8 Minutės
Mokslininkai iš Hebrajų Universiteto Jeruzalėje praneša apie pirmą tokio tipo mažą molekulę, kuri ląstelėse atpažįsta ir naikina su vėžiu susijusią RNR, vadinamą TERRA, sulėtindama naviko augimą ląstelių modeliuose. Šis darbas pabrėžia naują, sparčiai vystomą RNR taikymo terapijų klasę, kuri orientuojasi į genetinę mašiną, kurią vėžio ląstelės naudoja išlikimui.
Pirmą kartą aprašyta mažos molekulės strategija selektyviai degraduoja su vėžiu susijusią TERRA RNR ląstelėse, sulėtindama naviko augimą ir demonstruodama perspektyvią RNR taikomą alternatyvą tradiciniams baltymams skirtų vaistų požiūriui.
Kodėl TERRA svarbi: RNR, sauganti chromosomų galus
Ląstelės saugo chromosomų galus specialiomis struktūromis, vadinamomis telomerais. TERRA (telomerinių repeticijų turinti RNR) yra nekoduojanti RNR, kuri dalyvauja telomerų reguliavime ir susijusiuose kompleksiniuose ląstelių procesuose, tokiuose kaip senėjimas, mitozė ir DNR stabilumo palaikymas. Kai telomerų reguliavimas būna sutrikęs, ląstelės gali apeiti natūralius augimo apribojimus — tai yra vienas iš vėžio požymių.
Daugumoje agresyvių navikų, įskaitant tam tikrus smegenų ir kaulų navikus, vėžio ląstelės išnaudoja TERRA susijusius signalinius kelius, kad tęstų dalijimąsi ir išvengtų užsibrėžtos arba programinės ląstelių mirties. Tokios koreliacijos tarp telomerų reguliacijos ir naviko progresavimo išryškina TERRA kaip potencialų taikinį naujoms vėžio terapijoms.
Dauguma esamų vaistų orientuoti į baltymus — arba jie veikia receptorius, fermentus ar kitus baltyminius taikinius. Tačiau RNR, tokia kaip TERRA, dažnai veikia aukščiau baltymų išraiškos kaskadėje, tiesiogiai reguliuodama, kada ir kaip tam tikri baltymai sintezuojami. Nukreipti ligą sukeliančias RNR reiškia galimybę įsikišti anksčiau genų ekspresijos grandinėje, todėl tai gali užkirsti kelią patologiniams procesams prieš juos įtakojant baltymus.
Be to, RNR taikymas nėra vien tik alternatyva baltymų taikymui — tai papildoma strategija, galinti išspręsti atvejus, kai baltymas yra „netinkamas“ vaistams dėl savo struktūros, prieinamumo ar greito atsparumo formavimosi. TERRA yra ypatingai patraukli, nes ji sudaro specifines trimates struktūras (pvz., G-kvadruplexus), kurios suteikia galimybę didinti molekulės selektyvumą.
Kaip veikia naujoji molekulė: RIBOTAC susitinka su RNase L
Tyrėjų komanda panaudojo koncepciją, žinomą kaip RIBOTAC (Ribonuclease-Targeting Chimera). Supaprastintai tariant, tai dviejų dalių molekulė: viena dalis atpažįsta specifinę TERRA susuktą formą (G-kvadruplexą), o kita dalis recruitina natūralų ląstelinį „pjaustytuvą“ — fermentą RNase L. Šios dvi funkcijos kartu pritraukia degradacinį fermentą prie taikinio RNR ir inicijuoja selektyvų jos ardymą.
RIBOTAC koncepcija iš esmės sujungia molekulinį atpažinimą su aktyvia degradacija: užuot tiesiog blokuodama RNR funkciją, ši maža molekulė aktyviai nukreipia ląstelės pačios degradacinę mašiną, kad ji pašalintų patologinę RNR. Tai leidžia pasiekti aukštą efektyvumą net esant žemesnėms junginio koncentracijoms ir mažina poreikį ilgai palaikyti junginį prisijungus prie taikinio.
Tokio tipo strategijos yra dalis platesnio RNR-centrinio vaistų kūrimo srauto, kurį sudaro ir antisensinės oligonukleotidų technologijos, siRNA terapijos ar RNP moduliacijos. Pranašumas RIBOTAC prieigai — mažesnis molekulinis svoris ir geresnės farmakokinetinės perspektyvos nei daugeliui nukleotidinių gydymo priemonių, o taip pat galimybė struktūriškai atpažinti unikalius RNR motifus.
