Назад
Ученые из Scripps Research совместно с коллегами из Японии обнаружили, как "ядовитая" форма белка может запустить каскад событий, способствующих росту некоторых видов рака.
Исследование, опубликованное 4 февраля в журнале Nature Communications, также послужило толчком к разработке лекарственного препарата, способного вернуть белок к его нормальной форме. У мышей с раком толстой кишки препарат предотвращал или значительно замедлял образование опухолей. "Это потенциально очень важная и поддающаяся лечению связь между окружающей средой, генами и раком", - говорит старший автор исследования Стюарт Липтон.
Исследовательская группа Липтона ранее открыла процесс, называемый S-нитрозилированием белков, в котором молекула, связанная с оксидом азота (NO), связывается с атомами серы в белках, изменяя функции этих белков. NO содержится в организме естественным образом и вырабатывается в ответ на воспаление. Но он также может образовываться из нитратов и нитритов, которые употребляются в пищу (в составе переработанного мяса) или вдыхаются (через сигаретный дым или загрязнение воздуха). Недавно команда исследователей показала, как S-нитрозилирование может способствовать развитию болезни Альцгеймера, а также болезни Паркинсона, деменции Леви, болезни Лу Герига (ALS) и некоторых форм аутизма.
Кроме того, ученые знают, что многие гены могут быть включены или выключены ДНК-метилтрансферазами (этот процесс известен как эпигенетический контроль экспрессии генов). Когда эти белки добавляют метильную группу - своего рода химический маркер - к нити ДНК, они не дают активироваться соседним генам. В некоторых видах рака эти метиловые "глушители" удаляются, и гены, участвующие в росте и распространении опухоли, аномально включаются. "Если блокировать метилирование, гены включаются, когда этого не должно происходить, и это, как известно, является важной движущей силой некоторых видов рака. Но никто не понимал, что именно запускает этот процесс", - рассказал Липтон.
В своей работе Липтон и коллеги показали, что когда ДНК-метилтрасфераза 3B (DNMT3B) подвергается S-нитрозилированию - что может произойти в присутствии высокого уровня NO - она больше не добавляет метильные группы к ДНК. Это позволяет включиться некоторым генам, вызывающим рак. Результаты исследования позволяют предположить, что переработанное мясо, загрязнение воздуха, сигаретный дым и воспаление - все эти факторы связаны с некоторыми формами рака - могут перевести DNMT3B в форму, способствующую развитию рака. "Это похоже на ядовитую форму DNMT3B", - говорит Липтон.
Далее группа показала, что когда DNMT3B "отравлен" таким образом, уровни экспрессии 173 различных генов в клетках человека изменяются. Среди этих генов есть Ccnd2, который, как уже было известно, участвует в формировании рака желудка и толстой кишки у людей. Затем исследовательская группа в Японии разработала препарат, который предотвращал S-нитрозилирование DNMT3B, но не блокировал его нормальную функцию и не влиял на S-нитрозилирование каких-либо других белков. Это предотвращало превращение DNMT3B в "ядовитую" форму, даже если NO присутствовал в больших количествах.
Группа Липтона обнаружила, что препарат, известный как DBIC, предотвращает перерождение изолированных предраковых клеток толстой кишки в полноценный рак толстой кишки в лабораторных условиях. Более того, когда они давали DBIC мышам, предрасположенным к раку толстой кишки, препарат практически предотвращал образование опухолей, даже когда воспаление вызывал высокий уровень NO. Исследователи считают, что S-нитрозилирование DNMT3B, вероятно, связано с другими видами рака, включая рак мозга и молочной железы. Они планируют провести дополнительные исследования полного списка генов, на которые влияет S-нитрозилированный DNMT3B.
"Мы до сих пор не знаем полного спектра типов опухолей, с которыми может быть связан этот молекулярный переключатель", - отмечает Липтон. "Мы будем заниматься этим в будущем, а также попытаемся продвинуть DBIC к клиническим испытаниям на людях".
Okuda, K., et al. Важнейшая роль S-нитрозилирования ДНК-метилтрансферазы 3B в эпигенетической регуляции опухолегенеза (аннотация).
ДНК-метилтрансферазы (DNMTs) катализируют метилирование в положении C5 цитозина с помощью S-аденозил-L-метионина. Метилирование регулирует экспрессию генов, выполняя различные физиологические и патофизиологические функции. Однако химические механизмы, регулирующие ферментативную активность DNMT, до конца не выяснены.
В данном исследовании мы показали, что S-нитрозилирование остатка цистеина в DNMT3B ослабляет ферментативную активность DNMT3B и, как следствие, аберрантную регуляцию экспрессии генов. Эти гены включают циклин D2 (Ccnd2), который необходим для пролиферации неопластических клеток в некоторых типах опухолей. В моделях рака на основе клеток и in vivo только ферментативная активность DNMT3B, но не DNMT1 или DNMT3A, влияет на экспрессию Ccnd2. Используя виртуальный скрининг на основе структур, мы обнаружили химические соединения, которые специфически ингибируют S-нитрозилирование, не влияя непосредственно на ферментативную активность DNMT3B. Основное соединение, названное DBIC, ингибирует S-нитрозилирование DNMT3B в низких концентрациях (IC50 ≤ 100 нМ). Применение DBIC предотвращает индуцированное оксидом азота (NO) преобразование аденомы толстой кишки человека в аденокарциному in vitro. Кроме того, применение DBIC in vivo значительно замедляет развитие опухоли в мышиной модели канцерогенеза, вызванного выработкой NO под влиянием воспаления.
Наши результаты показывают, что метилирование ДНК de novo, опосредованное DNMT3B, регулируется NO, а DBIC защищает от образования опухолей, предотвращая аберрантное S-нитрозилирование DNMT3B.
