При разработке препаратов для лечения онкологических заболеваний особое внимание уделяется новому классу молекул, способных удалять белок из клетки целиком. Отдельный интерес вызывает механизм активации ферроптоза — программируемой клеточной гибели, при которой происходит уничтожение опухоли, устойчивой к традиционной химиотерапии.
Главный защитный механизм раковой клетки — фермент GPX4. На его поверхности почти нет мест, на которые могли бы воздействовать стандартные лекарства (низкомолекулярные ингибиторы).
Чтобы решить эту проблему, старший научный сотрудник Лаборатории био- и хемоинформатики НИУ ВШЭ — Санкт-Петербург Максим Гуреев совместно с учеными из СПбГТИ (ТУ) и Университета Цзинань использовали технологию направленного протеолиза. Метод задействует естественный механизм клеточной очистки от ненужных или поврежденных белков. Специальные ферменты — E3-убиквитинлигазы — присоединяют к белкам метку убиквитина. Она служит сигналом для клеточных структур (протеасом), которые распознают помеченный белок и разрушают его.
В рамках эксперимента ученые смоделировали и разработали несколько молекул, способных разрушать целевые белки. Наиболее примечательными оказались соединения с азидной группой — заместителем, содержащим три атома азота (-N₃). Созданные молекулы работают по принципу двустороннего скотча. Они одновременно связываются с белком-мишенью GPX4 и привлекают к нему особый клеточный фермент (лигазу). В результате запускается естественный механизм утилизации и клетка сама уничтожает опасный белок.
Уникальность разработки — в использовании азида. Исследованные молекулы продемонстрировали высокую эффективность — теперь белок разрушается на 84 %, что значительно превосходит показатели существующих аналогов.
«Совместные эксперименты показали, что удаление GPX4 запускает ферроптоз: в клетках падает уровень глутатиона, растет содержание маркеров окисления липидов и повышается уровень железа. Наше исследование показывает, что азидная группа в составе направленных деградаторов может привлекать фермент UHRF1 к белку GPX4 и запускать его разрушение. Опухоли нужно поддерживать целостность мембран и как-то защищаться от окислительного стресса — без этой защиты она перестает расти и гибнет. В этом и заключается терапевтический эффект».
Наиболее убедительные результаты были получены в рамках биологических экспериментов на мышах с пересаженной опухолью. Исследования проводились на базе Университета Цзинань. За десять дней использования соединений рост новообразований замедлился почти на 42 % без значительной потери массы тела у животных. Анализ тканей подтвердил, что эффект достигается именно через удаление GPX4 и запуск ферроптоза.
По словам профессора Ли Чженцю из Университета Цзинань, использование фермента минимизирует побочные риски.
«Новая управляемая E3-лигаза является потенциальным биомаркером прогноза эффективности и продолжительности лечения злокачественных новообразований и позволяет снизить токсичность, связанную с побочными эффектами», рассказал профессор Ли Чженцю.
Новые соединения могут действовать избирательно, поражая преимущественно опухолевые ткани и снижая токсичность для здоровых клеток. Разработанный подход открывает новые возможности для терапии опухолей, устойчивых к стандартной химиотерапии.
«Выбор азида — это прорывное концептуальное решение. Элемент достаточно небольшой и метаболически относительно стабильный и не требует сложных химических мостиков для связываний. Лекарства нового поколения будут иметь лучшую клеточную проницаемость и биодоступность в организме человека. В дальнейшем мы нацелены работать над повышением эффективности активных соединений», — заключил Максим Гуреев.