محققان دانشگاه استنفورد مولکولی دو بخشی را توسعه داده‌اند که یک محرک اصلی لنفوم سلول B را علیه سلول‌های سرطانی که به آن وابسته هستند، تغییر می‌دهد. درمان دو بار در روز با این ترکیب آزمایشی باعث از بین رفتن تومورهای لنفوم تهاجمی در موش‌ها در عرض 11 روز شد.
این کار، استراتژی‌ای را پیش می‌برد که تیم تحقیقاتی سال‌هاست روی آن کار می‌کند. به جای صرفاً خاموش کردن پروتئینی که باعث سرطان می‌شود، دانشمندان مولکولی کوچک طراحی کرده‌اند که آن را به پروتئینی متصل می‌کند که قادر به فعال کردن برنامه مرگ سلول است. محققان معتقدند که این نوع بازآرایی مولکولی در نهایت می‌تواند کاربردهایی فراتر از لنفوم، از جمله سایر سرطان‌ها و برخی از بیماری‌های خودایمنی داشته باشد.
جرالد کربتری، پزشک و استاد پاتولوژی و زیست‌شناسی تکاملی، گفت: «ما سعی می‌کنیم اساساً با علت سرطان مبارزه کنیم - با گرفتن نیروی محرکه سرطان و سپس بازآرایی آن برای فعال کردن مکانیسم‌های مرگ سلولی.»
کربتری نویسنده ارشد مشترک این مطالعه است که در Cell منتشر شده است. ناتانیل گری، دکترای شیمی و زیست‌شناسی سیستم‌ها، استیون هین‌شو، دکترای فیزیولوژی سلولی و مولکولی و مایکل گرین، مدیر تحقیقات ترجمه‌ای و آزمایشگاهی، لنفوم/میلوما در مرکز سرطان MD Anderson نیز نویسندگان ارشد مشترک هستند. مریدیت نیکس، دانشجوی دکترا و سای گوری‌سانکار، دکترای پژوهشگر پسادکتری، نویسندگان اصلی این تحقیق هستند.
چگونگی کمک BCL6 به بقای سلول‌های لنفوم
لنفوم سلول بزرگ B منتشر شایع‌ترین نوع لنفوم غیر هوچکین، نوعی سرطان خون است. در بسیاری از موارد، این بیماری توسط پروتئینی به نام BCL6 ایجاد می‌شود.
در سلول‌های ایمنی سالم، BCL6 به DNA متصل می‌شود و به طور موقت ژن‌هایی را که به طور معمول رشد سلول را متوقف می‌کنند یا مرگ سلول را آغاز می‌کنند، خاموش می‌کند. این سرکوب موقت به سلول‌های ایمنی زمان می‌دهد تا در طول پاسخ ایمنی تکثیر شوند.
هنگامی که تهدید ایمنی از بین می‌رود، پروتئین‌های دیگری BCL6 را تغییر می‌دهند تا دیگر نتواند آن ژن‌ها را خاموش کند. سلول‌های ایمنی اضافی سپس می‌توانند از طریق آپوپتوز، نوعی مرگ برنامه‌ریزی شده کنترل‌شده که به بدن اجازه می‌دهد سلول‌های غیرضروری، آسیب‌دیده یا سرطانی را بدون ایجاد التهاب یا آسیب رساندن به بافت‌های مجاور از بین ببرد، بمیرند.
مشکل زمانی ایجاد می‌شود که BCL6 به طور دائم فعال بماند. در سلول‌های لنفوم، این پروتئین می‌تواند در موقعیت «روشن» گیر کند و به طور مداوم ژن‌های مرتبط با مرگ را سرکوب کرده و به سلول‌های سرطانی اجازه می‌دهد به تکثیر خود ادامه دهند.
کربتری، گری و همکارانشان می‌خواستند چیزی فراتر از صرفاً حذف آن سرکوب انجام دهند. هدف آن‌ها این بود که آن ژن‌های مرتبط با مرگ را به حالت بسیار فعالی برانگیزند. برای دستیابی به این هدف، آن‌ها به تکنیکی به نام مجاورت القایی شیمیایی روی آوردند که از اتصالات شیمیایی برای به هم رساندن مولکول‌هایی استفاده می‌کند که به طور معمول فقط به ندرت، اگر اصلاً با یکدیگر تعامل دارند.
مولکولی دو طرفه پروتئین سرطان را بازآرایی می‌کند
محققان مولکولی به نام TCIP3 ایجاد کردند که تا حدودی شبیه کلیدی دو طرفه عمل می‌کند.
نیک توضیح داد: «یک طرف به BCL6 متصل می‌شود. طرف دیگر به هر یک از دو پروتئین به نام‌های P300 و CBP متصل می‌شود که برچسب‌های شیمیایی به نام نشانه‌های استیل را روی پروتئین‌های مجاور اضافه می‌کنند.»
هنگامی که یک نشان استیل به BCL6 اضافه می‌شود، پروتئین توانایی خود را در سرکوب ژن‌های مرگ سلولی پایین‌دستی از دست می‌دهد. P300 و CBP همچنین نشانه‌های استیل را روی هیستون‌های مجاور قرار می‌دهند، ساختارهایی که به بسته‌بندی DNA در داخل سلول‌ها کمک می‌کنند. آن تغییرات باعث می‌شوند هیستون‌ها چنگ خود را روی DNA شل کنند و دسترسی به عوامل رونویسی مورد نیاز برای روشن کردن ژن‌ها را باز کنند.
این اثر با داروهای موجودی که با مسدود کردن یا تخریب BCL6 آن را هدف قرار می‌دهند، متفاوت است.
نیک گفت: «ما فقط سرکوب ناشی از BCL6 را از بین نمی‌بریم. ما همچنین به طور فعال بیان این ژن‌های مرگ سلولی را افزایش می‌دهیم، به همین دلیل است که می‌توانیم ترکیبات بسیار قوی به دست آوریم.»
چرا TCIP3 مانند «چسب مولکولی» عمل می‌کند
برای بررسی اینکه چرا TCIP3 بسیار مؤثر بود، محققان این ترکیب را در سطح اتمی بررسی کردند. آن‌ها کمپلکس مولکولی را کریستالی کردند و آن را در معرض اشعه ایکس قرار دادند - که به آن‌ها اجازه داد دقیقاً ببینند که TCIP3 چگونه پروتئین‌ها را به هم متصل می‌کند.
تجزیه و تحلیل ساختاری ویژگی غیرمنتظره‌ای را نشان داد. هنگامی که TCIP3 پروتئین‌ها را به هم نزدیک کرد، آن‌ها چندین تماس شیمیایی اضافی با یکدیگر تشکیل دادند. آن تعاملات به تثبیت کل کمپلکس کمک کردند و اثر مولکول ترکیبی را فراتر از آنچه محققان در ابتدا انتظار داشتند، تقویت کردند.
گوری‌سانکار گفت: «ما از مطالعات ساختاری و اندازه‌گیری‌های فیزیکی زیستی برای تعیین اینکه TCIP3 به عنوان نوعی چسب مولکولی عمل می‌کند، پروتئین‌ها را در کنار هم لنگر می‌اندازد، استفاده کردیم.»
با استفاده از آن اطلاعات ساختاری، شیمی‌دانان توانستند اتصال بین دو نیمه مولکول را سفت‌تر کنند. این به حفظ تعاملات مطلوب کمک کرد به جای اینکه مولکول انعطاف‌پذیر شود و انرژی خود را از دست بدهد. ترکیب TCIP3 حاصل سلول‌های لنفوم کشت شده در آزمایشگاه را در غلظت‌های بسیار پایین کشت.
