Научный дайджест #33: программируем клеточную ликвидацию
Иногда лучшая починка — это полная утилизация, особенно если речь идет о сломанных клетках нашего организма. Недавно молекулярным биологам удалось перенастроить фермент Cas12a2 так, чтобы он «караулил» появление конкретных молекул РНК — например, связанных с опасной мутацией KRAS или вирусом папилломы человека. Если система CRISPR-Cas12a2 «замечает» этот сигнал бедствия, запускается процесс уничтожения дефектной клетки. В результате удается точечно очищать ткани от поврежденных клеток. О том, как именно работает этот механизм, а также о других захватывающих новостях из мира науки читайте в нашем новом дайджесте.
Как РНК помогает уничтожать клетки с помощью CRISPR-Cas12a2
Система CRISPR уже давно известна как «молекулярные ножницы», так как с ее помощью можно буквально разрезать нить ДНК в строго заданном месте, чтобы удалить, заменить или исправить дефектный ген. Наибольшее распространение получила система CRISPR-Cas9, однако объектом недавнего исследования стала нуклеаза CRISPR-Cas12a2. Этот белок активируется при распознавании целевой РНК и после этого запускает массовое повреждение ДНК внутри клетки. Авторы показали, что такой механизм может работать в клетках человека, причем система может быть запрограммирована на распознавание конкретных транскриптов, связанных с вирусной инфекцией, онкогенными мутациями и другими молекулярными признаками.
Суть работы в том, что Cas12a2 в данном случае действует не как «редактор» генома, а как молекулярный триггер клеточной гибели: после связывания с нужной РНК фермент начинает разрезать ДНК по всему геному, из-за чего клетка утрачивает способность к делению и погибает. В экспериментах это позволило избирательно уничтожать клетки, несущие вирусные транскрипты, а также клетки с онкогенной точечной мутацией KRAS G12C; в мышиной модели доставка системы в опухоль заметно уменьшала ее объем после одной обработки. В перспективе это может стать основой для разработки более точных видов терапии, которые будут атаковать только конкретные клетки, минимизируя вред для здоровых тканей. — RNA-triggered cell killing with CRISPR-Cas12a2.
Модель комплекса Cas12a2 с crРНК (CRISPR-РНК) — такая молекула служит «направляющей» для белков, которые вырезают или изменяют заданные участки ДНК. Источник: Nature
Как защитить донорские клетки при терапии лейкоза с помощью CRISPR
Острый миелобластный лейкоз — агрессивное заболевание крови, при котором в костном мозге накапливаются незрелые белые кровяные клетки (бласты). Эти клетки несут на своей поверхности белок-маркер CD33, что делает их «узнаваемыми» для методов иммунотерапии рака. В частности, одним из препаратов, который применяется в клинической практике, является гемтузумаб озогамицин. Этот препарат представляет собой моноклональное антитело, которое находит и уничтожает клетки по маркеру CD33. Однако минусом такой терапии остается недостаточная «разборчивость» молекулы: это антитело поражает не только опухолевые, но и здоровые донорские клетки, что ограничивает его применение.
Трансплантация донорских кроветворных стволовых клеток — уже сложившийся стандарт терапии для пациентов с острым миелобластным лейкозом, среди которых химиотерапия оказалась недостаточно эффективной. Чтобы защитить эти донорские клетки, исследователи из США и Канады применили систему редактирования генома CRISPR-Cas9, чтобы полностью удалить ген CD33 из донорских кроветворных стволовых клеток. Предварительные результаты, полученные для 30 пациентов в рамках клинических исследований ½ фазы, показали: отредактированные клетки успешно прижились и восстановили кроветворение, оставаясь нечувствительными к токсичному действию препарата. Такой подход открывает дорогу для новых стратегий посттрансплантационной терапии, снижая риск развития рецидивов и побочных эффектов. — CRISPR−Cas9 CD33-deleted allogeneic hematopoietic cell transplantation with gemtuzumab ozogamicin maintenance in AML: a phase 1/2 trial.
