Ученые превращают ошибки в синтезе белков в раковых клетках в целенаправленный механизм их уничтожения

Как и все остальные клетки человеческого организма, раковые клетки также производят свою долю белков для выживания. В процессе этого производства клетки часто сталкиваются с проблемой, называемой сдвигом рамки считывания рибосом. Это исключительно редкое событие происходит примерно один раз на каждые 100 000 трансляций, когда рибосома, считывая генетические инструкции для создания белка, сдвигает свою позицию считывания. В недавнем исследовании китайских ученых из Чжэцзянского университета и лаборатории Лянчжу, опубликованном в журнале Nature, изучалось, можно ли использовать эту проблему построения белка в раковых клетках в качестве целенаправленной терапии рака.

Рибосомы считывают мРНК группами по три генетические буквы, известные как кодоны. Чтобы выяснить, где именно в этом процессе считывания возникают ошибки, исследователи разработали высокопроизводительные библиотеки репортерных генов с двойной люциферазой, содержащие случайные генетические последовательности. Это позволило им систематически отслеживать случаи, когда рибосомы выходят за пределы своей обычной рамки считывания.

Рибосомный профилировщик выявил специфические пары кодонов, такие как AGAACG, которые часто вызывают смещение рибосом на одну букву назад (сдвиг рамки считывания на −1) в раковых клетках. Однако в здоровых клетках эти последовательности считываются нормально.

Исследователи превратили это свойство раковых клеток в преимущество, создав синтетическую терапевтическую схему под названием FAST (frameshifting-activated synthetic therapeutic circuit), которая использует обратное смещение рибосомы в качестве триггера для активации белка, способного пробивать отверстия в клеточной мембране, запуская воспалительную форму клеточной смерти, известную как пироптоз.

Предыдущие исследования показали, что стрессовые условия, такие как нехватка питательных веществ, могут вызывать сдвиг рамки считывания в клетках рака человека. Однако мало что было известно о том, может ли подобный сдвиг происходить в раковых клетках в нормальных условиях роста. 

Исследователи хотели выяснить, можно ли использовать эту тенденцию для решения давней проблемы в лечении рака: как активировать токсичные методы терапии в опухолевых клетках, не повреждая при этом здоровые ткани. Они разработали крупномасштабную модель скрининга для выявления и проверки последовательностей, склонных к сдвигу рамки считывания, в различных линиях раковых клеток человека и мыши, таких как меланома, рак печени, колоректальный рак и рак яичников. Исследователи разработали специализированный вычислительный конвейер для отслеживания рибосом во время считывания мРНК-транскриптов и определения пар кодонов, где им было трудно поддерживать нормальную рамку считывания. Они также встроили механизмы контроля, чтобы гарантировать, что обнаруженные сигналы исходили от фактического сдвига рамки считывания рибосомами, а не от других процессов, связанных с рибосомами.

Их анализ показал, что раковые клетки естественным образом подвергаются сдвигу рамки считывания на −1, при котором рибосомы смещаются назад на одну генетическую букву в определенных парах кодонов, таких как AGAACG и ACGAGA. Это часто приводит к образованию обнаруживаемых пептидов или белков, таких как гасдермин D (GSDMD-N), из измененных генетических инструкций.

Исследователи связали это проскальзывание с повышенным фосфорилированием рибосомального белка S6 (pRPS6), который переводит приостановленные рибосомы в альтернативную рамку считывания. Это фосфорилирование стимулируется сигнальными путями роста mTOR и MAPK, которые часто чрезмерно активны в раковых клетках. Исследователи разработали FAST, чтобы использовать тенденцию раковых клеток к сдвигу рамки считывания. Они поместили фрагмент GSDMD-N, отвечающий за образование пор, в рамку считывания −1, непосредственно за последовательностью кодона, которая запускает обратное движение рибосом.

Когда в раковых клетках происходила эта трансформация, они производили фрагмент белка, который проделывал отверстия в их мембранах, вызывая разрыв клеток и их гибель в результате воспалительного процесса, называемого пироптозом. Нормальные клетки, которые считывают эту последовательность обычным способом, остаются неповрежденными.

При внутривенном введении мышам FAST вызывал существенную регрессию опухолей при колоректальном раке (MC38) и спонтанном раке поджелудочной железы (мыши KPC). Он также сдерживал распространение рака на печень и легкие. FAST также усиливал иммунную активность в опухолях и оказался более эффективным в сочетании с ингибиторами иммунных контрольных точек . Тесты на мышах не выявили воспаления или токсического воздействия на здоровые ткани основных органов.

Эти результаты вселяют надежду на то, что генные цепи, активируемые сдвигом рамки считывания, при дальнейшем исследовании могут обеспечить способ избирательного воздействия на раковые клетки.

Игорь НАУМОВ
По материалам Medical Xpress