تومورهای لنفوم در موش‌ها ناپدید شدند
سپس تیم TCIP3 را در موش‌هایی که با سلول‌های لنفوم انسانی کاشته شده بودند، آزمایش کرد. پس از اجازه دادن به سلول‌ها برای ایجاد تومور، محققان حیوانات را دو بار در روز با TCIP3 درمان کردند.
نیک گفت: «تا روز یازدهم، تومورهایی که با TCIP3 درمان شده بودند، کاملاً از بین رفته بودند، در حالی که تومورها در حیوانات کنترل باقی ماندند.»
موش‌های درمان شده هیچ علامت آشکاری از سمیت نشان ندادند و آزمایش خون افزایش علائم التهابی را نشان نداد. در عین حال، TCIP3 مراکز ژرمینال - خوشه‌هایی از سلول‌های ایمنی که به سرعت تقسیم می‌شوند و به شدت به BCL6 وابسته هستند و نماینده همان سلول‌هایی هستند که در لنفوم غیرطبیعی می‌شوند - را نیز از بین می‌برد.
این اثر به کاربرد احتمالی دیگری برای این فناوری اشاره کرد. سلول‌های مرکز ژرمینال همچنین نقش مهمی در برخی از بیماری‌های خودایمنی، از جمله آرتریت روماتوئید و میآستنی گراویس دارند. به دلیل آن ارتباط، محققان فکر می‌کنند که مولکول‌های مشابه TCIP3 می‌توانند در نهایت به عنوان درمان برای آن شرایط نیز مورد بررسی قرار گیرند.
استراتژی گسترده‌تری برای برنامه‌ریزی مجدد سرطان
TCIP3 هنوز برای استفاده در انسان آماده نیست. این ترکیب هنوز به پالایش شیمیایی بیشتری نیاز دارد و باید در گونه‌های حیوانی بیشتری آزمایش شود قبل از اینکه محققان بتوانند در نظر بگیرند که به آزمایش‌های بالینی انسانی بروند.
با این حال، استراتژی گسترده‌تر ممکن است پتانسیل گسترده‌ای داشته باشد. محققان در حال استفاده از مولکول‌های دو سر یا دو طرفه برای تغییر مسیر فعالیت پروتئین‌های ایجاد کننده سرطان به جای صرفاً مسدود کردن آن‌ها هستند. آن‌ها اکنون به دنبال پروتئین‌های دیگری هستند که باعث سرطان می‌شوند و می‌توانند در برابر همان نوع تطبیق مولکولی آسیب‌پذیر باشند.
نیک گفت: «این می‌تواند رویکرد قدرتمندی برای مقابله با سرکوب‌کننده‌های مرگ سلولی دیگر یا عوامل رونویسی که کنترل ژن‌هایی را که می‌خواهیم در سرطان فعال کنیم، داشته باشد.»
محققانی از مرکز سرطان MD Anderson و پلتفرم کشف دارو مبتنی بر هوش مصنوعی Deep Origin در این مطالعه مشارکت داشتند.
این مطالعه توسط موسسه ملی بهداشت (گرنت‌های CA276167، CA163915، R01CA3044298، MH126720-01، S10OD028697-01، R01CA201380 و 1K99CA296700-01)، موسسه هوارد هیوز پزشکی، بنیاد مری کی، بنیاد ویلیامز، صندوق خانواده ویکتور، اد و بیتریس شوایزر، بورس تحصیلی بین رشته‌ای دیوید ال. سز و کاتلین دوناهو و بورس تحصیلی پیش‌دکتری در کشف دارو از بنیاد PhRMA تأمین مالی شد.
کربتری بنیانگذار و مشاور علمی Shenandoah Therapeutics است که دارای مجوز فناوری TCIP توصیف شده در این مطالعه از دانشگاه استنفورد است. گری بنیانگذار، مشاور علمی و عضو هیئت مدیره Shenandoah Therapeutics است.
منبع: پزشکی استنفورد