научная статья по теме ИНГИБИТОРЫ АКТИВНОСТИ БЕЛКА ТЕПЛОВОГО ШОКА 90: НОВЫЙ КЛАСС РАДИОСЕНСИБИЛИЗАТОРОВ ОПУХОЛЕЙ Биология

Текст научной статьи на тему «ИНГИБИТОРЫ АКТИВНОСТИ БЕЛКА ТЕПЛОВОГО ШОКА 90: НОВЫЙ КЛАСС РАДИОСЕНСИБИЛИЗАТОРОВ ОПУХОЛЕЙ»

РАДИАЦИОННАЯ БИОЛОГИЯ. РАДИОЭКОЛОГИЯ, 2010, том 50, № 5, с. 528-535

МОДИФИКАЦИЯ ^^^^^^^^^^

РАДИАЦИОННЫХ ЭФФЕКТОВ

УДК 616-006:577.112

ИНГИБИТОРЫ АКТИВНОСТИ БЕЛКА ТЕПЛОВОГО ШОКА 90: НОВЫЙ КЛАСС РАДИОСЕНСИБИЛИЗАТОРОВ ОПУХОЛЕЙ © 2010 г. А. Е. Кабаков*, В. А. Кудрявцев, Ю. М. Макарова

Учреждение Российской академии медицинских наук Медицинский радиологический научный центр РАМН, Обнинск

Белок теплового шока с массой 90 кДа (БТШ90) является одним из основных шаперонов эукариот, катализирующим созревание и активацию его белков-клиентов. Среди идентифицированных белков-клиентов оказались продукты онкогенов, рецепторы гормонов или ростовых факторов и ключевые компоненты сигнальных путей, ответственные за злокачественный рост опухолей или их устойчивость к химиотерапии и лучевой терапии. В случае ингибирования шаперонной функции БТШ90 такие белки инактивируются и быстро деградируют, что приводит к блокированию сразу нескольких механизмов, необходимых для пролиферации и выживания злокачественных клеток; следовательно, фармакологические ингибиторы шаперонной активности БТШ90 могли бы применяться в противоопухолевой терапии. В настоящее время несколько ингибиторов БТШ90 проходят доклиническое тестирование или 1—Ш стадии клинических испытаний в качестве моно-агентов и в комбинации с другими противоопухолевыми лекарствами или облучением. В обзоре обобщаются данные, характеризующие ингибиторы БТШ90 как эффективные радиосенсибилизаторы опухолевых клеток. Обсуждаются молекулярные механизмы и селективность радиосенсибилизирующего действия ингибиторов БТШ90, а также возможность их применения для улучшения результатов лучевой терапии.

Шапероны, белки-клиенты, радиационный ответ, радиочувствительность, лучевая терапия, раковые клетки.

Лучевая терапия — важнейший способ лечения многих форм солидных опухолей. К сожалению, генетическая и эпигенетическая вариабельность опухолевых клеток способствуют возникновению и селекции радиорезистентных фенотипов, что снижает эффективность лучевой терапии. Другая проблема состоит в том, что нормальные ткани пациента тоже страдают при облучении опухоли. Поэтому большие усилия исследователей направлены на поиск и разработку радиосенсибилизаторов, понижающих порог радиационного ответа злокачественных клеток без повышения радиочувствительности нормальных клеток [1, 2].

В этой связи ингибиторы шаперонной активности белка теплового шока с массой 90 кДа (БТШ90) кажутся вполне подходящими агентами, поскольку они блокируют множество БТШ90-зависимых механизмов, защищающих облученные опухолевые клетки от гибели или прекращения деления [1—4]. Известны ингибиторы, которые связываются с БТШ90 в раковых клетках с гораздо более высокой аффинностью, чем с БТШ90 в нормальных клетках [5—7], что обещает преимущественное накопление таких

* Адресат для корреспонденции: 249036, Калужская обл., Обнинск, ул. Королева, 4, МРНЦ РАМН; тел.: (48439) 971-88; факс: (495) 956-14-40; e-mail: aekabakov@hot-mail.com.

препаратов в опухоли и, следовательно, селективность эффектов ингибирования.

