Рассматриваемый рак представляет собой особенно агрессивную форму рака крови, называемую острым миелоидным лейкозом или ОМЛ, которая часто заканчивается летальным исходом. Недавно идентифицированная мишень представляет собой связывающий карман на белке BRD9. Лекарство, разработанное BI для связывания в этом кармане, называемое бромодоменом, условно называется BI-7273.
Группа академических и отраслевых ученых во главе с доцентом Кристофером Вакоком из CSHL в сотрудничестве с доктором Манфредом Кёглем из BI определила BRD9 на скринингах, а затем продемонстрировала его важность в клетках AML человека, выращенных в культуре, и в моделях AML на грызунах.Как почти все белки, BRD9 подразделяется на разделы, называемые доменами, каждый из которых выполняет определенную функцию. Каждый домен кодируется частью гена BRD9. Областью интереса доктора Ани Хохманн, первого автора новой статьи, которая проводила исследование, еще будучи аспирантом в лаборатории Вакока, был бромодомен BRD9, субъединица белка, который «считывает» хроматин, связанную форму клеточного генетический материал.
Эксперименты под руководством Хоманна продемонстрировали, что BRD9 является «зависимостью» от AML: рак человека зависит от белка, чтобы оставаться «бессмертным», то есть способным быстро размножаться, беспрепятственно в обычных контрольных точках, в которых клетки эволюционировали, чтобы ограничить рост. В частности, команда обнаружила, что действие BRD9 было необходимо для активации ракового гена MYC, главного организатора сигнальных путей, которые позволяют клеткам бесконтрольно расти.Ученые BI разработали несколько молекул-кандидатов, которые могут связываться с бромодоменом белка BRD9.
Эта работа привела к идентификации соединения, названного BI-7273, которое при тестировании против клеток AML избирательно ограничивало пролиферацию раковых клеток и предотвращало активацию онкогена MYC.«Мы, конечно, остались довольны этими результатами», — говорит Вакоч. «Но мы установили еще более высокую планку. Мы хотели однозначно показать, как действует препарат — мы хотели доказать, что его мишенью в клетках AML был бромодомен белка BRD9». Рабочая гипотеза группы заключалась в том, что этот бромодомен, образующий глубокий карман на поверхности BRD9, является сайтом связывания препарата BI-7273.
Существуют различные способы доказать, что взаимодействие сайта связывания с лекарством является прямой причиной его действия. Наиболее часто используемый метод — изменить форму или химические характеристики кармана — сайта связывания, в данном случае бромодомена BRD9 — так, чтобы лекарство-кандидат больше не могло прикрепляться к нему.
Изменение формы кармана для переплета можно сравнить с заменой замка на двери, так что конкретный ключ, то есть лекарство, больше не может поместиться в него. Для этого обычно используется метод, называемый структурно-управляемым мутагенезом. Это сложно, требуя определения точной атомной конфигурации связывающего кармана и знания того, как лекарство или «ключ» помещается в него.
«Мы придумали гораздо более простой и столь же строгий способ сделать это, — говорит Хоманн, — который использует модульность белков». Существует 61 известный «мотив» бромодомена по меньшей мере в 48 различных белках, одним из которых является BRD9.
Используя простые методы копирования и вставки, она и команда «поменяли» бромодомен белка BRD9 и заменили его бромодоменом, который является частью белка BRD4.Команда была удивлена, что теперь модифицированный белок BRD9 продолжал функционировать в клетках AML. Это может быть связано с «семейным сходством» бромодоменов — хотя бромодомены BRD9 и BRD4 различаются на атомном уровне, они, по словам Вакока, «функционально синонимичны». Модифицированная версия BRD9 продолжала облегчать считывание хроматина, а клетки AML продолжали зависеть от его действия по включению сигнальных путей, активируемых MYC.
Раковые клетки с модифицированным BRD9 продолжали бесконтрольно расти.Это послужило прекрасным испытательным стендом для нового препарата компании BI, BI-7273. В клетках AML с «замененным» бромодоменом BRD9 препарат, как и предполагалось, не оказывал влияния на пролиферацию AML.
«Это доказало, что именно« нативный »бромодомен BRD9 объясняет противораковую активность препарата. Когда мы заменили его, даже при том, что белок продолжал функционировать, лекарство больше не могло прикрепляться к нему.
Это очень элегантный способ показать, как именно лекарство оказало желаемый эффект, путем связывания бромодомена, нативного для BRD9 », — говорит Вакок.В других экспериментах команда показала, что метод «подмены домена» можно «обобщить» в других ситуациях, когда функционально синонимичные домены могут быть заменены на домены, присущие белку, которые считаются ключевыми для действия лекарства.
В клетках AML они заменили домен белка EZH2 на соответствующий и функционально синонимичный домен от EZH1. Это не позволило лекарству-кандидату под названием GSK126, которое считается эффективным за счет взаимодействия с EZH2 дикого типа, препятствовать росту клеток AML.
«Наркотики и их цели на самом деле не похожи на ключи и замки», — объясняет Вакок. «Во многих случаях один ключ подходит для множества разных замков. Другими словами, во многих случаях лекарство будет взаимодействовать со многими белками, и из-за этого мы не знаем его точную цель. причина нежелательных побочных эффектов.
«По мере того, как начинается эпоха точной медицины, это важная проблема, вопрос о том, что некоторые лекарства-кандидаты должны утонуть или плыть. Здесь мы описали простой новый подход, который может однозначно привязать терапевтический эффект лекарства к одному сайту связывания. . "