержащем тандемные полярные остатки (TPRs), препятствуют его связи с кинезином и транспорту из тела нейрона в аксон. Как следствие, нарушается элиминация ненужных синапсов. Изменения в N-концевом цинк-связывающем домене AZUL и C-концевом HECT влияли на эти процессы в значительно меньшей степени. Ube3a принимает участие в убиквитинировании многих клеточных белков. Чтобы выяснить, какой из них опосредует элиминацию синапсов, авторы работы вызывали в нейронах избыточную экспрессию разных белков-мишеней Ube3a с целью насытить этот фермент и таким образом заблокировать его действие. Оказалось, что выраженные дефекты элиминации синапсов возникают при избыточной экспрессии тиквеина (Tkv) — пресинаптического рецептора к костному морфогенетическому белку (ВМР); прунинг дендритов при этом не затрагивается. Исследование нормальной экспрессии Tkv с помощью флуоресцентных меток показало, что ее уровень значительно снижается через восемь часов после начала формирования куколки. У мутантов, лишенных Ube3a, этого не происходило. Выключение гена tkv или другого компонента сигнального пути BMP — mad — восстанавливало элиминацию синапсов у таких мутантов, то есть за нее отвечает именно этот сигнальный путь. Это подтвердили, восстановив элиминацию синапсов у мутантов без Ube3a антагонистом BMP LDN193189, а также экспрессией белков Glued-DN или Dad, которые подавляют сигнальную активность Mad. Искусственное повышение пресинаптической экспрессии Ube3a в нейронах C4da вызывало массированную преждевременную элиминацию сформировавшихся синапсов и общее уменьшение синаптической передачи у личинок третьего возраста. Это происходило из-за чрезмерного подавления сигнального пути BMP. Таким образом, дефекты убиквитинлигазы Ube3a, лежащие в основе синдрома Ангельмана, приводят к избыточной активности сигнального пути BMP, вследствие чего не происходит устранение ненужных синапсов в процессе развития нервной системы. Этот сигнальный путь может послужить мишенью для разработки новых методов лечения этого синдрома, а возможно и расстройств аутического спектра, считают авторы работы. В 2020 году американские исследователи сообщили, что им удалось предотвратить развитие синдрома Ангельмана у мышей с мутацией материнской копии гена UBE3A. Для этого они с помощью системы CRISPR/Cas9 инактивировали длинную некодирующую РНК UBE3A-ATS, которая подавляет экспрессию отцовской копии UBE3A.