Как известно, процесс образования раковой опухоли запускается на уровне генов: в клетке нарушается правильный баланс генной экспрессии, повышается транскрипция «опасных» генов и понижается транскрипция тех генов, которые должны были держать «опасные» гены «в руках». Получившиеся в результате транскрипции мРНК плывут в цитоплазму и там дают начало «опасным» белкам, которые заставляют клетку превратиться в раковую.

Вышеописанные процессы очень неплохо изучены на уровне транскрипции — хорошо известно, по какой причине начинается синтез мРНК для того или иного онкогена, какие его запускают транскрипционные факторы, чем его можно затормозить и так далее. Но у проблемы есть и еще один аспект — ведь в зависимости от некоторых обстоятельств онкогенная мРНК может подвергнуться очень сильной или очень слабой трансляции, таким образом столкнув клетку в пропасть злокачественного перерождения либо удержав ее на краю этой пропасти.

Для того чтобы изучить этот «трансляционный» аспект, необходимо подробно исследовать изменения в белковом синтезе при перерождении клетки в раковую и особое внимание уделить тем белкам, которые регулируют этот синтез. И один из главных таких белков — mTOR.

mTOR — это протеинкиназа, фермент, который занимается фосфорилированием белков. Фосфорилирование, то есть присоединение к одной из аминокислот белка фосфатной группы, — один из самых распространенных в клетке способов изменить поведение белка: «включить» его, «выключить», переместить в другой клеточный компартмент и так далее. mTOR фосфорилирует в основном белки, связанные с трансляцией; всего лишь фосфорилировав тот или иной свой субстрат, mTOR определяет, какие в клетке будут производиться белки, от чего напрямую зависит, что за процессы произойдут в этой клетке и — шире — какова будет ее судьба.

В норме работа mTOR регулирует прежде всего рост клетки и ее размножение. Это процессы очень тонкие, можно сказать «балансирующие на лезвии бритвы»: малейший перекос в одну сторону может привести к старению или смерти клетки, в другую — к ее бесконтрольному размножению и развитию раковой опухоли. Поэтому и слишком слабая, и, особенно, слишком «рьяная» работа mTOR очень опасна для организма. В частности, показано, что mTOR гиперактивен практически во всех случаях рака простаты (который является наиболее частым раком у мужчин) и при ряде других раков.

Рис. 1. Схема (вверху) и фотографии (внизу) нормальной простаты (самый левый столбик) и последовательных стадий образования рака простаты (правые столбики).CK8 и CK5 — люминальные (обращенные в просвет железы) и базальные (обращенные наружу) эпителиальные клетки соответственно. Видно, как раковые клетки заполняют собой просвет железы и прорастают в строму. Желтые треугольники показывают направление прорастания опухоли. Изображение из обсуждаемой статьи в Nature

Группа американских исследователей под руководством Давида Руггеро (Davide Ruggero) и Кристиана Роммеля (Christian Rommel) исследовала связь между активностью mTOR и развитием рака.

Первый этап исследований проводился на культуре клеток рака простаты PC3, в которых mTOR гиперактивирован. Ученые задались целью выяснить, на трансляцию каких именно белков влияет mTOR, и для этого провели «профилирование рибосом» (ribosome profiling) — изучили набор мРНК, которые в момент исследования участвовали в синтезе белков при подавлении работы mTOR (опыт) и в отсутствие подавления (контроль).

Для подавления работы mTOR авторы применили новый ингибитор — РР242. В отличие от «классического» ингибитора, рапамицина, изменяющего конформацию mTOR и нарушающего его связывание с белком-субстратом, РР242 предотвращает связывание mTOR с АТФ — донором фосфата — и значительно сильнее блокирует активность mTOR.

По сравнению с рапамицином, PP242 сильно уменьшал трансляцию 144 мРНК. В дальнейших исследованиях ученым удалось выявить некоторые особенности последовательности нуклеотидов, характерные для большинства из этих мРНК. По наличию или отсутствию в мРНК данной последовательности можно с большой вероятностью предсказать, будет ли ее трансляция регулироваться mTOR или нет.

Рис. 2. Классификация регулируемых mTOR мРНК. Видно, что второй по размеру является группа мРНК, связанная с прорастанием опухоли/метастазированием. 

Среди 144 мРНК, трансляция которых подавлялась под действием PP242, более половины составляли мРНК белков, принадлежащих к так называемому «аппарату трансляции», то есть тех, без которых трансляция пройти не может: мРНК рибосомальных белков (см. ribosomal protein), а также белков, необходимых для инициации трансляции и ее продолжения. Это понятно: mTOR, как регулирующий рост и размножение клетки белок, в принципе повышает общий уровень трансляции и особенно «старается» в раковых клетках. Но вот что особенно интересно и важно: следующей по размеру фракцией в «подавляемой» группе оказались мРНК генов, непосредственно связанных с прорастанием опухолей в здоровые ткани и их метастазированием (рис. 1). В последующих экспериментах исследователи подробнее изучили некоторые особенно важные гены, соответствующие мРНК из этой фракции (в работе они были названы «генами прорастания» — invasion genes), и их связь с активностью mTOR. Судя по результатам этих экспериментов, метастазирование в большой степени зависит от mTOR, и потому ингибирование этого белка может оказаться очень полезным при лечении раковой опухоли.

Источники информации:

http://elementy.ru

www.nature.com