Специалисты лаборатории белковой инженерии Факультета естественных наук Новосибирского государственного университета создали программный конвейер по предсказанию последствий мутаций для белков, которые отвечают за устойчивость раковых клеток к химиотерапии. Результаты исследования были опубликованы в журнале Journal of Biological Chemistry.
Раковая клетка была обычной клеткой организма, но в определенный момент в ее ДНК произошли мутации. Из-за них она стала бесконтрольно и быстро делиться. Большая часть препаратов химиотерапии действуют так, чтобы уничтожить такие быстро делящиеся клетки.
"К сожалению, «под прицел» химиотерапии попадают и те совершенно здоровые клетки, которые должны быстро делиться — стволовые клетки, обеспечивающие обновление крови, выстилки кишечника, волос. Из-за такой токсичности для пациента будет намного лучше, если снизить дозировку препарата. Одна из целей нашей работы заключалась в поиске способа предсказания мутаций в опухоли, при которых ее можно убить меньшей дозировкой лекарства", — отмечает руководитель работы член-корреспондент РАН, доктор биологических наук Дмитрий Жарков.
Механизм действия большинства препаратов химиотерапии связан с тем, чтобы максимально повредить ДНК раковой клетки. Однако при этом они вступают в противоборство с системой репарации ДНК. Система в обычных клетках защищает геном от мутаций и повреждений. А в случае разрыва ДНК опухолевой клетки, система репарации действует иначе - «исправляет» нанесенный урон. От качества работы системы распирации раковой клетки зависит ее выживание после химиотерапии.
В клетках раковой опухоли может быть несколько тысяч мутаций, которые происходят в генах, отвечающих за репарацию. Часто они становятся причиной того, что ферменты репарации начинают работать хуже, опухоль становится уязвимее, а другие клетки организма, где нет мутации, остаются устойчивыми. Для определения мутации в ДНК, которая будет ослаблять белки репарации ученые используют специальные компьютерные программы, анализирующие частоту изменения определенного участка гена в похожих белках. Так, если он часто мутирует, то важности для функциональности белка нет. В другом случае, когда изменения не происходят, программа делает вывод, что он так важен для белка, что любая мутация в нем ослабляет или убивает клетку. Но разные алгоритмы анализа не идеальны - часто они выдают для одного и того же белка противоположные результаты, ограничивающие их пользу.
Но новосибирские ученые решили эту проблему, предложив иной предсказательный метод — метод молекулярной динамики. Это компьютерное моделирование, позволяющее понять движение отдельных атомов в структуре белка при его работе. Предложенный метод хоть и требует больше вычислительных мощностей по сравнению с анализом последовательности белков, но современное развитие компьютерной техники позволило привлечь его для предсказания эффекта мутаций. Специалисты выбрали один из ключевых ферментов репарации ДНК человека — 8-оксогуанин-ДНК-гликозилазу. Механизм его действия в разных клетках отличается: в нормальных клетках он препятствует окислению ДНК, а в раковых — снижает эффективность действия таких часто используемых противоопухолевых средств, как цисплатин, кармустин и блеомицин. В своей работе специалисты изучили структуру нескольких десятков мутантных форм такого белка, встречающихся в раковых опухолях разного происхождения. Кроме того, специалисты проверили результаты компьютерного моделирования через эксперимент, воссоздав все исследуемые мутантные варианты белка в лабораторных условиях, а затем испытав на способность исправлять поврежденную ДНК.
"С помощью нашего подхода удалось обнаружить три мутации, каждая из которых полностью отключает фермент. И это большая удача — это значит, что клетку стало легче убить химиотерапией, и при наличии таких мутаций в опухоли концентрации лекарств можно снизить. Конечно, все это пока экспериментальные данные, но это еще один шаг к персонализированной медицине", — говорит Дмитрий Жарков.
Фото на странице: National Cancer Institute / Фотобанк Unsplash
