Том 88, № 7 (2023)

Метаболизм сфинголипидов, длительное время остававшийся на периферии фокуса исследований биохимиков, в последнее время стал привлекать всё большее внимание благодаря разнообразным и зачастую разнонаправленным эффектам сфинголипидов и их противоречивой роли в опухолевой прогрессии. Регуляция опухолевой прогрессии и способности организма подавлять рост и распространение опухоли во многом определяются балансом концентраций сфинголипидов в организме. Из всех сфинголипидов можно выделить церамиды, которые, в целом, обладают противоопухолевым действием, хотя конечная роль отдельного церамида в индукции гибели и выживания опухолевых клеток во многом определяется длиной его ацильного радикала. Действие церамидов может реализовываться посредством индукции апоптоза, аутофагии, торможением деления клеток, повышением иммуногенности, регуляцией стабильности клеточных мембран. Фосфорилированные производные церамид-1-фосфат и сфингозин-1-фосфат характеризуются как молекулы, стимулирующие пролиферацию и деление клеток, активирующие ангиогенез и лимфогенез, а также влияющие на миграцию опухолевых клеток, увеличивающие их подвижность. Опухолевую прогрессию активируют и другие сфинголипиды: цереброзиды, многие ганглиозиды, сульфатиды, сфингомиелины. Для многих сфинголипидов (например, сфингомиелинов, цереброзидов) показана связь с развитием лекарственной резистентности опухолевых клеток к химиотерапии. Вклад сфинголипидов в регуляцию указанных процессов, регулирующих опухолевую прогрессию, ферментов, участвующих в их метаболизме, и рецепторов сфинголипидов, выполняющих сигнальные функции, позволяет рассматривать их в качестве мишеней для противоопухолевой терапии. Настоящий обзор направлен на освещение основных путей метаболизма сфинголипидов в клетках человека с особым акцентом на известные особенности их обмена в опухолевых клетках.

Распространение технологий секвенирования нового поколения позволило установить, что значительная часть онкологической заболеваемости у детей связана с моногенными наследственными болезнями. Предрасположенность к развитию новообразований детского возраста характерна для широкого круга состояний, включая наследственные опухолевые синдромы, первичные иммунодефициты, расопатии и факоматозы. Механизмы молекулярного патогенеза неоплазм многообразны и включают нарушения сигнальных каскадов, дефекты репарации ДНК, процессы ремоделирования хроматина и процессинга микроРНК. Своевременная диагностика синдромов с повышенным риском развития опухолей крайне важна для эффективного лечения пациентов, медико-генетического консультирования семей и разработки программ профилактического наблюдения. В обзоре описан спектр новообразований, характерных для наиболее распространённых синдромов, а также возможные патогенетические механизмы их развития.

Фармакологические свойства некоторых природных соединений делают их привлекательными для лечения онкологических заболеваний. Серосодержащие тиосульфинаты, обнаруженные в растениях рода Allium, с давних пор известны как соединения с различными терапевтическими свойствами, в том числе противоопухолевыми. На протяжении последних лет активно изучалось влияние тиосульфинатов на различные стадии канцерогенеза. Исследования in vitro и in vivo показали, что тиосульфинаты ингибируют пролиферацию раковых клеток, а также индуцируют апоптоз. Цель настоящего обзора - обобщить современные данные о цитотоксических свойствах природных и синтетических тиосульфинатов и их применении в терапии рака. Обсуждаются механизмы противоопухолевого действия и молекулярные мишени этих перспективных соединений. Значительная часть обзора посвящена рассмотрению новой стратегии для лечения онкологических заболеваний - использованию метода направленной ферментной пролекарственной терапии с возможностью получения противоопухолевых тиосульфинатов in situ.

Все типы раковых клеток отличаются метиониновой зависимостью, известной как эффект Хоффмана. Ограничение поступления метионина (L-Met) подавляет рост и пролиферацию раковых клеток, между тем как нормальные клетки от дефицита L-Met не страдают. Метиониновая зависимость является мишенью метиониназы (METase), которая показала свою эффективность и безопасность на всех изученных типах опухолевых моделей in vitro и in vivo, как в монотерапии, так и в комбинации с другими противоопухолевыми препаратами. Примерно 6 лет назад была получена METase, которая может применяться перорально как добавка к пище, улучшая результаты лечения некоторых пациентов с распространёнными опухолями. К настоящему моменту METase была изучена в 8 клинических исследованиях, включая 2 в 1990-х гг. и 6 - в более позднее время. Этот обзор посвящён клиническим исследованиям ограничения поступления L-Met в опухолевые клетки при помощи METase, в частности, при помощи пероральной лекарственной формы METase или в комбинации с другими препаратами в лечении пациентов с прогрессирующим раком.

