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.