Механизм действия препарата гемтузумаба озогамицина. Источник: Creative Biolabs
Как мутация в «хранителе генома» превращает опухолевые клетки в агрессивных захватчиков
Мутации в гене TP53, который часто называют «стражем генома», считаются наиболее частым генетическим событием при злокачественных новообразованиях и ассоциируются с высокой устойчивостью опухолей к терапии. Чтобы оценить, можно ли «притормозить» порочный процесс возникновения мутаций, исследователи осуществили замену аминокислоты в кодоне 179.
Выяснилось, что модифицированные варианты белка p53 — H179R и H179Y — не просто теряют свою противоопухолевую функцию, а перестраивают клеточный метаболизм. Так, в клетках накапливаются нейтральные липиды, образуются липидные капли и усиливается экспрессия гена, кодирующего аполипопротеин (AпоE). Все это делает опухоль более инвазивной — по крайней мере такой результат удалось продемонстрировать на 3D-моделях. Но только моделированием дело не ограничивается: так, повышенный уровень AпоЕ был обнаружен у пациентов с опухолями, несущими мутацию в кодоне 179 TP53, что связывает экспериментальные данные с клинической картиной. Ценность этого открытия — в том, что оно подсвечивает потенциальную уязвимость опухоли и указывает на метаболические маркеры, которые можно использовать для поиска новых терапевтических подходов. — TP53 mutation at codon 179 metabolically reprograms cancer cells to promote invasion.
Основные функции белка p53 дикого типа (wtp53), включая супрессирование опухолей, индукцию апоптоза, регуляцию окислительного метаболизма и ингибирование метаболизма глюкозы, а также реакцию на повреждение ДНК, усиление антиоксидантной защиты, регуляцию иммунного ответа и процессы дифференцировки. Источник: Frontiers
«Двойной агент» в онкологии: как микроРНК-107 одновременно и борется с опухолями, и помогает им расти
МикроРНК (miRNA) — это небольшие некодирующие молекулы, которые регулируют самые разнообразные процессы: от дифференцировки и метаболизма клеток до пролиферации и апоптоза. Среди них выделяется молекула miRNA-107, которая в опухолях разных типов способна проявлять противоположные свойства: в одних случаях она подавляет рост раковых клеток, а в других — активно стимулирует его.
Чтобы лучше разобраться в двойственной природе этой молекулы, исследователи из Китая провели систематический анализ роли miRNA-107 в различных видах рака и выявили механизм ее «переключения» между функциями подавителя и активатора опухоли. Так, в опухолях желудка, печени и молочной железы miRNA-107 подавляет экспрессию ключевых онкогенных белков, тормозя размножение клеток. Однако при раке легкого, поджелудочной железы и некоторых видах лимфом эта молекула активирует сигнальные пути, стимулирующие рост опухоли, инвазию и метастазирование. Решающим фактором оказывается тип клетки-хозяина и специфический набор мишеней, доступных для регуляции в каждой опухолевой среде. Получается, что терапия на основе miRNA-107 должна быть строго «заточена» под конкретный вид злокачественного новообразования. — The paradox of miR-107 in oncology: dual roles as a tumor suppressor and oncomiR.
Различные пути miRNA-107 в организме. Так, p53-индуцированная miRNA-107 ингибирует ангиогенез, подавляя сигнальные пути HIF-1β и VEGF, вызывает остановку клеточного цикла, воздействуя на CDK8, и подавляет инвазию и метастазирование, ингибируя NOTCH2 и путь BDNF/PI3K/AKT. Также miRNA-107 способна повышать чувствительность к химиотерапевтическим препаратам и усиливать окислительный стресс при гепатоцеллюлярной карциноме, воздействуя на кофилин-1, а также ингибировать пролиферацию при колоректальном раке, подавляя трансферрин. Источник: Nature