Регуляция нейрорецепторов может уничтожать клетки карциномы (рака) легкого. Исследование, показывающее такую возможность, было проведено группой ученых из ИБХ РАН и МФТИ. При обработке водорастворимой модификацией белка Lynx1 (регулятора никотиновых ацетилхолиновых рецепторов) происходит остановка деления клеток карциномы легкого и впоследствии их гибель. Проведенные опыты in vitro позволяют считать данный препарат потенциальным прототипом новых лекарств для лечения карциномы легкого. Статья опубликована в PLOS ONE.
Солокализация белка Lynx1 (зеленый цвет) и α7-нАХР (красный цвет) в клетках рака легкого (A549) и прямой кишки (HT-29). Синим цветом выделены ядра клеток. Масштаб шкалы 10 мкм. Источник: Bychkov et al., PLOS ONE
Никотиновые ацетилхолиновые рецепторы (нАХР) регулируют передачу сигнала в периферийной и центральной нервной системе. Однако они были найдены и в клетках эпителия и иммунной системы. нАХР определенного типа α7-нАХР, обнаруженные в раковых клетках, играют важную роль во многих процессах, в том числе и в зарождении и развитии опухолей, связанных с табакокурением. α7-нАХР являются главными рецепторами, опосредующими токсичное действие никотина в раковых клетках. Серьезной проблемой эффективности лечения онкологических заболеваний является низкая специфичность лечения. Для решения этой проблемы ученые решили использовать белок, способный регулировать α7-нАХР.
Lynx1 – белок млекопитающих, родственный α-нейротоксинам из яда змей. Но, в отличие от токсинов, связывание Lynx1 с нАХР модулирует (активирует) эти рецепторы, что, как оказалось, запускает внутриклеточные каскады, контролирующие рост эпителиальных клеток. Ранее было известно, что, кроме нейронов, Lynx1 обнаруживается также в тканях почки и легкого, однако роль Lynx1 в этих органах не была изучена. Ученые из ИБХ РАН и МФТИ показали, что синтез данного белка происходит как в клетках нормальных кератиноцитов (клетках наружного слоя кожи), так и в клетках карциномы легкого, прямой кишки, кожи и других. Они с помощью метода конфокальной микроскопии обнаружили совместную локализацию Lynx1 и α7-нАХР на поверхности клеток карциномы легкого и прямой кишки (A549 и HT-29 соответственно, рисунок 1). Так как активация α7-нАХР никотином способствует росту опухолевой ткани, а Lynx1, также взаимодействующий с α7-нАХР, подавляет этот процесс, то ученые предложили использовать для борьбы с эпителиальными опухолями водорастворимый вариант этого белка (ws-Lynx1).
Екатерина Люкманова, один из соавторов работы, руководитель Группы биоинженерии нейромодуляторов и нейрорецепторов ИБХ РАН, доцент кафедры физико-химической биологии и биотехнологии МФТИ, говорит: «Недавно мембраносвязанный белок Lynх1 был обнаружен в ткани легкого. Было показано, что при раке легкого наблюдается снижение наработки этого белка по сравнению со здоровой тканью. В то же время искусственное увеличение наработки Lynx1 с помощью редактирования генома приводило к торможению роста опухолевых клеток. Мы предположили, что подобного действия можно добиться, используя водорастворимый аналог белка Lynx1, концентрацию которого, а следовательно и вызываемые эффекты, легче контролировать».
Эксперименты подтвердили гипотезу. Добавление ws-Lynx1 к клеткам A549 (модельная линия карциномы легкого) существенно снизило их количество спустя 72 часа. Кроме того оказалось, что добавление ws-Lynx1 отменяет эффект никотина, стимулирующий рост раковых клеток. Авторами работы был предложен двухстадийный механизм действия препарата. Если вкратце, регуляция α7-нАХР с помощью ws-Lynx1 приводит к запуску большого количества сигнальных путей в раковых клетках, которые в свою очередь останавливают деление клеток и запускают одну из программ клеточной смерти — апоптоз.
Михаил Шулепко, один из соавторов работы, научный сотрудник ИБХ РАН, добавляет: «Мы показали, что водорастворимая модификация Lynx1 останавливает деление клеток опухоли и вызывает в них апоптоз. Таким образом, использование модуляторов α7-нАХР с похожими на Lynx1 свойствами является перспективным подходом для борьбы с карциномами».
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда.
Текст: МФТИ
Water-soluble variant of human Lynx1 induces cell cycle arrest and apoptosis in lung cancer cells via modulation of α7 nicotinic acetylcholine receptors
Maxim Bychkov, Zakhar Shenkarev, Mikhail Shulepko, Olga Shlepova,Mikhail Kirpichnikov, Ekaterina Lyukmanova