Preciziškumas pagal formą
TERRA suformuoja specifinį trimatį karkasą, žinomą kaip G-kvadruplexas, kurį sintezė molekulė atpažįsta su dideliu specifiškumu. Tokia struktūrinė selektyvumas leidžia junginiui nukreipti degradaciją vien tik į TERRA, o kitas ląstelėje esančias RNR palikti nepažeistas — tai yra esminis privalumas lyginant su mažiau diskriminuojančiomis RNR taikomosiomis priemonėmis.
G-kvadruplexų savybė — lokalus guanino turintis kvadratinis stulpas, stabilizuotas metalų jonais ir vandenilinių jungčių tinklu — suteikia unikalų tris dimensijų žymeklį, kurį galima atpažinti mažos molekulės sudėtyje esančiais aromatiniais plokštelėmis, vandenilinių jungčių donorais ir acceptoriais. Tinkamai subalansuotas cheminis dizainas leidžia vienu metu užtikrinti stiprų surišimą ir mažą nepageidaujamą sąveiką su kitomis RNR struktūromis.
Be to, molekulės dizainas gali būti optimizuojamas, kad būtų įvertinami farmacijos kriterijai — tirpumas, ląstelės pralaidumas, metabolinis stabilumas ir mažas toksiškumas. Tyrėjai pranešė, jog pradiniai junginiai parodė gerą balanso profilį tarp affiniteto TERRA ir toleruotino nepageidaujamo poveikio, tačiau būsimos modifikacijos bus skirtos toliau gerinti šiuos parametrus.
Ląstelių modeliai ir rezultatai
Bandymuose laboratorijoje, kuriuose naudotos vėžio ląstelių linijos, tokios kaip HeLa ir U2OS, RIBOTAC tipo junginys sumažino TERRA kiekius ir sulėtino ląstelių proliferaciją. Stebėjimai apėmė kiekybinę RNR analizę, ląstelių gyvybingumo tyrimus ir klono formavimosi bandymus, kurie kartu pateikė tvirtesnį molekulės veikimo įrodymą.
Eksperimentai parodė selektyvią veiklą prieš taikinius: kontrolinėse ląstelėse, kuriose TERRA buvo nedaug arba jos struktūra buvo genetiniu būdu pakeista, efektas sumažėjo, o tai patvirtina, kad junginio poveikis yra priklausomas nuo specifinio RNR struktūrinio atpažinimo. Tokie kontroliniai tyrimai yra svarbūs, siekiant atmesti nespecifinius citotoksinius efektus ar bendrą RNR degradaciją.
Be in vitro ląstelių tyrimų, komanda atliko kelis molekulinius bandymus, įskaitant RNase L-rekruitmento patikrinimus ir in vitro degradacijos matavimus su izoliuotomis RNR molekulėmis. Šie eksperimentai parodė, kad RIBOTAC junginys veikia tik tada, kai abi funkcijos — atpažinimas ir RNase L pritraukimas — yra veiklios, o atskiros molekulės dalys neveikė taip stipriai kaip sujungta chimera.
Reikėtų pažymėti, kad tokie rezultatai yra pradinis įrodymas (proof-of-concept) ir, nors jie yra perspektyvūs, klinikinė reikšmė reikalauja papildomų žingsnių, įskaitant gyvūnų modelių tyrimus ir išsamią farmakologinę analizę.
Reikšmė vėžio gydymui ir tolimesni žingsniai
Šis atradimas pakeičia požiūrį, kaip taikomosios ir medicininės chemijos gali susijungti su onkologija: vaistai, kurie degraduoja RNR, išplečia „gydymui tinkamą“ genomą toliau nei vien tik baltymai. Jei tokie RIBOTAC tipo junginiai bus patobulinti ir įrodys saugumą, jie galėtų papildyti arba pakeisti terapijas toms situacijoms, kur baltymai yra prasti taikiniai — taip atsirastų naujos galimybės gydyti vėžius, kuriems šiuo metu trūksta efektyvių gydymo metodų.
