Примерно 20% случаев заболевания разными формами рака ассоциированы с мутациями в гене KRAS — важным элементом контроля за клеточным делением. Одна из наиболее частых мутаций — замена глицинового остатка на цистеиновый в позиции 12 (KRASG12C) — встречается примерно в 10% случаев рака легких. Уже несколько лет активно ведутся поиски эффективного ингибитора белков с такой мутацией. Недавно американским ученым удалось получить производное акриламида с техническим названием AMG 510, которое показало впечатляющие результаты: в доклинических экспериментах оно активно подавляло рост опухолей и вызывало их деградацию у мышей, а в клинических испытаниях — и у людей. Дальнейшие эксперименты на мышах показали, что действие AMG 510 усиливается в комбинации с химиотерапевтическими средствами и с моноклональными противоопухолевыми антителами. При этом вылеченные мыши длительное время сохраняли иммунитет к повторному введению раковых клеток.
Рис. 1. Схема действия соединения AMG510. В нормальных тканях (a) белок KRAS активируется в результате замещения связанного с ним ГДФ на ГТФ. Из-за этого меняется конформация белка, что позволяет ему связаться с белком Raf и активировать сигнальные пути, контролирующие рост, деление и дифференцировку клеток. Затем ГТФ разрушается, белковый комплекс распадается, KRAS опять связывается с ГДФ, переходя в неактивное состояние. Мутантный белок KRASG12C не дает разрушиться молекуле ГТФ (b), поэтому комплекс с белком Raf остается перманентно активным, контроль над делением клеток теряется и они становятся раковыми. Молекула AMG 510 взаимодействует с KRASG12C предотвращая его связывание с ГТФ, лишая этот белок канцерогенной активности.
Успехи медицины в борьбе с инфекционными и сердечно-сосудистыми заболеваниями в последнее время выводят рак в лидеры как причину смерти человека. В некоторых развитых странах он уже занял это малопочетное первое место. По мере прогресса научных исследований стало понятно, что рак, в отличие, например, от оспы, полностью искоренить невозможно — способность нормальной живой клетки превратиться в злокачественную раковую является ее неотъемлемым свойством. И, к сожалению, является верным циничный постулат «раком должен заболеть каждый, просто многие до него не доживают».
Чтобы клетки и формируемые ими органы и ткани нормально функционировали, должен быть соблюден определенный баланс. С одной стороны, клетки должны размножаться (пролиферировать), с другой стороны, этот процесс должен быть контролируемым. Если какие-то клетки организма выходят из-под контроля и начинают неограниченно делиться, то образуются раковые опухоли. Этот баланс поддерживается при помощи специальных генов (и кодируемых ими белков): ряд генов работают на предотвращение неконтролируемой пролиферации (к таким относится, например, хорошо известный антионкоген TP53), в то время как продукты других генов (протоонкогенов) стимулируют рост клеток. Мутации могут подавлять функции антионкогенов или усиливать функции протоонкогенов, превращая те и другие в онкогены.
Один из основных протоонкогенов — ген KRAS. Его мутации сопутствуют развитию опухолей при многих формах рака. Белок KRAS контролирует довольно сложный сигнальный путь ERK (аббревиатура от extracellular signal-regulated kinases, см. также MAPK/ERK pathway), передающий сигналы от рецепторов на поверхности клетки в ядро. Основная задача этого сигнального пути, присутствующего во всех клетках млекопитающих, — передавать сигнал от разных внеклеточных агентов (например, гормонов или факторов роста) в ядро, чтобы простимулировать деление клетки. Передача сигнала происходит по цепочке белков посредством передачи фосфатной группы, служащей своеобразным «переключателем». В случае мутации в каком-то из генов, кодирующих белки сигнального пути, этот «переключатель» может заклинить в положении, в котором клетка получает сигнал делиться. Такая ситуация — важный этап развития многих онкологических заболеваний.
Функция белка KRAS включается путем замены связанного с ним гуанозиндифосфата (ГДФ) на гуанозинтрифосфат (ГТФ), после чего он приобретает способность связаться с белком c-Raf и осуществить тем самым свою функцию в каскаде реакций MAPK/ERK (рис. 1, а). Далее ГТФ превращается в ГДФ, комплекс KRAS с c-Raf распадается, и белок KRAS деактивируется. В онкогенном KRAS, превращения ГТФ в ГДФ не происходит, его комплекс с Raf сохраняется и продолжает работать (рис. 1, b), что ослабляет контроль над делением клеток и способствует их превращению в раковые. Поэтому естественно, что уже неоднократно были предприняты попытки создать лекарства, подавляющие избыточную активность этого «самого вредного» онкогена (см. здесь и здесь).
Одной из мутаций, активирующих KRAS, является замена аминокислотного остатка глицина в положении 12 на цистеиновый. Такой вариант этого белка обозначают KRASG12C. Эта замена встречается достаточно часто (примерно в 12% случаев) в опухолях немелкоклеточного рака легких — формы заболевания, которая происходит из клеток эпителия бронхов и наблюдается примерно у 80% больных раком легких. В последние годы с помощью моделирования структуры белка и подбора подходящих молекул было синтезировано несколько химических соединений, связывающихся с тем же местом в структуре молекулы KRASG12C, с которым связывается и ГTФ. В результате подавляется образование комплекса ГТФ/KRASG12C и мутантный белок не активируется. Одно из таких соединений — производное акриламида, известное под лабораторным обозначением ARS-1620, — предотвращало активацию белка у модельных животных, но практически не влияло на опухоли больных людей, — вероятно, связь с мутантным KRASG12C была недостаточно сильной.
Исследования в этом направлении не останавливаются. И некоторое время назад исследователям из биофармацевтической компании Amgen в сотрудничестве с учеными из нескольких университетов США и Австралии удалось синтезировать более подходящий ингибитор KRASG12C. Это тоже производное акриламида, временно носящее техническое обозначение AMG 510. Рентгеноструктурное исследование комплекса AMG 510/KRASG12C показало, что по сравнению с ARS-1620 молекулы AMG 510 образуют дополнительные связи с остатком гистидина 95 молекулы KRASG12C (рис. 2). В результате сила связывания AMG 510 с KRASG12C увеличивается примерно в 10 раз. При этом AMG 510 не связывается с нормальным (немутантным) KRAS.
Рис. 2. Структурная формула AMG 510 (слева) и структура комплекса AMG 510 с молекулой белка KRASG12C по данным рентгеноструктурного анализа (в середине). Синий пунктир — связи Ван-дер-Ваальса, белый пунктир — гидрофильные связи, желтый пунктир — водородные связи белка с лигандом. Справа — наложение трехмерных моделей молекул ARS-1620 и AMG 510. Дополнительное кольцо молекулы AMG 510 обеспечивает прочную связь с ароматическим кольцом гистидинового остатка на 95 позиции белка KRASG12C.
Испытание AMG 510 на культурах клеток с мутацией KRASG12C показало, что в них практически полностью подавлено фосфорилирование в некоторых компонентах сигнального пути MAPK/ERK, из-за чего происходит резкое угнетение роста этих клеток (эффект намного сильнее в сравнении с ARS-1620). Что важно (хотя и было ожидаемо), клетки, не несущие KRASG12C, оказались нечувствительными к AMG 510.
Эксперименты с AMG 510 на лабораторных мышах с нормальной иммунной системой показали не только угнетение роста, но и деградацию опухолей, вызванных введением KRASG12C-содержащих клеток опухолей человека. При этом минимальная доза AMG 510, достаточная для проявления положительных эффектов, оказалась по крайней мере в 3 раза меньше, чем доза ARS-1620. Примечательно, что у иммунодефицитных мышей, лишенных способности продуцировать Т-клетки, под действием AMG 510 также наблюдалась регрессия опухолей, но не полное излечение: через некоторое время рост опухоли возобновлялся. Из этого следует, что терапевтический эффект AMG 510 может быть связан с иммунной системой.
Успех испытаний AMG 510 на культурах клеток и лабораторных мышах позволил получить разрешение на тестирование препарата в клинике. Тестирование проводилось на пациентах с немелкоклеточной карциномой легкого с мутацией KRASG12C. Результаты оказались весьма впечатляющими: компьютерная томография показала, что у пациентов наблюдалась существенная или даже полная деградация опухоли и метастазов (рис. 3).
