Объединение возможностей геномного и BH3-профилирования позволило выявить молекулярные механизмы устойчивости клеток глиомы к апоптозу и предложить набор биомаркеров, надежно определяющих их чувствительность к терапии. По результатам исследования создан инструмент на основе ИИ для прогнозирования эффективности лечения.
Credit:
123rf.com
Появление методов секвенирования нового поколения позволило проводить геномное профилирование опухолей для определения мутаций и индивидуального подбора наиболее эффективной стратегии лечения. Однако даже такой подход не гарантирует успешного ответа на терапию, поскольку ответ зависит от множества генетических изменений в опухолевых клетках. Высокая пластичность молекулярных сигнальных путей способствует устойчивости опухоли к терапии. Предсказать реакцию раковых клеток на различные вмешательства можно с помощью функционального профилирования, которое подразумевает скрининг лекарств на клетках пациента. Авторы статьи в Nature Communications проверили, улучшит ли выявление мишеней для терапии объединенная информация о геномных и функциональных особенностях солидных опухолей.
Исследователи применили для глиомы особый метод BH3-профилирования. Многие противоопухолевые препараты «отключают» в опухолевых клетках механизмы, препятствующие апоптозу. (Например, антиапоптотические белки семейства BCL-2 связывают проапоптотические белки, а препарат венетоклакс ингибирует BCL-2.) BH3-профилирование позволяет определить, к каким из этих препаратов могут быть чувствительны опухолевые клетки. Для этого суспензию клеток обрабатывают пептидами с BH3-доменом (BCL-2 homology domain 3), которые специфически связывают различные антиапоптотические белки семейства BCL-2. BH3-профилирование может предсказать чувствительность опухоли к противораковым агентам.
Для 30 уникальных образцов глиомы авторы провели полноэкзомное секвенирование и РНК-секвенирование, а также выполнили BH3-профилирование с помощью пептидов, нацеленных на антиапоптотические белки BCL-XL (пептид HRK), MCL-1 (пептид MS1), BCL-2 (BH3-миметик ABT-199) и BCL-2 и BCL-XL одновременно (пептид BAD). Вызвать апоптоз, о котором свидетельствовало высвобождение цитохрома С, удавалось только при одновременном блокировании BCL-XL и MCL-1, что свидетельствует о способности этих белков компенсировать функцию друг друга. Эти результаты были подтверждены в экспериментах на глиомасферах.
Пациентам с глиомой часто назначают ионизирующее излучение, темозоломид или их комбинацию. Динамическое BH3-профилирование на глиомасферах в сочетании с анализом данных полноэкзомного секвенирования показало, что их применение приводит к перестройке механизма апоптоза; при этом опухолевые клетки становятся восприимчивы к блокированию только BCL-XL, если в них не поврежден белок-супрессор опухолей р53. Если же в р53 есть инактивирующая мутация, то клетки глиомы сохраняют двойную устойчивость к апоптозу за счет BCL-XL и MCL-1 и нечувствительны к терапии. Дальнейшие эксперименты показали, что в ответ на ионизирующее излучение и (или) темозоломид не имеющий мутаций р53 индуцирует экспрессию проапоптотического BH3 белка PUMA, который нейтрализует антиапоптотический MCL-1, тем самым способствуя гибели опухолевых клеток и делая их выживание зависимым исключительно от BCL-XL.
После этого авторы проверили на глиомасферах эффективность ионизирующего излучения либо темозоломида вместе с ингибитором BCL-XL. Клетки с мутантным р53 были ожидаемо нечувствительны к лечению, однако значительная часть клеток с р53 дикого типа также не реагировала на комбинированную стратегию, то есть чувствительность определялась чем-то еще.
Устойчивые к терапии опухолевые клетки также имели повышенную экспрессию убиквитинлигазы MDM2, негативного регулятора р53, и участвующей в репарации ДНК метилтрансферазы MGMT. Учет статуса экспрессии этих двух генов повысил точность определения чувствительных и нечувствительных к комбинированной терапии глиомасфер с нормальным вариантом р53, но около 30% клеток с интактным р53 по-прежнему не реагировали на лечение.
Проведя ВН3-профилирование с использованием различных концентрацией BH3 пептида BIM, который имеет одинаковое сродство ко всем антиапоптотическим белкам, авторы оценили уровень митохондриального прайминга к апоптозу. Все глиомы с низким уровнем прайминга были устойчивы к терапии, и в то же время снова оставалось значительное количество глиомассфер с высоким уровнем прайминга, которые не отвечали на лечение. Соответственно, одно только функциональное BH3-профилирование также не позволяет определить чувствительные к комбинированной терапии клетки глиомы.
Объединение информации о статусе MDM2, MGMT и апоптотическом потенциале позволило выявить более 90% глиомасфер с р53 дикого типа, ответивших на ионизирующее облучение или темозоломид в сочетании с ингибированием BCL-XL, тогда как использование результатов только генетического или только функционального BH3-профилирования выявило около 70% глиомасфер, отвечающих на терапевтические комбинации.
Авторы разработали две прогностические модели и сравнили их эффективность. Первая обучалась на комбинации ранее выявленных молекулярных признаков (статус р53, MDM2 и MGMT) и данных об уровне прайминга к апоптозу (BH3-профилирование с помощью BIM), а вторая — на глобальных данных о молекулярных признаках (экспрессия около 19 тысяч генов, 19 тысяч изменений копийности и 213 соматических мутаций). Первая модель показала более высокую эффективность, демонстрируя большую прогностическую ценность даже по сравнению с глобальными молекулярными наборами данных.
Наконец, авторы протестировали и подтвердели отличную предсказательную способность предложенного набора биомаркеров в модели ксенотрансплантатов на иммунодефицитных мышах, использовав первый в своем классе конъюгат антитело-лекарственное средство ABBV-155 (AbbVie). Антитело нацелен на поверхностный маркер клеток глиомы B7-H3 (CD276) и доставляет в них специфический и мощный ингибитор BCL-XL.
Таким образом, объединенные данные о молекулярных и функциональных характеристиках опухолей могут надежно прогнозировать эффективность терапевтических подходов для выбора наилучшей стратегии лечения.
Источник
Fernandez, E.G., et al. Integrated molecular and functional characterization of the intrinsic apoptotic machinery identifies therapeutic vulnerabilities in glioma // Nature Communications (2024), 15, 10089. DOI: 10.1038/s41467-024-54138-9