Ученые «подействовали на нервы» раковым клеткам

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

PLOS One, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0217339