Vykdymo iššūkiai yra specifiniai ir reikšmingi. Pirmiausia reikia užtikrinti, kad mažos molekulės pasiektų naviko audinį pacientuose su pakankamu koncentracijos laiku, o taip pat kad jos neįsiskverbtų ir nekeltų pavojaus sveikoms audinių sistemoms. Be to, reikia išvengti „off-target“ efektų — netikėtos sąveikos su kitomis RNR ar baltymais, galinčių sukelti toksiškumą ar net naujas patologijas.
Komandos vadas dr. Raphael I. Benhamou apibūdino molekulę kaip „giduojamą raketą blogai RNR“, pabrėždamas jos gebėjimą pašalinti TERRA be ženklios žalos sveikoms ląstelių sudedamosioms dalims. Tyrimą, kurį vedė Benhamou kartu su Elias Khaskia ir Dipak Dahatonde, paskelbė žurnalas Advanced Sciences, ir jame išryškinta metodika, kurią kitos laboratorijos galėtų pritaikyti kitiems su liga susijusiems RNR taikiniams.
Tolesni žingsniai apima molekulės selektyvumo ir farmakologinių savybių optimizavimą, bandymus gyvūnų modeliuose ir išsamią saugumo vertinimą. Konkretūs tyrimo etapai apims farmakokinetikos (PK) ir farmakodinamikos (PD) tyrimus, metabolitų analizę, gliukosės ir inkstų eliminacijos kelius bei ilgalaikio poveikio vertinimą. Sėkmingas perėjimas nuo ląstelių kultūrų prie gyvūnų modelių ir vėliau — prie ankstyvųjų fazių klinikinių tyrimų — reikalauja kruopštaus vystymo plano ir griežtų saugumo standartų laikymosi.
Be biologinių ir farmacinių iššūkių, yra ir logistinių bei reguliavimo aspektų: mažos molekulės plėtra dažnai yra ekonomiškai ir technologiniu atžvilgiu sudėtinga, o naujos RNR orientuotos technologijos susiduria su papildomomis priežiūros ir etikos gairėmis. Nepaisant to, privalumai — nauji terapeutiniai langai, galimybė gydyti anksčiau nepasiekiamas mutacijas ar reguliacijas — verčia investuoti į šią kryptį.
Tyrėjų komanda taip pat aptarė galimą sinergiją su kitomis vėžio terapijomis. Pavyzdžiui, RIBOTAC tipo junginiai galėtų būti derinami su imuninės sistemos moduliatoriais, chemoterapija ar radioterapija, kad pagerintų naviko jautrumą ar sumažintų atsparumo susiformavimą. Tokie kombinuoti režimai dažnai suteikia platesnį poveikį ir gali sumažinti individualių gydymo priemonių toksiškumą, jei leidžiama sumažinti atskirų komponentų dozes.
Taip pat verta paminėti skirtumą tarp RIBOTAC požiūrio ir kitų RNR orientuotų strategijų. Antisensiniai oligonukleotidai ir siRNA slopina RNR funkciją per translaciją arba RNR stabilumo mažinimą, bet dažnai reikalauja sudėtingų pristatymo sistemų. Mažos molekulės, tokios kaip RIBOTAC junginiai, gali pasiūlyti geresnį audinių pasiskirstymą ir stabilumą, ypač jei jos yra cheminiu būdu optimizuotos patekti į navikinius audinius.
Galiausiai, šis tyrimas yra reikšmingas ne tik dėl potencialaus klinikinio taikymo, bet ir dėl platesnės mokslo žinutės: jis demonstruoja, kad struktūrinės RNR savybės gali būti praktiškai panaudotos kuriant selektyvias, mažo kiekio veikiančias molekules. Tai atveria kelią sistemingam RNR žemėlapio (RNome) tyrimui ir identifikavimui naujų biologiškai reikšmingų struktūrinių elementų, tinkamų vaistų dizainui.
Apibendrinant, nors laukas susiduria su reikšmingais iššūkiais — nuo optimizacijos iki saugumo ir pristatymo — RIBOTAC tipo RNR degradavimo strategijos žada žymiai išplėsti gydomų tikslų ratą onkologijoje. Jei pavyks sėkmingai išversti šį požiūrį į klinikinius sprendimus, tai gali pakeisti gydymo paradigmą daugeliui vėžio tipų, kurių mechanizmai yra susiję su RNR reguliacija ir telomerų funkcionavimu.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą