Введение к работе
Актуальность проблемы
Онкологические заболевания являются одной из главных причин смертности в развитых странах. И хотя за последние тридцать лет наши знания о генах и белках, участвующих в опухолевой трансформации клеток, увеличились многократно, это так и не привело к эквивалентному прогрессу в борьбе с раковыми заболеваниями. И по сей день основными способами лечения большинства онкологических больных остаются разработанные десятилетия назад малоэффективные и крайне опасные методы радио- и химиотерапии.
Большой прогресс в этой области могло бы принести создание высокоспецифичных лекарств, действующих на продукты генов, жизненно необходимых для опухолевых клеток, но играющих меньшее значение в нормальных тканях человека. И действительно, эта стратегия привела к разработке ряда весьма эффективных препаратов для борьбы с не Ходжкиновой лимфомой и хронической миелогенной лейкемией. Однако, большинство типов рака не имеют единого «главного» онкогена. И поэтому лечение таких опухолей с помощью точечного воздействия на один ген или белок оказывается или не эффективным вовсе, или даёт лишь кратковременные результаты из-за быстрого возникновения резистентности к данному типу лечения.
Однако последние результаты исследований протеома опухолевых клеток могут послужить ключом к решению этой проблемы. Недавно стало известно, что в клетках существуют так называемые «узловые» белки, которые образуют сложнейшую сеть взаимодействий с белками-посредниками и координируют сразу несколько процессов жизнедеятельности клетки. Поэтому лекарства, действующие на один из этих белков, будут обладать довольно широким эффектом, что, с одной стороны, позволит избежать быстрого возникновения резистентности к таким препаратам, а с другой, сделает их пригодными для лечения сразу нескольких типов опухолей.
Настоящая работа посвящена исследованию белка Сурвивин, который, с одной
стороны, входит в пятёрку наиболее опухолеспецифичных белков человека, а с другой,
является «узловым» белком и участвует в таких процессах как апоптоз, чекпоинт
формирования веретена деления, регуляция динамики роста микротрубочек, ответ клетки
на стресс, а также играет важную роль в регуляции клеточного цикла. Полученные нами
данные позволяют по-новому взглянуть на роль белков Сурвивин, Smac/DIABLO, Ran и
Трансглутаминаза 2 в нормальных и опухолевых клетках, а также раскрывают механизм,
по которому повышение экспрессии Сурвивина способствует раковой трансформации
клеток и метастазированию опухолей. Кроме того, в ходе данного исследования был
создан и протестирован низкомолекулярный ингибитор Сурвивина, который без сомнения может иметь большое прикладное значение для лечения различных типов опухолей.
Цели и задачи работы
Целью данной работы было исследование функций Сурвивина в опухолевых клетках и создание низкомолекулярного ингибитора Сурвивина. В рамках поставленной цели были сформулированы следующие экспериментальные задачи: 1) Исследование функций мономера и димера Сурвивина в опухолевых клетках; 2) Определение участка Сурвивина, блокирование которого приведёт к нарушению функций этого белка в опухолевых клетках; 3) Синтез и тестирование низкомолекулярного ингибитора Сурвивина; 4) Исследование механизма действия полученного ингибитора на опухолевые клетки.
Научная новизна и практическая значимость работы
В данной работе была впервые исследована роль мономера Сурвивина в регуляции апоптоза. Было показано, что именно мономер Сурвивина участвует в защите опухолевых клеток от запрограммированной гибели, в то время как димер Сурвивина, по-видимому, выполняет другие функции, например стабилизирует микротрубочки в интерфазе. На основании полученных результатов мы выдвинули новую модель регуляции функций Сурвивина в клетках, основанную на смещении равновесия между димерной и мономерной формами существования этого белка внутри клетки. Опубликованные нами данные по этой теме нашли подтверждение в более поздних работах других авторов. Помимо этого, мы предположили, что блокирование участка димеризации Сурвивина с помощью низкомолекулярных лигандов окажется наиболее эффективно для ингибирования функций Сурвивина в опухолевых клетках.
В сотрудничестве с профессором Накано Иширо (США) методом компьютерного моделирования была определена структура вещества, способного взаимодействовать с участком димеризации Сурвивина, после чего было синтезировано 11 соединений со сходной химической структурой. Для всех полученных веществ была определена способность влиять на пролиферацию стволовых клеток глиомы. Вещество под названием LLP-3 оказалось наиболее эффективным для подавления роста опухолевых клеток и было выбрано для дальнейших исследований. Изучение механизма действия LLP-3 на опухолевые и нормальные клетки показало, что основной эффект этого препарата связан с ингибированием взаимодействия Сурвивина и малой ОТРазы Ran. Более детальные исследования данного процесса показали, что в клетках существует и естественный, эндогенный механизм ингибирования взаимодействия этих белков. Он осуществляется проапоптозным белком Smac/DIABLO и активируется на самых ранних стадиях апоптоза, вызывая остановку клеточного цикла.
Наконец, для того чтобы понять почему ингибирование взаимодействия Сурвивина с белком Ran оказывает сильное влияние на опухолевые клетки мы исследовали функции комплекса Сурвивин-Ran. Оказалось, что Сурвивин усиливает ОТРазную активность Ran, и ускоряет экспорт РНК и некоторых белков из ядра. А это, в свою очередь, многократно повышает экспрессию целого ряда онкогенов и способствует деградации белка р53. Также, по нашим данным, активация Ran приводит к существенному повышению экспрессии Трансглутаминазы 2, что, с одной стороны, увеличивает устойчивость опухолевых клеток к химиотерапии, а, с другой, способствует метастазированию опухолей. На основании всех вышеперечисленных данных нами была предложена модель регуляции активности Ran белками Сурвивин и Smac/DIABLO.
Структура диссертации
Диссертационная работа изложена на страницах и состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, результатов и их обсуждения, выводов и списка цитируемой литературы, включающего ссылок. Диссертация содержит рисунков и таблиц.
Апробация работы
Результаты работы представлены на российских и международных конференциях: Международная конференция ИБХ, посвященная 75-летию Ю.А Овчинникова (Москва, 2009); Школа-конференция молодых ученых «Фундаментальная наука для биотехнологии и медицины-2010» (Москва, 2010); 14-ая Международная Пущинская школа - конференция молодых ученых «Биология - Наука XXI века» (Пущино, 2010); 12-ая Молодёжная научная школа (Москва 2010); Experimental Biology 2012 (Сан-Диего, США, 2012).
Публикации
По теме диссертационной работы опубликовано три статьи в рецензируемых журналах.
