Теперь исследователи из Медицинского института Говарда Хьюза (HHMI) Калифорнийского университета в Сан-Франциско определили и использовали недавно обнаруженную «ахиллесову пяту» в K-Ras. Слабым местом является недавно обнаруженный «карман» или сайт связывания, идентифицированный исследователем HHMI Кеваном М. Шокатом и его коллегами. Шокат и его команда разработали химическое соединение, которое помещается в этот карман и подавляет нормальную активность мутантного K-Ras, но оставляет нормальный белок нетронутым.
«K-Ras считается наиболее важным онкогеном при раке и широко считается« не поддающимся лечению », — сказал Шокат. «Мы сообщаем об обнаружении нового кармана на K-Ras, в который можно вводить наркотики. Мы считаем, что это имеет реальные последствия для пациентов».
В исследовательской статье, опубликованной 20 ноября 2013 года в журнале Nature, команда Шоката описывает новое химическое соединение, которое помещается в ранее неизвестный карман в K-Ras и мешает функционированию фермента. Белки Ras представляют собой небольшие ферменты GTPase, которые передают сигналы внутри клеток. Они имеют решающее значение для клеток из-за центральной роли, которую они играют в росте и выживании клеток.Название Ras также относится к семейству генов, кодирующих эти белки.
Один из этих генов, K-Ras, который был открыт почти 30 лет назад, мутирует в 30 процентах опухолей человека, включая 90 процентов рака поджелудочной железы, 40 процентов рака толстой кишки и 20 процентов немелкоклеточного рака легких. Раковые опухоли с мутациями Ras агрессивны и плохо поддаются стандартной терапии.Несмотря на неудачи в нацеливании на мутантные гены Ras, Национальный институт рака (NCI) недавно подчеркнул непреходящую важность этой неуловимой лекарственной мишени, объявив о целенаправленных усилиях в размере 10 миллионов долларов, получивших название проекта RAS, для объединения исследователей для разработки новых идей по блокированию Ras. Проект направлен на стимулирование разработки новых лекарств или методов лечения для больных раком.
Команда Shokat HHMI, которая не является частью инициативы NCI, начала всерьез работать над Ras около шести лет назад. Используя свой опыт в области химии, Шокат и два члена команды — Ульф Петерс, научный сотрудник, и Джонатан Острем, доктор медицинских наук, набросали некоторые ранние идеи для нового класса лекарств, которые подавляют мутантов Ras. «Некоторые из ранних стратегий не сработали», — сказал он. «Нам пришлось разработать новый вид экрана, и это в конечном итоге привело к прогрессу в разработке этого нового ингибитора».Шокат говорит, что они сделали несколько вещей по-другому, определяя масштаб своей атаки.
Они сфокусировались на узких кругах, помня о стратегиях, которые не помогли другим ученым. Они также решили изучить тип мутанта K-Ras под названием G12C (от глицина-12 до цистеина), мутант K-Ras, распространенный примерно у семи процентов пациентов с раком легких. (Ген K-Ras мутирует в 20% случаев рака легких, а G12C является наиболее частой мутацией K-Ras.)
Эта мутация вызывает замену аминокислоты цистеина на глицин в положении 12 в белке K-Ras. Важно отметить, что этот цистеин находится в месте, критическом для нормальной функции Ras.
Еще одним отходом от предыдущих усилий, Шокат и его коллеги не пытались нацелить на версии Ras, которые имели мутации в аминокислотах аспартат и валин, которые относительно распространены и, следовательно, на них ранее сосредоточили свое внимание многие ученые.Вместо этого они выбрали мутанты G12C, потому что эти мутанты Ras повлияли на большую популяцию пациентов с раком легких и колоректального рака (более 20000 новых пациентов ежегодно только в США) и потому, что у них была замена цистеина.Шокат говорит, что присутствие этого цистеина передало определенные химические свойства, которые дали его команде уникальные возможности для разработки лекарств.
Цистеин уникален среди 20 природных аминокислот по способности образовывать ковалентные связи. Чаще всего связи образуются между двумя цистеинами для стабилизации структуры белка, но если присутствует свободный цистеин, как в G12C K-Ras, специально разработанное лекарство может образовывать связь с цистеином.«Все остальные (разрабатывающие стратегии создания лекарств) думали, что им нужно преследовать всех мутантов Ras», — говорит Шокат. «Мы искали то, чего еще никто не делал, и выбрали именно эту мутацию из-за ее химических свойств».
За трехлетний период команда разработала предварительный скрининг с более чем 500 химическими соединениями, чтобы выяснить, могут ли они идентифицировать одно, которое могло бы ковалентно связываться и «связываться» с K-Ras G12C. Их исследования привели к идентификации мощного ингибитора K-Ras.
Чтобы получить лучшее представление о том, как это соединение взаимодействует с K-Ras, ученые решили кристаллические структуры соединения, связанного с K-Ras. Когда они изучили данные, Шокат и его команда обнаружили ранее не описанный карман на поверхности K-Ras рядом с остатком цистеина. «Этот карман новый, — говорит Шокат. «Никто не нашел его раньше».
В ходе дальнейшего исследования они обнаружили, что соединение взаимодействует с Ras таким образом, что оно изменяет его естественное сродство к субстрату GTP, но не к GDP. «Одним из наиболее важных аспектов этого является то, что эта небольшая молекула ингибирует только мутантный K-Ras, а не нормальный белок», — говорит Шокат.