Рис. 3. Результаты лечения больных раком легких. Компьютерные томограммы двух пациентов, больных аденокарциномой легких с KRASG12C. Слева — пациент, получавший по 180 мг AMG 510 ежедневно. У него опухоли и метастазы были локализованы в нижней доле правого легкого (верхний ряд изображений), в верхней доле левого легкого (средний ряд) и в лимфатическом узле (нижний ряд). Справа — пациент, получавший по 360 мг. У него опухоли и метастазы были локализованы в верхней доле левого легкого (верхний ряд), и в плевре (средний и нижний ряды). Хорошо видна деградация опухолей в процессе лечения. Опухоли второго пациента через 18 недель лечения оказались слишком маленькими для точной количественной оценки.
Далее авторы исследовали комбинированное воздействие AMG 510 с известными противораковыми лекарствами на культурах клеток и на лабораторных мышах. Совместное применение AMG 510 и ингибитора протеинкиназ МЕК (эти протеинкиназы связаны с сигнальными путями активации деления клеток) действовало на опухоли мышей гораздо эффективнее, чем каждое из этих веществ по отдельности: через 30 дней после трансплантации опухолевых клеток у мышей, получавших комбинацию AMG 510+MEKi средний объем опухоли был примерно в 4 раза меньше. Аналогичный эффект давала и комбинация AMG 510 с другим противораковым цитостатическим препаратом карбоплатином.
Как уже говорилось, у мышей, лишенных способности продуцировать Т-клетки, введение AMG 510 не предотвращало рецидивы раковых опухолей. Поэтому ученые детально исследовали связь терапевтического эффекта AMG 510 с Т-клеточным иммунитетом, а конкретно — комбинированное воздействие на опухоли AMG 510 и моноклональных антител к белку PD-1 (Anti-PD-1). Белок PD-1 играет важную роль в отрицательной регуляции иммунной системы, предотвращая активацию Т-лимфоцитов, поэтому антитела к нему активно используются в клинике для лечения рака. В экспериментах на мышах с нормальным иммунитетом терапия с помощью только Anti-PD-1 существенно замедляла рост раковых опухолей, но их полное исчезновение наблюдалось лишь в одном на каждые десять случаев. А при комбинированной терапии AMG 510 и Anti-PD-1 полная регрессия опухолей и последующее выживание без опухолей наблюдались у девяти из десяти мышей несмотря на то, что лечение прекращали через 43 дня.
Иммуногистологические исследования, проводившиеся во время этой комбинированной терапии, выявили, что в опухолях активно накапливаются хемокины, вызывающие инфильтрацию опухолей убивающими раковые клетки Т-лимфоцитами и дендритными клетками, что характерно для противоракового иммунного ответа. Более того, если выжившим мышам вновь вводили раковые клетки, опухоли у них не вырастали. Это свидетельствует о длительном сохранении Т-клеточного иммунного ответа на клетки с мутацией KRASG12C.
Полученные результаты однозначно свидетельствуют о том, что вещество AMG 510 — как само по себе, так и в комбинации с другими противораковыми средствами — может сильным подспорьем в борьбе с разновидностями рака легких, связанными с мутацией KRASG12C. Эти результаты уже получили подтверждение в работах других исследовательских групп. Но многое еще требует прояснения. Например, пока не понятна природа установленной связи действия вещества AMG 510 с иммунным ответом и даже не подобраны оптимальные дозировки для комбинаций с другими препаратами. Также непонятно, насколько этот подход можно распространить хотя бы на формы рака легких, связанные с другими мутациями в гене KRAS, не говоря уже о других типах рака (попытки лечения колоректального рака с помощью AMG 510 оказались не слишком успешными). Но с уверенностью можно сказать, что обсуждаемая работа открывает сразу несколько перспективных направлений для дальнейших исследований и, можно надеяться, что в скором будущем расширит наш противораковый арсенал.
Источник: ЭЛЕМЕНТЫ БОЛЬШОЙ НАУКИ
