Новое исследование было сосредоточено на серине, одной из 20 аминокислот (строительных блоков белка), встречающихся в природе. Многие виды рака требуют синтеза серина для поддержания быстрого, постоянного и нерегулируемого роста.
Чтобы найти лекарство-кандидат, который мешает этому пути, команда провела скрининг большой библиотеки соединений из различных источников, ища молекулы, которые ингибируют специфический фермент, известный как 3-фосфоглицератдегидрогеназа (PHGDH), который отвечает за первый коммит. шаг в биосинтезе серина.
«Помимо открытия ингибитора, который воздействует на метаболизм рака, у нас теперь есть инструмент, который поможет ответить на интересные вопросы о метаболизме серина», — сказал Люк Л. Лэрсон, доцент кафедры химии в TSRI и главный исследователь клеточной биологии Калифорнийского института биомедицинских исследований (CALIBR).
Лейерсон был старшим автором исследования, опубликованного недавно в Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS), совместно с Льюисом Кэнтли из Медицинского колледжа Вейлла Корнелла и Костасом Лиссиотисом из Мичиганского университета.
Пристрастие к серину
Серин необходим для биосинтеза нуклеотидов, белков и липидов во всех клетках. Клетки используют два основных пути приобретения серина: через импорт из внеклеточной среды или через превращение 3-фосфоглицерата (промежуточного гликолиза) с помощью PHGDH.
«С конца 1950-х годов было известно, что раковые клетки используют процесс аэробного гликолиза для выработки метаболитов, необходимых для пролиферативного роста», — сказал Лайерсон.
Этот процесс может привести к перепроизводству серина. Генетическая основа этого изобилия оставалась загадкой до недавнего времени, когда было продемонстрировано, что некоторые виды рака приобретают мутации, которые увеличивают экспрессию PHGDH; снижение PHGDH в этих «зависимых от серина» раковых клетках также подавляло их рост.
Лаборатории Льюиса С. Кэнтли из Медицинского колледжа Вейлла Корнелла (в работе, опубликованной в Nature Genetics) и Дэвид Сабатини из Института Уайтхеда (в работе, опубликованной в Nature) предположили, что PHGDH является потенциальной мишенью для лекарств от типов рака, которые сверхэкспрессируют фермент.
Лэйерсон и его коллеги выдвинули гипотезу, что маломолекулярный кандидат в лекарство, который ингибирует PHGDH, может влиять на метаболизм рака и указывать путь к разработке эффективного противоракового терапевтического средства. Важно отметить, что этот кандидат в лекарство будет неактивен в отношении нормальных клеток, поскольку они смогут импортировать достаточно серина, чтобы поддерживать нормальный рост.
Так же просто, как 1-2-800,000
Лайерсон в сотрудничестве с коллегами, включая Кэнтли, Лиссиотиса, Эдуарда Малларки из Weill Cornell и Гарвардской медицинской школы и Наташу Лаки из CALIBR, проверил библиотеку из 800000 малых молекул, используя высокопроизводительный ферментный анализ in vitro для обнаружения ингибирования PHGDH.
Группа определила 408 кандидатов и дополнительно сузила этот список на основе специфической антипролиферативной активности клеточного типа и путем исключения тех ингибиторов, которые широко нацелены на другие дегидрогеназы.
После успешной идентификации семи кандидатов в ингибиторы команда попыталась определить, могут ли эти молекулы ингибировать PHGDH в сложной клеточной среде. Для этого команда использовала масс-спектрометрический анализ (тест) для измерения вновь синтезированного серина в клетке в присутствии кандидатов в лекарства.
Одна из семи испытанных малых молекул, названная CBR-5884, была способна специфически ингибировать синтез серина на 30 процентов, что позволяет предположить, что молекула специфически нацелена на PHGDH. Группа продолжила показывать, что CBR-5884 способен ингибировать пролиферацию клеток рака груди и линий клеток меланомы, которые сверхэкспрессируют PHGDH.
Как и ожидалось, CBR-5884 не подавлял раковые клетки, которые не сверхэкспрессировали PHGDH, поскольку они могут импортировать серин; однако при инкубации в среде без серина присутствие CBR-5884 уменьшало рост этих клеток.
Группа ожидает большой работы по оптимизации, прежде чем это лекарство-кандидат сможет стать эффективным терапевтическим средством.
Преследуя эту цель, исследователи планируют использовать подход медицинской химии для улучшения потенции и метаболической стабильности.