Научный дайджест #35: «переписываем» сценарий болезни с помощью CRISPR

При болезни Хантингтона мутантный белок хантингтин образует токсичные агрегаты, повреждающие нейроны. Однако использование технологии точечного CRISPR-редактирования позволяет «выключить» уязвимый участок гена с мутацией. Недавно удалось продемонстрировать, что с помощью этого метода «вмешательства» можно создать укороченную и устойчивую форму белка, благодаря чему снижаются патологические проявления болезни и замедляется атрофия мозга. Об этом исследовании, а также о других захватывающих новостях из мира науки читайте в нашем новом дайджесте.

Как найти «скрытые» мишени для лечения рака с помощью ИИ

Синоназальная плоскоклеточная карцинома, ассоциированная с инвертированной папилломой (ее сокращенно называют IP-SNSCC), — это редкая и агрессивная опухоль носовых пазух. Это образование может развиваться из инвертированной папилломы — доброкачественной опухоли с потенциалом злокачественного перерождения. Из-за небольшого числа пациентов это заболевание изучено недостаточно, а для его лечения пока не одобрена ни одна таргетная терапия.

Чтобы найти уязвимости этой редкой разновидности рака, международная группа исследователей сравнила образцы нормального эпителия, инвертированной папилломы и уже сформировавшейся карциномы, объединив данные полноэкзомного секвенирования, РНК-секвенирования и анализа митохондриальной ДНК. Оказалось, что превращение папилломы в рак связано не только с накоплением мутаций, но и с постепенной перенастройкой активности генов. Затем с помощью ИИ (в частности, исследователи использовали платформу генеративного искусственного интеллекта PandaOmics) ученые ранжировали потенциальные мишени по совокупности молекулярных данных и возможности фармакологического воздействия на них. Результаты указывают на несколько потенциальных направлений дальнейших исследований: уже одобренные ингибиторы CDK6, EGFR, HDAC и SRC/YES1 можно изучить при новом показании, а AURKA, PLK4, TTK и CDK1/7 — рассмотреть как мишени для разработки новых подходов. Однако пока это гипотезы, сформулированные на основе вычислительного анализа и полученные на небольшой выборке: их предстоит проверить на экспериментальных моделях, а затем — в клинических исследованиях. — Comprehensive multi-omic dissection and AI-prioritized target identification in inverted papilloma-associated sinonasal squamous cell carcinoma.

На этой микрофотографии показаны очаги плоскоклеточного рака при инвертированной папилломе носовых пазух со злокачественной трансформацией. Эти образования состоят из клеточных островков, которые развились на папилломе. Источник: MDPI

Вакцина против «мутации-драйвера»: как иммунная система «берет на прицел» астроцитому

Астроцитома — это агрессивная опухоль мозга, клетки которой нередко несут мутацию R132H в гене IDH1. Этот генетический «сбой» изменяет белок IDH1: с одной стороны, его мутантная форма помогает опухоли развиваться, а с другой — содержит чужеродный для организма фрагмент, неоэпитоп, который можно использовать как мишень для противоопухолевой вакцины. В исследовании NOA16 врачи и исследователи оценили долгосрочные результаты применения пептидной вакцины IDH1-vac у 33 пациентов с недавно диагностированной астроцитомой III–IV степени. Вакцину назначали вместе со стандартным лечением, а затем наблюдали за участниками в течение восьми лет. За этот период 42% пациентов оставались без прогрессирования заболевания, а 66% оставались живы; у людей с астроцитомой IV степени медиана общей выживаемости достигла 106,1 месяцев. При этом устойчивый антительный ответ на мутацию IDH1 был связан с более благоприятным течением болезни, а специфические Т-клетки обнаруживались непосредственно в воспаленной ткани опухоли.

Эти результаты показывают, что мутация, поддерживающая рост опухоли, может одновременно создавать мишень для иммунного ответа. Поскольку исследование было ранним, одногрупповым и не включало в себя контрольную группу, полученные данные пока не доказывают эффективность вакцины окончательно, однако они поддерживают переход к рандомизированному исследованию фазы II и развитие более точной иммунотерапии IDH1-мутантных астроцитом. — IDH1-mutant vaccine in newly diagnosed astrocytoma: final analysis of the multicenter, single-arm, open-label, first-in-human phase 1 NOA16 trial.

Мутация R132H в активном центре IDH1 изменяет активность фермента и приводит к накоплению D-2-гидроксиглутарата. Одновременно она дестабилизирует регуляторный сегмент белка, облегчая доступ специфичных к мутантному IDH1 ингибиторов к аллостерическому карману. Источник: адаптировано из ScienceDirect

Как исправить «ошибку» в ДНК: CRISPR против болезни Хантингтона

Болезнь Хантингтона — наследственное нейродегенеративное заболевание, вызванное мутацией в гене HTT. Эта мутация приводит к образованию патологической формы белка хантингтина и постепенной гибели нейронов. Исследователи разработали способ точечно изменить работу этого гена прямо в клетках мозга мышей с помощью CRISPR — инструмента, который заменяет отдельные «буквы» ДНК без разрыва обеих цепей молекулы.

CRISPR нацелили на сайт сплайсинга 13-го экзона HTT — участка, кодирующего фрагменты белка, особенно уязвимые к разрушению ферментами. После такого вмешательства клетка начинает пропускать этот экзон и производит форму белка хантингтина, устойчивую к расщеплению. Введение этой конструкции с помощью аденоассоциированного вируса в полосатое тело мозга мышей уменьшило образование токсичных фрагментов и белковых агрегатов, ослабило функциональные нарушения и замедлило атрофию мозговой ткани. Несмотря на то что пока результаты получены только на животных моделях, в перспективе такой подход может стать основой для терапии, способной замедлять развитие болезни Хантингтона. — In vivo CRISPR base editing for treatment of Huntington’s disease.

Схематическое изображение патогенеза болезни Хантингтона. Источник: Nature Biomedical Engineering

«Перекрыть кислород»: как блокировка белка CLK3 останавливает рост сосудов в опухоли

В процессе ангиогенеза в опухоли формируются новые кровеносные сосуды, которые обеспечивают ее питанием и способствуют дальнейшему росту. Особенно важным участником этого процесса считается транскрипционный фактор HIF1α: при недостатке кислорода он активирует гены, в том числе VEGFA, стимулирующие рост сосудистой сети.

В недавнем исследовании удалось показать, что с HIF1α напрямую связывается фермент CLK3 и стабилизирует его. Кроме того, CLK3 фосфорилирует HIF1α по остаткам тирозина, усиливая работу сигнального пути HIF1α-VEGFA. В клеточных экспериментах и на моделях опухолей повышенная активность CLK3 усиливала ангиогенез, а нокаут гена CLK3, напротив, уменьшал плотность сосудов, тормозил рост опухоли и продлевал жизнь мышей.

Таким образом, это открытие выявляет новый механизм, поддерживающий кровоснабжение опухоли, и указывает на CLK3 как на потенциальную мишень для противоопухолевой терапии, в частности, при колоректальном раке. В будущем блокирование этого фермента способно помочь лишить опухолевые клетки доступа к питательным ресурсам и повысить эффективность уже существующих антиангиогенных препаратов. Впрочем, безопасность и действенность такого подхода еще предстоит подтвердить (или опровергнуть) в дальнейших исследованиях. — CLK3 regulates tumor angiogenesis by modulating HIF1α ubiquitination.

Структура фермента CLK3