Группа ученых из Австралии и США синтезировала молекулу, которая ковалентно и необратимо связывается с теломеразами раковых клеток и ингибирует их. В результате жизнеспособность опухолевых клеток снизилась, а работа нормальных компонентов не пострадала. На создание нового вещества исследователей вдохновил природный антибиотик хролактомицин, который вырабатывается бактериями. Статья опубликована в журнале American Chemical Society Chemical Biology.
Теломеры — участки на концах хромосом, которые состоят из многочисленных повторов определенной последовательности из нескольких нуклеотидов. Они необходимы для защиты хромосом, однако механизм репликации ДНК устроен так, что при каждом делении теломеры немного сокращаются. Если концевые участки достигают критической длины, ДНК повреждается и клетка запускает защитные механизмы: прекращает делиться и активирует апоптоз (программируемую гибель) или старение.
Есть клетки, которые умеют удлинять теломеры на своих хромосомах и за счет этого делиться большее число раз. Это стволовые, эмбриональные и первичные половые клетки. Белок, который достраивает концевые участки ДНК, называется теломераза, за ее исследование в 2009 году присудили Нобелевскую премию по физиологии и медицине.
Теломераза (голубой) достраивает теломеры (черный) с помощью РНК-матрицы (красный)
В соматических клетках работа теломеразы подавлена, однако этот белок в активном состоянии присутствует в 90 процентах раковых клеток. Считается, что он позволяет опухолям делиться бесконечно и обходить механизмы клеточной гибели. Кроме того, что теломераза удлиняет концевые участки хромосом, она участвует в других процессах, которые связаны с развитием рака.
Поиски способа подавить теломеразную активность являются одним из направлений в борьбе с раком. Группа ученых под руководством Рика Бетори (Rick Betori) из Северо-Западного университета обратила внимание на природный ингибитор теломеразы — хролактомицин. Это антибиотик, выделенный из штамма бактерий стрептомицет. Задачей исследователей было создать вещество, которое бы также взаимодействовало с теломеразой, однако могло быть легко синтезировано в лаборатории.
Хролактомицин
При помощи компьютерного моделирования исследователи разработали более тысячи упрощенных аналогов хролактомицина (их назвали «хрологами») — молекул, свойства которых, согласно вычислениям, аналогичны свойствам исходного вещества. Из них выбрали 330 наиболее подходящих моделей и проанализировали их взаимодействие с теломеразой методом молекулярного докинга (технологии, которая позволяет визуализировать взаимодействие двух макромолекул и предсказать его устойчивость).
Затем синтезировали 150 соединений и проанализировали их свойства. Лучшие вещества протестировали на клеточном экстракте и живых раковых клетках человека, которые принадлежали опухолям различной природы. Чтобы убедиться, что молекулы не взаимодействуют с другими компонентами клетки, проверили их влияние на раковые клетки, в которых нет теломеразы, и реакцию с цистеином.
Самым подходящим оказался образец NU-1, который удалось синтезировать в 4 этапа. Он ковалентно и необратимо связывался с теломеразой (за счет взаимодействия экзометиленовой группы с цистеиновым сайтом белка) и эффективно ингибировал ее. NU-1 также снизил жизнеспособность раковых клеток. Вещество имело незначительный эффект на опухоли, в которых теломераза отсутствует, и низкую реакционную способность с цистеином.
NU-1
Активность теломеразы в клеточном экстракте (слева) и целых раковых клетках (справа). Горизонтальная ось - логарифмическая концентрация NU-1
Выживаемость раковых клеток различных линий. Бордовым и оранжевым обозначены клетки, в которых нет теломеразы, их жизнеспособность не снизилась. Горизонтальная ось - логарифмическая концентрация NU-1
Вещество, которое синтезировали в этой работе, ингибирует теломеразу эффективнее, чем результаты других разработок. Необходимо работать над созданием еще более действенных молекул и тестировать их не только на культурах человеческих клеток, но и на животных моделях.
Моделировать взаимодействия синтетических веществ с теломеразой помогло знание её детальной структуры, которая была изучена в 2018 году с помощью метода криоэлектронной микроскопии.
Источник: N+1
