МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ, 2015, том 49, № 2, с. 264-278
= ОБЗОРЫ
УДК 577.21;578.5
ОНКОТОКСИЧЕСКИЕ БЕЛКИ В ПРОТИВОРАКОВОЙ ТЕРАПИИ:
МЕХАНИЗМЫ ДЕЙСТВИЯ
© 2015 г. Ю. Н. Лежнин1, Ю. Е. Кравченко1,2, Е. И. Фролова2, П. М. Чумаков1, С. П. Чумаков12*
Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук, Москва, 119991 2Институт биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова Российской академии наук,
Москва, 117997 Поступила в редакцию и принята к печати 19.11.2014 г.
В последнее время все большую актуальность приобретает разработка подходов к терапии злокачественных новообразований, основанных на использовании биомолекул — белков, которые способны избирательно убивать опухолевые клетки, не оказывая нежелательных побочных эффектов. К подобным подходам можно отнести использование специально разработанных антител против антигенов, специфичных для опухолевых клеток. Такие антитела способны подавлять опухолевые клетки либо за счет блокирования рецепторов, необходимых для поддержания их жизнеспособности, либо благодаря действию токсина, ковалентно соединенного с противоопухолевым антителом. Другой группой белковых молекул, обладающих не меньшим терапевтическим потенциалом, считаются онкотоксические белки — молекулы, которые при попадании в опухолевую клетку инициируют каскад проапоптозных сигналов, которые находятся в зависимости от патологических сигнальных путей, характерных для трансформированных клеток. Мишенями онколитических белков в опухолевых клетках могут быть присущие этим клеткам системы активации пролиферации, нарушения регуляции клеточного цикла, индукции апопто-за, дыхательных путей митохондрий и активации гликолиза. Применение онкотоксических белков может существенно дополнить арсенал противоопухолевых средств.
Ключевые слова: онкотоксические белки, апоптин, вирус инфекционной анемии кур, MDA-7, IL-10, HAMLET, TRAIL, E4ORF4, NS1.
ONCOTOXIC PROTEINS IN CANCER THERAPY: MECHANISMS OF ACTION, by Y. N. Lezhnin1, J. E. Kravchenko12, E. I. Frolova2, P. M. Chumakov1, S. P. Chumakov12* (1Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences, Moscow, 119991, *e-mail: stepan@chumakov.com; 2Shemyakin and Ovchinnikov Institute of Bioorganic Chemistry, Russian Academy of Sciences, Moscow, 117997 Russia) Cancer therapeutics based on protein biomolecules that exhibit selective toxic of inhibiting effects towards tumor cells without affecting normal tissue, are gaining extensive attention in cancer research. This heterogenous group of proteins consists of several subgroups, among them, are engineered cancer antigen-specific antibodies that suppress tumor growth by blocking proliferation-inducing receptors, or by direct action of a covalently attached toxin. Another subgroup of anticancer proteins that also represents promising potential therapeutic agents is oncotoxic proteins that can selectively trigger proapoptotic signaling in cancer cells. The oncotoxic proteins target such commonly disturbed processes in tumor calls as enhanced cell proliferation, altered cell-cycle control, deficient apoptotic response, inhibited mitochondrial respiration and activated glycolysis. The introduction of oncotoxic proteins to the clinic might substantially widen and upgrade modern arsenal of anticancer therapeutics.
Keywords: oncotoxic proteins, apoptin, chicken anemia virus, MDA-7, IL-10, HAMLET, TRAIL, E4ORF4, NS1. DOI: 10.7868/S0026898415020081
ВВЕДЕНИЕ
Онкологические заболевания по-прежнему остаются одной из ведущих причин смертности. Радикальная хирургия и ее сочетание с радиоте-
* Эл. почта: stepan@chumakov.com
рапией эффективны в основном на начальных стадиях заболевания — когда злокачественные клетки не распространяются дальше первичной опухоли и близлежащих лимфоузлов. Вступив на путь конкурентной эволюции внутри организма, раковые клетки последовательно накапливают
множественные генетические повреждения, которые, в свою очередь, приводят к все возрастающей скорости пролиферации этих клеток и приобретению способности распространяться в виде метастазов. В случае диссеминирования процесса основным средством борьбы остаются подходы с использованием химиотерапии, основанной преимущественно на цитостатических препаратах. О низкой эффективности цитотоксической химиотерапии красноречиво свидетельствуют результаты, согласно которым ее вклад в 5-летнюю выживаемость пациентов, страдающих наиболее распространенными формами рака, в развитых странах (США и Австралия) соответствует 2.1 и 2.3% [1]. Как правило, в результате химиотерапии происходит ремиссия опухоли, после чего следует рецидив — из-за продолжающегося роста устойчивых к химиопрепарату клеток. В тоже время применение цитотоксической химиотерапии сопровождается тяжелыми побочными эффектами, а основное полезное действие преимущественно сводится к улучшения качества жизни пациента в среднесрочной перспективе. В связи с этим в настоящее время активно ведется поиск новых эффективных методов лечения, основанных на использовании биотерапевтических подходов. Один из перспективных подходов в биотерапии рака — использование терапевтических белков, которые с высокой избирательностью уничтожают опухолевые клетки, оказывая минимальное токсическое воздействие на нормальные ткани и органы.
