Около десяти лет назад Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов одобрило ингибиторы контрольных точек, тип иммунотерапии, которая устраняет защитные механизмы, которые позволяют раковым клеткам маскироваться под здоровые клетки, побуждая иммунную систему атаковать их. В 2015 году исследователи показали, что эти методы лечения особенно перспективны для рака, вызванного дефектами в клеточной системе «исправления несоответствия», которая проверяет ДНК по мере ее копирования.
Если эта система неисправна, быстро накапливаются генетические мутации, в результате чего некоторые клетки становятся злокачественными.
Эти обильные мутации, которые, как правило, затрудняют лечение опухолей традиционными методами лечения, такими как химиотерапия и лучевая терапия, считались причиной того, что ингибиторы контрольных точек были эффективны против опухолей с дефицитом репарации несоответствия (dMMR). Однако недавнее исследование показало, что только около половины пациентов с опухолями dMMR реагируют на эти методы лечения, даже несмотря на то, что у тех, кто не отвечает, есть такие же многочисленные мутации, объясняет руководитель исследования Гуо-Мин Ли, Ph.D., профессор радиационной онкологии и член Гарольда С. Комплексный онкологический центр Симмонса на юго-западе штата Юта.
«Должен быть задействован какой-то механизм, помимо этого множества мутаций, чтобы вызвать иммунную атаку», – говорит Ли, который также является директором Reece A. Overcash Jr. Центр исследований рака толстой кишки в честь доктора.
Евгений Френкель, в UTSW.
Чтобы лучше понять, что вызывает иммунный ответ против этих опухолей, Ли и Ян-Синь Фу, М.D., Ph.D., профессор патологии в UTSW и соавтор обоих исследований, генетически манипулировали как человеческими, так и мышиными раковыми клетками, чтобы удалить Mlh1, ген, который имеет решающее значение для восстановления несоответствия. По сравнению с нормальными клетками, которые не подвергались манипуляции, клетки без Mlh1 быстро накапливали разрывы ДНК и ДНК в цитозоле или внутриклеточной жидкости клетки, а не в ее ядре, где обычно находится ДНК.
Обработка этих клеток радиацией значительно увеличила количество присутствующей цитозольной ДНК.
Исследователи пришли к выводу, что увеличение количества разрывов ДНК внутри ядра было вызвано повышенной активностью гена Exo1, который тесно взаимодействует с Mlh1, чтобы вырезать ошибки из ДНК во время репликации и восстановления. Дальнейшее исследование показало, что когда исследователи удалили этот ген из клеток без Mlh1 или нарушили взаимодействие между белками, продуцируемыми Mlh1 и Exo1, в клетках больше не накапливались разрывы ДНК и цитозольная ДНК.
Но когда Exo1 оставался активным в этих клетках, казалось, что он не ослабевает разрезать ДНК, что побуждает этот поврежденный генетический материал вытекать из ядра.
Другие эксперименты показали, что эта утечка ДНК активировала путь cGAS-STING, часть иммунной системы, которая воспринимает ДНК вне ядра клетки и интерпретирует ее как признак серьезного клеточного повреждения или инфекции. Затем это вызывает иммунный ответ.
Действительно, когда Ли и его коллеги нарушили этот путь в раковых клетках без Mlh1, опухоли росли намного быстрее, чем в клетках с интактными путями cGAS-STING, потому что они были защищены от иммунной системы.
Исследователи также показали, что этот путь восприятия ДНК имеет решающее значение для иммунного ответа путем лечения животных, несущих опухоли с дефицитом Mlh1, ингибиторами контрольных точек. Когда эти опухоли имели нормальные пути cGAS-STING, лекарства были эффективны; но когда исследователи нарушили какую-либо часть пути, опухоли сопротивлялись лечению.
Связывая это исследование с человеческими пациентами с раком dMMR, исследователи протестировали образцы опухолей на их функцию cGAS-STING. Поскольку восстановление несоответствия может повлиять на любой ген, объясняет Ли, гены этого пути также часто мутируют у пациентов с опухолями dMMR.
Медицинские записи показали, что пациенты с более высоким уровнем экспрессии или активации белков в пути cGAS-STING с большей вероятностью пережили рак дольше и / или ответили на ингибиторы контрольных точек, чем пациенты с более низкой экспрессией белков, что позволяет предположить, что зондирование ДНК ключ к успеху иммунотерапии и иммунному ответу на эти виды рака в целом.
Эти данные, по словам Ли, в конечном итоге могут повлиять на то, как лечить опухоли dMMR в будущем. Например, по его словам, оценка того, насколько хорошо работают пути cGAS-STING в опухоли, может помочь врачам решить, получат ли пациенты пользу от иммунотерапевтических препаратов, сэкономив им время, деньги и потенциальные побочные эффекты.
Это исследование основывается на фундаментальной работе Чжицзян "Джеймс" Чен, доктора философии.D., соавтор исследования и профессор молекулярной биологии в Юго-Западном Университете штата Калифорния, получивший в 2019 году премию за открытие в области наук о жизни за открытие фермента cGAS.
Исследователи могут также найти способы манипулировать нижестоящими факторами пути cGAS-STING для повышения его эффективности в опухолях, которые потеряли этот датчик ДНК, что делает эти виды рака чувствительными к ингибиторам контрольных точек.
Кроме того, поскольку радиация способствует проникновению ДНК в цитоплазму, это может еще больше повысить эффективность этих методов лечения.
«Эта стратегия доставки излучения до иммунотерапии уже показывает успех в клинических испытаниях, но причина, по которой она работает, была неизвестна», – говорит Ли. "Механизм, о котором мы рассказываем в этих двух документах, добавляет понимание, которое когда-нибудь может привести к совершенно новым способам лечения рака."
Это исследование было частично поддержано Техасским научно-исследовательским институтом профилактики рака (CPRIT), гранты RR160101, RR150072 и RP180725; и Национальные институты здравоохранения гранты CA092584, CA162804 и GM047251.