Исследование, проведенное старшим ассоциированным членом Broad Levi Garraway и опубликованное на этой неделе в журнале Nature, предлагает новый подход к изучению лекарственной устойчивости при раке. Этот подход помог им определить, какие биологические пути могут позволить меланоме обойти доступные противораковые методы лечения. Нацеливание на выход этих путей для лечения потенциально может помешать течению этого часто смертельного заболевания.
Исследователи инициировали исследование, чтобы решить досадную клиническую проблему: в тех редких случаях, когда обнаруживаются лекарственные препараты, эффективно подавляющие рост опухоли, этот успех часто бывает недолговечным. По мере появления механизмов устойчивости методы лечения перестают быть эффективными, и опухоли возвращаются.
Так обстоит дело с меланомой. Примерно 50% этих видов рака были связаны с мутацией в BRAF, гене, отвечающем за направление роста клеток. Всего несколько лет назад были разработаны лекарства, которые нарушают биологические пути, которые приводят к тому, что мутация стимулирует неконтролируемый рост клеток кожи. У пациентов, прошедших курс лечения, опухоли исчезли – только чтобы вернуться в среднем через девять месяцев. Команда Гарравея, в которую входят исследователи из Института Броуда и Института рака Дана-Фарбер, хотела всесторонне выяснить, какие механизмы могут быть задействованы в развитии лекарственной устойчивости в этих случаях.
Чтобы выяснить это, команда систематически имитировала активацию генов, экспрессируя более 15000 генов, чтобы проверить их роль в устойчивости к лекарствам. (Для масштабирования геном человека содержит примерно 20000 генов.Этот крупномасштабный скрининг был проведен с использованием библиотеки экспрессии генов Open Reading Frame (ORF), разработанной Broad’s RNAi Platform и Центром системной биологии рака Дана-Фарбер. ORF – это фрагменты генетического материала, которые исследователи могут использовать для "включить" специфические гены, чтобы исследовать их функцию.
Команда использовала библиотеку ORF для активации каждого из 15000 генов индивидуально в клеточной линии, полученной из мутантной меланомной опухоли BRAF. Затем клетки обрабатывали лекарствами, обычно используемыми для борьбы с этой формой рака, и результаты были подтверждены на семи дополнительных мутантных клеточных линиях меланомы BRAF.
"Каждый раз, когда мы экспрессировали ген, мы спрашивали: «Меняет ли это чувствительность этой клеточной линии к этим лекарствам??" объяснил Кори Йоханнесен, научный сотрудник лаборатории Гарравея и первый автор статьи. "Наблюдение за каждым ответом дало нам представление о том, как выглядит ландшафт механизмов сопротивления для этого конкретного типа меланомы."
Этот систематический подход позволил выявить исчерпывающий список механизмов, которые, возможно, могут играть роль в развитии лекарственной устойчивости. Затем команда искала закономерности в своих данных и обнаружила, что на самом деле они могут идентифицировать общие черты – целые сигнальные пути или сети – на основе функциональной информации, полученной в результате их подхода.
Одно из самых многообещающих открытий команды было также одним из самых неожиданных: центральный путь, способствующий лекарственной устойчивости при мутантной меланоме BRAF, – это тот, который контролирует аспект нормального развития кожи.
"Оказывается, путь, вызывающий сопротивление, не случаен," Йоханнесен сказал. "Это путь, который важен для биологии клеток кожи; это критически важно для развития этих клеток и их устойчивого роста."
Одним из важнейших компонентов нормальной кожи является тип клеток, известный как меланоциты; эти клетки создают пигмент кожи и защищают тело от повреждений ультрафиолетовыми лучами солнца. В отличие от нормального хода развития меланоцитов, в мутантной меланоме BRAF путь развития меланоцитов выключен, и путь, инициированный мутацией BRAF, берет верх. Вместо того, чтобы производить нормальные меланоциты, мутация BRAF вызывает цепочку событий, которая приводит к активации группы белков (известных как "факторы транскрипции"), которые говорят клеткам бесконтрольно воспроизводиться, образуя раковые опухоли.
Современные методы лечения мутантной меланомы BRAF нацелены на цепь событий, которые приводят к активации этих факторов транскрипции, а не самих факторов транскрипции – и этот подход какое-то время является успешным. Лекарства нарушают раковый путь, давая возможность снова включить нормальный путь развития меланоцитов. Однако, как обнаружила команда, если путь меланоцитов снова включается, он активирует те же вызывающие рак факторы транскрипции, которые ранее контролировались мутацией BRAF. Как только эти факторы транскрипции активируются, меланома возвращается.
Йоханнесен сказал, что они еще не знают, почему эти ранее здоровые пути меланоцитов начинают продуцировать аберрантные факторы транскрипции. Тем не менее, знание того, что факторы транскрипции вовлечены в устойчивость к лекарствам, представляет собой новую мишень для терапии.
Хотя факторы транскрипции традиционно рассматривались как "невозможно" команда подозревала, что они могут поразить их косвенно, используя терапевтические средства на основе хроматина, которые в настоящее время проходят клинические испытания. Эти терапевтические средства нацелены на белки, регулирующие гены, в хроматине, который является одной из частей клеточного аппарата, контролирующего экспрессию генов. В свою очередь, эти белки изменяют экспрессию большого количества других белков в клетке.
Когда команда Гаррауэя протестировала ряд этих терапевтических средств на основе хроматина на раковых клетках вместе с традиционными препаратами для мутантной меланомы BRAF, оказалось, что комбинация препятствовала лекарственной устойчивости и уменьшала экспрессию факторов транскрипции, которые вызывали резистентность. Лечение еще предстоит испытать клинически, но если его ингибирующие эффекты подтвердятся, терапию потенциально можно использовать не только для лечения меланомы с мутантным BRAF, но и для других форм меланомы, которые также включают те же факторы транскрипции.
Гарравей, который также является адъюнкт-профессором кафедры медицинской онкологии онкологического института Дана-Фарбер и Гарвардской медицинской школы, сказал, что систематический подход, который его команда использовала для исследования механизмов, лежащих в основе лекарственной устойчивости мутантной меланомы BRAF, может быть применяется к другим формам рака и уже используется при других типах рака. Подход не только комплексный, но и относительно экономичный. Он также не зависит от большого количества образцов раковой опухоли, сбор которых может стать бременем для пациентов.
"Этот метод позволяет нам более систематически отслеживать лекарственную устойчивость," он сказал. "Если мы сможем идентифицировать и понять механизмы, лежащие в основе лекарственной устойчивости, мы сможем лучше определить клинически значимые механизмы устойчивости. Мы надеемся, что эта информация поможет нам разработать новые методы лечения и комбинации лекарств, которые приведут к более надежному контролю над меланомой и, в конечном итоге, со многими другими типами рака."