Сотрудники лаборатории белковой инженерии Факультета естественных наук НГУ разработали программный конвейер, который позволяет предсказывать последствия мутаций для белков, отвечающих за устойчивость раковых клеток к химиотерапии. Результаты работы опубликованы в престижном международном журнале Journal of Biological Chemistry.
Раковая клетка — это обычная клетка организма, в ДНК которой в определенный момент произошло несколько мутаций, и она стала бесконтрольно и быстро делиться. Поэтому большинство препаратов химиотерапии направлены на убийство быстро делящихся клеток.
— 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, — говорит руководитель работы член-корреспондент РАН, доктор биологических наук Дмитрий Жарков.
Действие многих препаратов химиотерапии основано на том, чтобы максимально повредить ДНК раковой клетки. Но они вступают в противоборство с системой репарации ДНК. В нормальных клетках эта система защищает геном от мутаций и повреждений. Если же разрывается ДНК опухолевой клетки, система репарации играет не на нашей стороне: она «исправляет» нанесенный урон. От того, насколько хорошо работает в раковой клетке система репарации, зависит, выживет ли она после химиотерапии или нет.
Число мутаций в клетках раковой опухоли достигает многих тысяч. Происходят они и в генах, отвечающих за репарацию. Иногда из-за мутаций ферменты репарации начинают работать хуже, и опухоль становится более уязвимой, а остальные клетки в теле пациента, где такой мутации нет, продолжают быть устойчивыми. Но как понять, какая мутация в ДНК будет ослаблять белки репарации? Для этого ученые иногда используют специальные компьютерные программы, которые анализируют, как часто определенный участок гена изменяется в похожих белках. Если участок часто мутирует, значит, никакой особой важности для функциональности белка он не несет. Если же он не изменяется, программа делает вывод, что он так важен для белка, что любая мутация в нем ослабляет или убивает клетку. Однако зачастую разные алгоритмы анализа выдают для одного и того же белка совершенно разные результаты, что значительно ограничивает их пользу.
Исследователи из НГУ использовали другой предсказательный метод — метод молекулярной динамики. Это компьютерное моделирование, которое позволяет понять, как движутся отдельные атомы в структуре белка при его работе. Такой метод требует на порядки больше вычислительных мощностей, чем анализ последовательности белков, но современное развитие компьютерной техники позволило привлечь его для предсказания эффекта мутаций. Новосибирские ученые выбрали один из ключевых ферментов репарации ДНК человека — 8-оксогуанин-ДНК-гликозилазу. В нормальных клетках он предотвращает окисление ДНК, а в раковых — снижает эффективность действия таких часто используемых противоопухолевых средств, как цисплатин, кармустин и блеомицин. В ходе исследования сотрудники лаборатории белковой инженерии проанализировали структуру нескольких десятков мутантных форм этого белка, которые встречаются в раковых опухолях самого разного происхождения. Параллельно результаты компьютерного моделирования были проверены в эксперименте: все исследованные мутантные варианты белка были воссозданы в лабораторных условиях и испытаны 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, — считает Дмитрий Жарков.