В настоящей работе рассматриваются подходы к использованию ингибиторов БТШ90 для радиосенсибилизации опухолей человека, что в перспективе может стать эффективной стратегией в комбинированной терапии рака.

БТШ90 КАК УНИКАЛЬНАЯ МОЛЕКУЛЯРНАЯ МИШЕНЬ ДЛЯ

ВОЗДЕЙСТВИЯ НА РАКОВЫЕ КЛЕТКИ

In vivo БТШ90 действует как АТФ-зависимый молекулярный шаперон, который вместе с другими шаперонами и ко-факторами обеспечивает стабильную интерактивную конформацию белков-клиентов, регулируя, таким образом, их функциональную активность [6—8]. Шапероны БТШ70 и БТШ40, а также ко-факторы Hip и Hop взаимодействуют с димером БТШ90 и помогают связать молекулу белка-клиента; в результате формируется так называемый "незрелый" или "промежуточный" комплекс (рис. 1). Такие промежуточные комплексы, если они не "дозреют", будут способствовать убиквитинации захваченного белка-клиента, т.е. его конъюгации с убик-витином (Ub); затем произойдет его Ub-опосре-дованная деградация на протеасомах. Переход к

зрелым комплексам стимулируется связыванием и гидролизом АТФ в АТФ-азном сайте N-кон-цевого домена БТШ90; это приводит к конфор-мационным изменениям в димере БТШ90 и замене вышеупомянутых шаперонов и ко-факторов на другие: Cdc37, p23 и иммунофилин (IP), которые катализируют окончательное конформаци-онное созревание белка-клиента (рис. 1) [6, 7].

Многие белки-клиенты БТШ90, в том числе рецепторы гормонов или факторов роста, мутант-ный р53, Raf-1, Akt, Src-киназа, циклин-зависи-мая киназа 4 (CDK4), индуцируемый гипоксией фактор 1-альфа (HIFla), ErbB2 (он же HER2), те-ломераза hTERT, сурвивин и пр. вовлечены в сигнальные механизмы, ответственные за нелимити-рованную пролиферацию злокачественных клеток и их устойчивость к терапии. Дисфункция БТШ90 приводит к инактивации этих белков-клиентов и их Ub-опосредованному протеолизу (рис. 1) [6, 7], поэтому ингибиторы шаперонной активности БТШ90 могут прерывать передачу сигналов, необходимых для роста и выживания раковых клеток. В таком случае фармакологическое ингибирование БТШ90 в опухолях пациентов могло бы оказывать терапевтический эффект или по крайней мере сенсибилизировать опухоли к химио- и радиотерапии.

Хотя высокое содержание БТШ90 характерно как для нормальных, так и для опухолевых клетках, только последние имеют большой пул "реактивной формы" БТШ90 с высокой АТФ-азной активностью и повышенной чувствительностью к ингибиторам [6, 7]. Исходя из этого можно рассматривать БТШ90 как уникальную молекулярная мишень, дающую возможность избирательно поражать злокачественные клетки.

Натуральные антибиотики гелданамицин (GA) и радицикол (рис. 2) были идентифицированы как мощные ингибиторы БТШ90 со свойствами противоопухолевых агентов, но, к сожалению, с неприемлемо высокой гепатотоксич-ностью. Два синтетических производных GA: 17-N-allilamino- 17-demethoxygeldanamycin (17AAG) и 17-N-dimethylaminoethylamino- 17-demethoxy-geldanamycin (17DMAG) (рис. 2) являются слабо токсичными ингибиторами БТШ90 и при этом обладают противоопухолевым потенциалом [6— 8]. Аффинность связывания 17AAG с БТШ90 в раковых клетках более чем в 100 раз выше, чем с БТШ90 в нормальных клетках [5]. 17AAG "предпочитает" раковые клетки вероятно потому, что их БТШ90 в основном находится в составе муль-тибелковых комплексов и имеет высокую АТФ-азную активность, что гарантирует созревание и функционирование всех белков-клиентов, необходимых для существования раковых клеток. Напротив, почти весь БТШ90 внутри нормальных клеток находится в несвязанном, латентном со-

Промежуточный комплекс

Ингибиторы БТШ90

Зрелый комплекс

1

Белок-клиент

Ud лигаза

АДФ АДФ + Ф

Релиз

Убиквитинация

Активный белок-клиент

Деградация

Рис. 1. Схема, иллюстрирующая работу "шаперонной машины" и эффект ингибиторов БТШ90, которые блокируют конформационное созревание белка-клиента и способствуют его деградации (см. детали в тексте).

