Биоинженерный фермент полностью останавливает рост раковых опухолей

Злокачественные новообразования растут быстро только при хорошем «питании». Это заставляет онкологов постоянно думать над тем, как бы посадить опухоли на голодный паёк. Зная, что раковые клетки потребляют значительно больше метионина, чем их здоровые экс-родственники, учёные создали новый фермент, способный эффективно разлагать эту аминокислоту.

В экспериментах на мышах использование синтетического протеина привело к полной остановке роста агрессивных раковых опухолей. Отчёт об этом можно найти в журнале ACS Chemical Biology.

Давно и хорошо известно, что ограничение доступа к метионину позволяет справиться с бесконтрольным ростом опухолей. Идея не нова; более того, у неё уже было вполне реальное воплощение. Фермент метионин-гамма-лиаза (MGL), производимый почвенной бактерией Pseudomonas putida, специализируется на эффективном разрушении метионина. При его внутривенном введении грызунам и приматам наблюдалось резкое падение уровня аминокислоты в крови, а раковые опухоли прекращали развиваться. Таким образом, практическая значимость идеи была полностью обоснована…

…Но, к сожалению, фермент бактериального происхождения вызывал особенно резкую иммунную реакцию у приматов, что автоматически исключало белок из списка потенциальных лекарств. Кроме того, время полураспада фермента в сыворотке крови человека едва достигает двух часов, что потребовало бы использования огромных доз препарата для достижения хотя бы минимального положительного эффекта. Очевидно, что «человеческий» аналог бактериального MGL был бы значительно лучшим кандидатом на звание противоракового средства будущего. Но тут есть одна проблема, совсем небольшая: такого аналога не существует (чем радостно пользуются раковые клетки).

Что ж, как сказал когда-то дедушка Мичурин, мы не имеем права ждать милости от природы. В качестве отправной точки в работе по созданию такого аналога был выбран родственный MGL фермент человека цистатионин-гамма-лиаза (CGL). Эти ферменты катализируют схожие химические превращения и имеют очень похожее строение. Кроме того, CGL живёт в сыворотке нашей крови неизмеримо дольше, чем чуждый ей MGL. Сравнив последовательности обоих ферментов, учёные из Техасского университета в Остине (США) пришли к выводу, что для создания необходимых условий связывания CGL-фермента с метионином необходимо сделать активный центр этого фермента более гидрофобным. В отличие от молекулы цистатионина, с которой CGL связывается в естественных условиях, молекула метионина значительно более гидрофобна.

Для проведения желаемой модификации активного центра были созданы около 2 тыс. мутантных версий фермента CGL, которые затем соревновались, кто быстрее конвертирует метионин в метилмеркаптан и α-кетобутират. Мониторинг реакции осуществлялся добавлением к ней гидразона 3-метилбензотиазолин-2-она, взаимодействующего с α-кетобутиратом с образованием продукта, поглощающего в УФ-области. В результате был выбран самый эффективный фермент, который отличался от исходного всего на три аминокислоты, со временем полураспада в сыворотке крови, равным 78 часам.

Чтобы оценить эффективность действия нового фермента на раковые опухоли, учёные провели серию внутривенных инъекций мышам (трижды в неделю в течение четырёх недель). В экспериментах участвовали опухоли нервных клеток человека (наиболее быстро развивающийся тип рака), вживлённые грызунам. И вот результаты: концентрация метионина в крови зверьков, которая в начале эксперимента составляла 124 мкМ, упала до 6 мкМ; раковые опухоли у мышей контрольной группы за отчётный период выросли в 3–4 раза (!), а у их собратьев по несчастью, получавших новый метионин-разрушающий фермент, размер опухолей не изменился. Словом, результат более чем поразительный.

Подготовлено по материалам Chemical & Engineering News.

Злокачественные новообразования растут быстро только при хорошем «питании». Это заставляет онкологов постоянно думать над тем, как бы посадить опухоли на голодный паёк. Зная, что раковые клетки потребляют значительно больше метионина, чем их здоровые экс-родственники, учёные создали новый фермент, способный эффективно разлагать эту аминокислоту.

В экспериментах на мышах использование синтетического протеина привело к полной остановке роста агрессивных раковых опухолей. Отчёт об этом можно найти в журнале ACS Chemical Biology.

Давно и хорошо известно, что ограничение доступа к метионину позволяет справиться с бесконтрольным ростом опухолей. Идея не нова; более того, у неё уже было вполне реальное воплощение. Фермент метионин-гамма-лиаза (MGL), производимый почвенной бактерией Pseudomonas putida, специализируется на эффективном разрушении метионина. При его внутривенном введении грызунам и приматам наблюдалось резкое падение уровня аминокислоты в крови, а раковые опухоли прекращали развиваться. Таким образом, практическая значимость идеи была полностью обоснована…

…Но, к сожалению, фермент бактериального происхождения вызывал особенно резкую иммунную реакцию у приматов, что автоматически исключало белок из списка потенциальных лекарств. Кроме того, время полураспада фермента в сыворотке крови человека едва достигает двух часов, что потребовало бы использования огромных доз препарата для достижения хотя бы минимального положительного эффекта. Очевидно, что «человеческий» аналог бактериального MGL был бы значительно лучшим кандидатом на звание противоракового средства будущего. Но тут есть одна проблема, совсем небольшая: такого аналога не существует (чем радостно пользуются раковые клетки).

Что ж, как сказал когда-то дедушка Мичурин, мы не имеем права ждать милости от природы. В качестве отправной точки в работе по созданию такого аналога был выбран родственный MGL фермент человека цистатионин-гамма-лиаза (CGL). Эти ферменты катализируют схожие химические превращения и имеют очень похожее строение. Кроме того, CGL живёт в сыворотке нашей крови неизмеримо дольше, чем чуждый ей MGL. Сравнив последовательности обоих ферментов, учёные из Техасского университета в Остине (США) пришли к выводу, что для создания необходимых условий связывания CGL-фермента с метионином необходимо сделать активный центр этого фермента более гидрофобным. В отличие от молекулы цистатионина, с которой CGL связывается в естественных условиях, молекула метионина значительно более гидрофобна.

Для проведения желаемой модификации активного центра были созданы около 2 тыс. мутантных версий фермента CGL, которые затем соревновались, кто быстрее конвертирует метионин в метилмеркаптан и α-кетобутират. Мониторинг реакции осуществлялся добавлением к ней гидразона 3-метилбензотиазолин-2-она, взаимодействующего с α-кетобутиратом с образованием продукта, поглощающего в УФ-области. В результате был выбран самый эффективный фермент, который отличался от исходного всего на три аминокислоты, со временем полураспада в сыворотке крови, равным 78 часам.

Чтобы оценить эффективность действия нового фермента на раковые опухоли, учёные провели серию внутривенных инъекций мышам (трижды в неделю в течение четырёх недель). В экспериментах участвовали опухоли нервных клеток человека (наиболее быстро развивающийся тип рака), вживлённые грызунам. И вот результаты: концентрация метионина в крови зверьков, которая в начале эксперимента составляла 124 мкМ, упала до 6 мкМ; раковые опухоли у мышей контрольной группы за отчётный период выросли в 3–4 раза (!), а у их собратьев по несчастью, получавших новый метионин-разрушающий фермент, размер опухолей не изменился. Словом, результат более чем поразительный.

Подготовлено по материалам Chemical & Engineering News.