Liim lülitab vähki surmava lüliti sisse

„Molekulaarne liim“ muudab vähki käivitava valgu vähiraku enda surmalülitiks – vähi tugevusest saab tema nõrkus.

Stanford Medicine’i teadlaste loodud kahepäine molekul kaaperdab ühe kõige levinuma B-rakulist lümfoomi käivitava valgu ning muudab selle rakkude kasvu soodustajast rakusurma käivitajaks. Hiirtel kõrvaldas lühike, kaks korda päevas manustatud ravikuur agressiivsed lümfoomid 11 päevaga.

See lähenemisviis põhineb strateegial, mida teadlased on mitu aastat täiustanud. Selle asemel et üritada vähki põhjustavat valku blokeerida, loovad nad väikese molekuli, mis ühendab süüdlase füüsiliselt teise molekuliga, mis lülitab sisse raku enda enesehävitusprogrammi. Teadlaste arvates võib sarnane lähenemisviis toimida ka teiste vähivormide ja autoimmuunhaiguste korral.

„Püüame sisuliselt võidelda vähiga selle põhjustaja abil – võtsime vähki käivitav jõu ja programmeerisime selle ümber rakusurma mehhanisme aktiveerima,“ ütles patoloogia- ja arengubioloogia professor Gerald Crabtree.

Crabtree on 20. juulil veebis ajakirjas Cell avaldatud uuringu üks vanemautoreid koos keemia- ja süsteemibioloogia professori Nathanael Grayga, molekulaar- ja rakufüsioloogia abiprofessori Stephen Hinshaw’ga ning MD Andersoni vähikeskuse lümfoomi ja müeloomi siirde- ja laboriuuringute direktori Michael Greeniga. Uuringu juhtivautorid on doktorant Meredith Nix ja järeldoktor Sai Gourisankar.

Vähki soodustav valk

Difuusset B-suurrakklümfoomi – mitte-Hodgkini lümfoomiks nimetatava verevähi kõige levinumat vormi – käivitab sageli valk nimega BCL6. Tervetes immuunrakkudes paikneb BCL6 DNA-l ja vaigistab ajutiselt geenid, mis vastasel juhul käivitaksid rakusurma või peataksid kasvu. See võimaldab neil rakkudel immuunvastuse ajal vastavalt vajadusele paljuneda.

Kui oht on kõrvaldatud, muudavad teised valgud BCL6 sellisel viisil, et blokeeritakse selle geenide vaigistamise võime ja käivitub nüüdseks mittevajalike immuunrakkude hukkumine. Selline programmeeritud rakusurm, mida nimetatakse apoptoosiks, on organismi jaoks elutähtis viis eemaldada liigsed, kahjustatud või vähirakud, põhjustamata põletikku või koekahjustusi.

Miks tekib lümfoom?

Lümfoomid tekivad siis, kui BCL6 jääb püsivalt sisselülitatud asendisse, vaigistades jäädavalt rakusurma käivitavad geenid ja lastes vähirakkudel kontrollimatult paljuneda. Crabtree, Gray ja nende kolleegid otsisid viisi, kuidas mitte üksnes see allasurumine lõpetada, vaid rakusurmageenide avaldumine ka täisvõimsusel tööle panna. Selleks kasutasid nad keemiliselt indutseeritud läheduseks nimetatavat meetodit. Keemiliste sidemete abil viiakse kokku molekulid, mis tavatingimustes omavahel praktiliselt kokku ei puutugi.

Teadlaste “kokkuliimitud” molekul TCIP3 on kui kahepoolne võti. „Üks pool seondub BCL6-ga,“ selgitas Nix. „Teine pool seondub ühega kahest valgust – P300 või CBP –, mis lisavad lähedalasuvatele valkudele keemilisi märgiseid, mida nimetatakse atsetüülmärgisteks.“ Atsetüülmärgise lisamine BCL6-le blokeerib selle võime vaigistada järgnevate rakusurmageenide avaldumist. Oluline on, et P300 ja CBP lisavad atsetüülmärgiseid ka lähedal paiknevatele DNA pakkimiskeskustele, mida nimetatakse histoonideks. Need märgised sunnivad histoone DNA-d vabastama ja võimaldavad sellele ligi pääseda geenide avaldumiseks vajalikel valkudel, mida nimetatakse transkriptsioonifaktoriteks.

See toime erineb olemasolevate BCL6 vastu suunatud ravimite omast, mis lihtsalt blokeerivad valgu või põhjustavad selle lagundamise. „Me ei kõrvalda üksnes BCL6 põhjustatud allasurumist, vaid käivitame aktiivselt ka nende rakusurmageenide avaldumise. Seetõttu suudame saada tõeliselt tugeva toimega ühendeid,“ ütles Nix, võrreldes erinevust auto piduripedaali vabastamise ja gaasipedaali põhjavajutamisega.

Molekulide liim muutis ühendatud valgud ravimiks

Selleks et mõista, miks molekul nii hästi toimis, muutsid teadlased selle aatomitasandi struktuuri nähtavaks, pommitades molekuli kristalliseeritud vormi röntgenikiirgusega. See näitas täpselt, kuidas ravim kaks valku omavahel ühendab. Struktuur paljastas midagi, mida teadlased ei olnud täielikult ette näinud: kui TCIP3 oli valgud lähestikku sundinud, moodustus nende vahel mitu spontaanset keemilist kontakti, mis lukustasid kogu kompleksi paigale. See muutis hübriidmolekuli toime oodatust palju tugevamaks.

„Struktuuriuuringute ja biofüüsikaliste mõõtmiste abil tegime kindlaks, et TCIP3 toimib omamoodi molekulaarse liimina, kinnitades need valgud üksteise külge,“ ütles Gourisankar. See struktuuri puudutav teadmine võimaldas keemikutel muuta molekuli kahe poole vahelise ühenduse jäigemaks. Nii lukustati soodsad kontaktid paigale, selle asemel et lasta molekulil painduda ja energiat raisata. Tulemuseks oli TCIP3, mis tappis laboris kasvatatud lümfoomirakke juba väga väikese kontsentratsiooni korral.

11. päevaks olid TCIP3-ga ravitud kasvajad täielikult kadunud

Viimaks siirdasid teadlased hiirtele inimese lümfoomirakke, lasid neil moodustada kasvajad ja ravisid loomi kaks korda päevas TCIP3-ga. „11. päevaks olid TCIP3-ga ravitud kasvajad täielikult kadunud, samal ajal kui kontrollrühma loomadel olid kasvajad endiselt alles,“ ütles Nix. Ravitud hiirtel ei ilmnenud selgeid mürgisuse tunnuseid ning vereanalüüsid ei näidanud põletikusignaalide järsku suurenemist, kuigi ravim kõrvaldas ka idukeskusi (germinal centers) – kiiresti jagunevate immuunrakkude kogumeid, mis sõltuvad suurel määral BCL6-st ja koosnevad samast rakutüübist, mis lümfoomi korral kontrolli alt väljub.

Eestis diagnoositi 2022. aastal 222 uut mitte-Hodgkini lümfoomi juhtu

Eestis diagnoositi 2022. aastal 222 uut mitte-Hodgkini lümfoomi juhtu – 94 meestel ja 128 naistel. Valdav osa mitte-Hodgkini lümfoomidest on B-rakulised. Artiklis käsitletav difuusne B-suurrakklümfoom on selle haigusrühma kõige sagedasem alatüüp. Kuna Eesti vähiregistri avalikus statistikas lümfoome rakutüübi järgi eraldi ei esitata, saab rahvusvahelise alatüüpide jaotuse põhjal hinnata, et Eestis diagnoositakse aastas ligikaudu 70–90 difuusse B-suurrakklümfoomi juhtu. Aastatel 2018–2022 diagnoositud mitte-Hodgkini lümfoomiga patsientide suhteline elulemus oli:

ühe aasta elulemus 74%;
viie aasta elulemus 58%;
kümne aasta elulemus 51%.

Meeste ja naiste viie aasta suhteline elulemus oli mõlemal 58%. TAI märgib, et mitte-Hodgkini lümfoomi elulemuses püsib Eestil võrreldes Põhjamaadega mahajäämus. Need arvud ühendavad aga väga erineva kuluga lümfoomid.

Avastus võib aidata ravida ka reumaatilisi haigusi

See kõrvaltoime osutus vihjeks tehnoloogia teisele võimalikule kasutusviisile. Kuna idukeskuse kiiresti jagunevad rakud soodustavad ka teatavaid autoimmuunhaigusi, sealhulgas reumatoidartriiti ja raskekujulist müasteeniat, usuvad teadlased, et TCIP3-sarnaseid molekule võidakse tulevikus kasutada ka nende haiguste vastu.

Enne kui TCIP3 või selle derivaate saab kliinikus kasutada, tuleb siiski teha rohkem uuringuid. Molekul vajab täiendavat keemilist täiustamist ja katsetamist teistel loomaliikidel enne, kui saab kaaluda inimkatseid. Kuid selle aluseks olevat strateegiat – kahevalentsete ehk kahepäiste molekulide kasutamist vähki käivitava valgu ümbersuunamiseks lihtsalt valgu blokeerimise asemel – näib olevat võimalik laialdaselt edasi arendada. Teadlased otsivad praegu teisi vähki käivitavaid valke, mida saaks samasuguse molekulaarse paaripaneku abil mõjutada.

„See võib olla tõhus viis mõjutada teisi rakusurma pärssivaid valke või transkriptsioonifaktoreid, mis kontrollivad geene, mida tahame vähirakkudes aktiveerida,“ ütles Nix.

Uuringusse andsid oma panuse MD Andersoni vähikeskuse ja tehisintellektil põhineva ravimiavastusplatvormi Deep Origin teadlased.