стоянии с низкой АТФ-азной активностью [5]. Такое несходство между БТШ90 в нормальных клетках и БТШ90 в раковых клетках, по-видимому, определяет их столь различную реактивность при взаимодействии с ингибитором.

В настоящее время 17AAG проходит фазу III клинических испытаний. Поскольку высокая гидрофобность 17AAG затрудняет его всасывание и требует использования органических растворителей, уже разработана стабильная водорастворимая модификация IPI-504 (гидрохлоридная соль гидрохиноновой формы 17AAG), что облегчает проведение клинических тестов. Кроме того, существует более гидрофильный аналог GA — 17DMAG, который растворим в воде и пригоден для перорального употребления [6—8].

Известны и другие ингибиторы БТШ90, такие как производные пурина, пиримидина или пиразола, дегуелин, новобиоцин, шефердин, ингибиторы гистондеацетилазы и др. [6, 8]. Большинство охарактеризованных ингибиторов БТШ90 оказались блокаторами нуклеотид-связывающего сайта в N-концевом домене БТШ90, которые нарушают АТФ-зависимые взаимодействия шаперона с белками-клиентами и ко-факторами (рис. 1). Однако могут иметь место другие механизмы инактивации БТШ90: например, новобиоцин связывается с С-концевым доменом шаперона, а ингибиторы гистондеацетилазы стимулируют

GA

O

17AAG O

OH

> / \ / O

H3CO '/Лл

nh2

Радицикол OH O =

HO

*O

L»H

O

H3CO

O

nh2

O

O

H3CO

O

nh2

17DMAG

.OH

OMe

HO

Cl

1ХУ

h2n n N • CH3SO3H

-N

H3C y CH3 O-

CH

3

OH

Cl

Cl

NH

N

O

BIIB021

NVP - AUY922

N ---NH

11

H2N^N^S O

NVP - BEP800

Рис. 2. Структурные формулы ингибиторов БТШ90, охарактеризованных как радиосенсибилизаторы опухолевых клеток (см. таблицу).

ацетилирование внутриклеточного БТШ90. Сейчас многие ингибиторы БТШ90 находятся на стадии тестирования их противоопухолевых свойств, биодоступности, стабильности и токсичности; некоторые из них уже проходят фазы 1—111 клинических испытаний и демонстрируют обнадеживающие результаты как моно-агенты, так и в комбинационных схемах с различными химиотерапевтическими средствами (таксол, этопозид и пр.) [6—8]. Кроме того, дисфункция БТШ90 в опухолевых клетках делает их более чувствительными к цитотоксическому действию ионизирующего излучения; следовательно, ком-

бинирование ингибиторов БТШ90 с лучевой терапией может усилить противоопухолевый эффект.

РАДИОСЕНСИБИЛИЗАЦИЯ ОПУХОЛЕВЫХ КЛЕТОК ИНГИБИТОРАМИ БТШ90

Есть много сообщений, что ингибиторы активности БТШ90 сенсибилизируют культуры раковых клеток и опухоли, растущие in vivo, к действию рентгеновского или у-излучения в дозах, используемых в лучевой терапии (данные [9-31] суммированы в таблице). Такая радиосенсибилизация обычно проявляется в усилении клеточной

гибели (апоптоза или митотической катастрофы) и задержке клеточного цикла, что приводит к резкому снижению клоногенности и подавлению опухолевого роста. В некоторых исследованиях было показано, что ингибиторы активности БТШ90, повышающие радиочувствительность раковых клеток, не влияют на радиочувствительность нормальных фибробластов, что свидетельствует о селективности эффекта [9, 12, 18, 23].

Большая часть публикаций описывает радио-сен

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком