Когда ученые разработали первые целевые методы лечения рака – лекарства, которые вмешиваются в определенные биологические цепи, от которых зависит рост и выживание рака, – многие думали, что они, наконец, остановили рак. Но рак – это невероятно умная болезнь, которая может перехитрить эти точные лекарства, «перестраиваясь», чтобы обойти схемы, отключенные этими лекарствами.
"Многие виды рака либо не реагируют на одну таргетную терапию, либо приобретают резистентность после первоначального ответа. Долгое время существовало представление о том, что сочетание таргетной терапии – гораздо более эффективный способ лечения рака, чем подход с применением одного лекарства.
Мы хотели выполнить экраны с насыщающим покрытием, чтобы точно понять, какие комбинации следует исследовать », – сказал Джерун Руз из UCSF, доктор философии, профессор анатомии и старший автор нового исследования.
Ученые обнаружили, что, когда они воздействуют на два разных контура двумя разными лекарствами, каждое из которых само по себе неадекватно, совокупный эффект может быть больше, чем сумма его частей. Однако определение того, какие лекарства могут действовать синергетически, чтобы убить рак, остается сложной задачей.
Чтобы продемонстрировать эффективность своей системы скрининга, ученые искали целевые методы лечения, которые могли бы объединить усилия, чтобы убить агрессивный рак крови, называемый острым лимфобластным лейкозом Т-клеток (T-ALL).
Их охота началась с препарата, нацеленного на PI3K, фермент, который способствует росту многих видов рака, включая T-ALL. Хотя лекарства, нацеленные на PI3K, уже существуют, нынешний урожай ингибиторов PI3K может замедлить, но обычно не может убить этот тип рака.
«Почти 65 процентов пациентов с T-ALL имеют гиперактивный PI3K, но большинство пациентов, скорее всего, не вылечатся с помощью лечения одним лекарством. Мы хотели найти препараты, которые убивали бы T-ALL в сочетании с ингибитором PI3K », – сказала Руз, член Универсального онкологического центра UCSF Helen Diller Family. Чтобы найти эти лекарства, исследователи обратились к РНК-интерференции (РНКи) – методике, которая позволяет ученым значительно снизить активность определенных генов. Открытие РНКи, которая встречается в природе у всех животных и растений и в настоящее время широко используется в исследованиях, стало крупным прорывом, отмеченным Нобелевской премией по физиологии и медицине 2006 года.
«РНКи – это своего рода волшебная палочка для нацеливания на определенные гены», – сказал Майкл Т. Макманус, доктор философии, профессор Диабетического центра UCSF и соавтор исследования, который разработал экран вместе с Рузом. «Несмотря на то, что в основе РНКи лежит множество увлекательных биологических явлений, большинство ученых используют ее как инструмент, чтобы« уменьшить объем »определенного гена в клетке."
Инструмент редактирования генов CRISPR позволил полностью удалить гены. Но, согласно Макманусу, хотя устранение определенного гена является золотым стандартом – важным первым шагом в определении его функции в клетках – иногда снижение уровня активности гена с помощью активности РНКи может быть более желательным. Это особенно верно, говорит он, когда исследователи пытаются имитировать действие лекарств, которые часто снижают активность, связанную с определенным геном, не устраняя его полностью.
«Например, при поиске лекарств от рака RNAi могут лучше справиться с приближением точных методов лечения, оба из которых лишь частично подавляют свои биологические мишени», – сказал Макманус. Исследователи также начали изучать CRISPRi и CRISPRa – модифицированные формы CRISPR, которые ингибируют или усиливают активность генов-мишеней, соответственно, без разрезов ДНК – по этим причинам.
Руз и Макманус не первые ученые, которые использовали РНКи для поиска такого рода комбинаторных методов лечения. Но более ранние попытки были подвержены ошибкам, потому что эти экраны использовали слишком маленькие библиотеки RNAi, сказал Руз.
Что отличает новое исследование от других, так это сверхсложная коллекция использованных коротких шпилечных РНК (кшРНК). Эти фрагменты РНК содержат последовательности, которые соответствуют последовательностям информационных РНК (мРНК) – молекулярных арбитров активности генов в клетке.
Когда кшРНК находит мРНК, которая содержит совпадающую последовательность, две молекулы связываются вместе, чтобы инициировать процесс, который разрушает мРНК и ингибирует активность этого гена. В общей сложности исследователи нацелены на около 1800 связанных с раком генов с примерно 55000 shРНК, или около 30 shРНК на ген, «более чем достаточно для устранения ложноположительных и ложноотрицательных результатов», – сказал Руз.
Сам скрининг включал выращивание двух разных клеточных линий T-ALL человека в присутствии ингибиторов PI3K и затем одновременное введение shРНК, чтобы выяснить, какие гены, заглушенные в присутствии этих препаратов, убивают рак. На этом всеобъемлющем экране исследователи затем сосредоточили внимание на 10 генах, активность которых, при ограничении с помощью точных лекарств, по прогнозам, убивает раковые клетки T-ALL в сочетании с препаратами PI3K. Они проверили эти прогнозы и обнаружили, что девять комбинированных методов лечения могут убить T-ALL – подвиг, которого ни один из препаратов не смог бы достичь самостоятельно. Затем исследователи протестировали наиболее эффективные из этих синергетических комбинаций препаратов на мышах с моделями T-ALL и обнаружили, что они могут увеличить выживаемость на 150 процентов.
Экран также дал цифровой инструмент, который, по словам Руз, будет полезен другим исследователям: удобная база данных с возможностью поиска, основанная на результатах с экрана. Поисковая система, разработанная Марсилиусом Муесом, доктором философии, бывшим постдоком лаборатории Roose и ведущим автором нового исследования, выдает цифры качества рукописи, которые помогают исследователям идентифицировать гены, появившиеся на экране, как потенциальные мишени для комбинированной терапии с ингибиторами PI3K.
Признавая, что открытия, сделанные в области рака крови, не всегда приводят к солидным опухолям, исследователи также протестировали предсказанные комбинации лекарств на 28 линиях солидных опухолевых клеток, полученных из рака груди, толстой кишки, поджелудочной железы и мозга человека. Они обнаружили, что даже в этих солидных опухолевых клетках комбинированная терапия синергетически сокращает количество раковых клеток на 20 процентов в течение эксперимента.
«Важный вывод нашей работы заключается в том, что ученые могут использовать лейкозные клетки в качестве платформы для поиска комбинаций лекарств, которые также работают при солидных опухолях. "Наша платформа для проверки очень универсальна", – сказал Руз.
Среди наиболее удивительных и многообещающих результатов было то, что исследователи смогли найти пары препаратов, которые препятствовали росту рака, но не влияли на нормальные клетки.
«Поиск методов лечения, специально нацеленных на рак, не нанося вреда здоровым тканям, – это святой Грааль исследований рака», – сказал Руз. "Этот удивительный результат предполагает, что наш метод может помочь в открытии этого вида точной медицины против рака."