CRISPR поможет в поиске мишеней для противораковых препаратов

Ученые Лаборатории Колд-Спринг-Харбор (Cold Spring Harbor Laboratory, CSHL, США) разработали метод составления каталога мишеней для противораковых препаратов с помощью революционной технологии генного редактирования CRISPR. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Biotechnology.

Метод CRISPR дает биологам возможность проводить манипуляции над генетическим материалом клеток с беспрецедентной точностью и легкостью. Доцент CSHL, доктор медицины и философии Крис Вакок (Chris Vakoc), а также аспирант и исследователь его лаборатории Джунвей Ши (Junwei Shi) исследовали возможность адаптации мощной технологии CRISPR для решения задачи, которой занята их и многие другие лаборатории по всему миру: поиска мишеней в опухолевых клетках, которые в заблокированном состоянии предотвращают деление клеток и вызывают их гибель.

Несколько лет назад Вакок использовал лучшие из доступных методов для поиска сайта связывания на белке BRD4, блокирование которого препаратом JQ1 приводит к поражению клеток острого миелобластного лейкоза (ОМЛ) – нередко летального рака крови. В настоящее время этот лекарственный препарат проходит клинические испытания на человеке. «Этот опыт заставил нас подумать: существует ли способ, с помощью которого мы можем исследовать сотни и тысячи белков одновременно в определенном типе раковых клеток и найти те, на которые можно воздействовать препаратами?» – поясняет Вакок.

Ответ: да. В опубликованной статье приводятся доказательства концепции изобретенного метода. В лейкозных клетках с помощью метода на основе CRISPR был проведен скрининг около 200 потенциальных мишеней. Скрининг позволил выявить шесть ранее известных мишеней, подтвержденных исследователями-фармакологами, занимающимися совершенствованием существующих препаратов. Кроме того, ученые обнаружили еще 19 ранее не распознанных мишеней. «Это лишь единственный пример. В широком смысле, все, что мы предлагаем – это способ сравнительной идентификации специфической уязвимости раковых клеток в различных типах заболевания», – говорит Вакок.

Увлеченный методом CRISPR, Ши потратил много времени, изобретая способ применения технологии для быстрой и точной идентификации лучших мишеней для препаратов против лейкоза.

Концепция подхода довольно проста. Все начинается с представления о том, что гены содержат информацию о синтезе белков в клетке. С момента завершения прочтения полного генома человека более 10 лет назад исследователи собирали базу данных, документирующую или предсказывающую, как определенные последовательности нуклеотидов в геноме кодируют специфические участки белков, называемые доменами. Среди таких доменов огромный интерес для разработчиков лекарственных препаратов представляют те, которые формируют кармано-подобные структуры на поверхности белков, к которым могут подходить другие молекулы, подобно тому, как ключи подходят к замку. Лекарственные препараты являются ключами, входящими в карманы-замки, иногда с целью заблокировать доступ к нему, а иногда – для инициации каскада сигналов внутри клетки.

«Моя лаборатория занимается поиском небольшого числа таких связывающих карманов – тех, чье функционирование связано с опухолевыми клетками, – говорит Вакок, – В нашем геноме закодировано огромное количество карманных доменов, многие из них присутствуют в белках, найденных в лейкемических клетках. Теперь у нас есть метод определения, указывающий, выполняет ли данный карман важную роль в данном типе опухолевых клеток. Какие карманы действительно причинят вред опухолевой клетке, будучи заблокированными? Какие карманы необходимы клетке для жизни и процветания?»

CRISPR – отличный инструмент для исследований, поскольку его можно использовать для замены «букв» ДНК, «прописывающих» последовательности определенных карманов связывания. Если вам необходимо узнать, зависит ли опухолевая клетка от определенного кармана, вы вносите в его последовательность мутацию, изменяя код ДНК, что приводит к изменению формы домена. Таким образом, вы воспроизводите действие эффективного лекарственного препарата, нацеливаясь на определенный карман.

В работе сообщается, что метод продемонстрировал точность и эффективность на культуре клеток лейкоза. «Если вы изменяете карман так, что белок перестает быть функциональным, и обнаруживаете, что клетка не может выжить – значит вы попали в хорошую мишень для лекарственного препарата. Мы не можем утверждать, что какой-то из карманов приведет к обнаружению абсолютно эффективного препарата, но это хороший способ выявить критически важные домены опухолевых клеток», – отмечает Вакок.

Лаборатория Вакока начала работу с теми видами связывающих карманов, которые предпочитают в качестве мишеней производители лекарств – тех, что считаются поддающимися воздействию лекарственных препаратов для различных технических целей. «В прагматических целях наша лаборатория отдает приоритет в работе тем мишеням, которые особенно нравятся химикам и к которым они желают создать лекарственный препарат. Мы хотим внести вклад в лечение рака уже в ближайшем будущем. Мы хотим обеспечить фармацевтические компании типами мишеней, которые они лучше всего умеют поражать. Все снова сводится к вопросу: можем ли мы выявить специфические соединения, в которых нуждается опухолевая клетка, а затем лишить клетку этих агентов? CRISPR может привести нас к окончанию поиска всех критически важных карманов для поражения рака», – рассказывает Вакок.

По материалам Cold Spring Harbor Laboratory

Оригинальная статья:
Junwei Shi, Eric Wang, Joseph P Milazzo, Zihua Wang, Justin B Kinney, Christopher R Vakoc. Discovery of cancer drug targets by CRISPR-Cas9 screening of protein domains. Nature Biotechnology, 2015; DOI: 10.1038/nbt.3235