Наиболее распространенными терапевтическими белками, многие из которых уже проходят клинические испытания, считаются синтетические антитела, узнающие специфические рецепторы на поверхности опухолевых клеток. Терапевтическое действие таких антител обусловлено их связыванием с рецепторами, что приводит к нарушениям в передаче сигналов, стимулирующих пролиферацию клеток опухоли [2]. Если же такое антитело соединено с эффекторной частью — токсином, поражающим клетку-мишень [3], или другим антителом, привлекающим к опухолевой клетке компоненты иммунной системы [4], тогда происходит непосредственное уничтожение данных клеток.
Терапевтические антитела — это биомолекулы, воздействующие на специфические мишени, характерные для отдельных, часто представленных узким спектром, опухолей. К преимуществам антител можно отнести четкое представление о механизме их действия и низкую вероятность возникновения нежелательных побочных эффектов. К недостаткам относят узкий спектр опухолей, на которые воздействует конкретное антитело, невысокая эффективность при использовании в монотерапии опухолей и быстрое приобретение устойчивости в результате селекции тех вариантов опухолевых клеток, которые вследствие появившихся
мутаций (их называют "эскейп"-мутации) утрачивают эпитоп, на который нацелено антитело [5].
Другая группа терапевтических биомолекул включает онкотоксические белки. Сюда входят цитокины, искусственно модифицированные сек-ретируемые белки, а также некоторые белки вирусного происхождения. Последние обладают естественной способностью, воздействуя на измененные в раковых клетках компоненты сигнальных и метаболических путей, избирательно подавлять их пролиферацию или вызывать апоптоз, не влияя при этом на клетки в норме. Спектр действия большинства онкотоксических белков весьма широк — чувствительны к ним опухоли, находящиеся в разных тканях и на различных стадиях опухолевой прогрессии. Если учесть еще и высокую эффективность действия, становится понятным, почему онкотоксические белки считают перспективным направлением в современной противораковой терапии. Еще один важный момент противоопухолевого действия некоторых онкотоксических белков — их способность вызывать р53-независимый апоптоз раковых клеток, что важно в связи с высокой частотой (до 50%) инактивирующих мутаций гена р53 в опухолях человека. В то же время на сегодняшний момент знаний о механизмах действия онкотоксических белков недостаточно для того, чтобы говорить об их внедрении в клинику. Так что исследование онкотоксических белков очень актуально и интерес к ним растет.
БЕЛКИ ВИРУСНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ, ОБЛАДАЮЩИЕ ПРОТИВООПУХОЛЕВОЙ АКТИВНОСТЬЮ
Белок VP3 вируса инфекционной анемии кур (апоптин)
Противоопухолевые свойства белка УР3 вируса инфекционной анемии кур (ИАК), известного под названием апоптин, изучены достаточно подробно. Апоптин — белок с молекулярной массой 13.6 кДа, состоящий из 121 аминокислотного остатка. На сегодняшний день не выявлено гомологии апоптина ни с одним из клеточных белков [6]. Вирусный белок УР3, будучи главным медиатором атрофии лимфоидной ткани и тяжелой анемии, играет важную роль в патогенезе ИАК и смертности ИАК-инфицированных кур [7]. Обнаружено, что апоптина вызывает избирательный апоптоз трансформированных клеток птиц и млекопитающих, не воздействуя на нормальные нетрансфор-мированные клетки.
Апоптин относится к пролин-богатым белкам, что отражается на его вторичной структуре, в целом малоупорядоченной и не имеющей а-спира-лей. Апоптин содержит сигнал ядерной локализации, расположенный в С-концевой области (ами-
нокислотные остатки 80—121), и сигнал ядерного экспорта, расположенный в N-концевой области (остатки 33—46) [8]. В нескольких исследованиях показано, что ядерная локализация апоптина, что характерно для опухолевых клеток, — необходимый фактор индукции апоптоза. Напротив, в нормальных клетках апоптин преимущественно находится в цитоплазме, где он нестабилен и быстро подвергается деградации.
Ядерный импорт и экспорт происходят через ядерные поровые комплексы (ЯПК). ЯПК способны пассивно пропускать молекулы с массой до 50 кДа. Транспорт молекул с большей массой (>50 кДа) относится к активному виду транспорта и осуществляется с помощью транспортных белков кариоферинов. Кариоферины, обеспечивающие импорт, называются импортинами, а экспорт — экспортинами [9]. Апоптин транспортируется в ядро с помощью белка импортина-pi (Kpnpi), который использует Ran-GTP цикл. Белок Kpnpi связывается с последовательностью ядерной локализации апоптина в цитоплазме и проводит его через поровые комплексы в ядро. В ядре происходит связывание Ran-GTP белка с Kpnpi, что приводит к высвобождению апоптина. Экспорт апоптина осуществляет экспортин CRM1, который, как и Kp
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.