Характерными изменениями в системе эпигенетической регуляции экспрессии генов, сопровождающими процесс злокачественной трансформации клетки, являются аберрантное метилирование и ацетилирование гистонов. Активно используемым в клинической онкологической практике эпигенетически активным препаратом является вориностат, противоопухолевый эффект которого, как правило, связывают с ингибированием гистоновых деацетилаз. Эффекты этого препарата на метилирование гистонов изучены недостаточно. Используя тест-систему HeLa TI, позволяющую оценить интегральный эффект эпигенетически активных соединений по активации экспрессии репортерного гена GFP, и нокдаун генов интерферирующими РНК, мы показали, что ингибирующее действие вориностата направлено не только на HDAC1, но и на SUV39H1, SUV39H2, SUV420H1, EZH2. С помощью Вестерн-блоттинга была подтверждена способность вориностата подавлять экспрессию ферментов SUV39H1/2, SUV420H1, EZH2 и, кроме того, было впервые выявлено его ингибирующее действие на экспрессию ферментов SUV420H2 и DOT1L. Полученные данные расширяют представление об эпигенетических эффектах вориностата и демонстрируют необходимость масштабного анализа его активности в отношении других эпигенетических ферментов. Детальное понимание механизма эпигенетического действия вориностата будет способствовать его более адекватному использованию в терапии опухолей с аберрантным эпигенетическим профилем.

В настоящее время значительное повышение уровней внеклеточной ДНК (внДНК) в крови пациентов является общепризнанным маркером развития онкологических заболеваний. Несмотря на то что такая опухоль-ассоциированная внДНК хорошо изучена, ее биологические функции остаются невыясненными. В данной работе мы исследовали влияние внДНК, выделенной из сыворотки крови мышей с метастатической меланомой B16-F10, на поведение клеток меланомы B16-F10 in vitro. Было обнаружено, что состав внДНК мышей с меланомой значительно отличается от внДНК сыворотки крови здоровых мышей и по представленности онкогенов и мобильных генетических элементов (МГЭ) схож с геномной ДНК клеток B16. Показано, что внДНК из сыворотки крови мышей с меланомой проникала в клетки В16, вследствие чего в клетках увеличивалась представленность фрагментов онкогенов и МГЭ, и вызывала увеличение экспрессии мРНК Dnase1l3, кодирующего секретируемую ДНКазу, в 5 раз при отсутствии изменения экспрессии мРНК онкогенов Jun, Fos, Ras и Myc. ВнДНК здоровых мышей вызывала активацию экспрессии мРНК EndoG, кодирующего внутриклеточную регуляторную ДНКазу, и повышение в 4 раза экспрессии мРНК онкогенов Fos и Ras, являющихся триггерами большого числа сигнальных каскадов от ингибирования апоптоза до усиления пролиферации опухолевых клеток. Таким образом, очевидно, что циркулирующая внДНК способна проникать в клетки и, несмотря на то что не было обнаружено изменений на уровне жизнеспособности и миграционной активности опухолевых клеток, внДНК даже при однократном воздействии способна вызывать на клеточном уровне изменения, усиливающие онкогенность клеток-реципиентов.

Пиридоксаль-5′-фосфат (PLP), фосфорилированная форма витамина B6, является коферментом многочисленных реакций, включая те, что меняются и/или имеют прогностическое значение при раке. Вследствие высокой реакционной способности PLP, в том числе к клеточным белкам, предполагается, что он может напрямую передаваться от белков-доноров к использующим его акцепторам. Цель данной работы состоит в идентификации предполагаемого данной гипотезой интерфейса для связывания ограниченного числа доноров PLP, а именно пиридоксалькиназы (PdxK), пиридокс(ам)ин-5′-фосфатоксидазы (PNPO) и PLP-связывающего белка (PLPBP), множеством PLP-зависимых ферментов. Экспериментально подтвержденные комплексы между донорами и акцепторами PLP показывают взаимодействие PdxK и PNPO с наиболее представленными структурными типами акцепторов PLP (типы I и II), а PLPBP - с акцепторами редких структурных типов III и V. Общий мотив во множестве PLP-зависимых ферментов типов I и II определен путем выравнивания последовательностей и трехмерных структур экспериментально подтвержденных партнеров PdxK и PNPO. Мотив простирается от поверхности PLP-зависимых ферментов до центров связывания PLP и представлен поверхностной альфа-спиралью, частично скрытым бета-тяжом и неупорядоченными участками структуры. Патогенность мутаций ферментов человека в мотиве или рядом с ним, но вне активных центров подтверждает функциональное значение мотива, который может быть интерфейсом для переноса кофермента в комплексах PLP-зависимых ферментов с ферментами синтеза PLP. Специфические аминокислотных остатки этого общего мотива могут быть использованы для создания селективных ингибиторов доставки кофермента PLP-зависимым ферментам, критически важным для пролиферации опухолевых клеток.