Блокировка белка VPS34 усиливает иммунотерапию нейробластомы

Высокорисковая нейробластома представляет собой одну из наиболее агрессивных форм солидных опухолей у детей, развивающуюся в нервной системе. Несмотря на то, что новые классы таргетных иммунопрепаратов повысили показатели выживаемости, согласно данным Американского онкологического общества, раковые клетки способны скрываться от иммунной системы пациента. Это приводит к рецидивам заболевания или формированию устойчивости к лечению.

Команда ученых из Медицинского колледжа Пенсильванского университета разработала новую стратегию разоблачения таких клеток. Результаты исследования опубликованы в журнале Autophagy. Эксперименты на клеточных культурах и моделях мышей показали, что блокирование единственного белка PIK3C3/VPS34 увеличивает концентрацию молекулы-мишени GD2 на поверхности опухолевых клеток, тем самым усиливая действие анти-GD2 иммунопрепаратов.

Механизм действия и роль GD2

Моноклональные антитела представляют собой лабораторные белки, спроектированные для распознавания и связывания с конкретной мишенью. Они прикрепляются к GD2 на мембране tumor cells, маркируя их для уничтожения собственными иммунными клетками организма. Повышение уровня GD2 делает опухоль более заметной и уязвимой для терапии, а также создает враждебную среду вокруг новообразования, препятствующую его росту.

Хун-Ган Ван, профессор педиатрии имени Лоис Хай Берстлер и сотрудник кафедры клеточных и биологических систем, отметил ключевую роль VPS34 в выживании нейробластомы и ее ответе на лечение. По его словам, существует потенциальный путь повышения эффективности препаратов динутуксимаба и накситумаба за счет использования лекарств, нацеленных на VPS34, однако требуются дальнейшие исследования.

«Реальность такова, что мы пытаемся понять, как воздействовать на клетки нейробластомы через несколько путей для получения большей терапевтической выгоды», — заявил Ван. Он добавил, что ингибирование VPS34 не только усиливает анти-GD2 терапию, но и независимо делает опухолевые клетки более обнаружимыми и уязвимыми.

Аутофагия и транспорт внутри клетки

VPS34 был впервые обнаружен десятилетия назад в дрожжевых клетках как фермент, участвующий в сортировке и транспорте белков к клеточной мембране и обратно. Позже этот белок стал известен благодаря второй функции — аутофагии, процессу переработки собственных питательных веществ для выживания в условиях стресса. Именно эта функция сделала VPS34 важной мишенью для исследователей рака.

Гипотеза команды основывалась на связи аутофагии с выживанием опухолевых клеток и иммунным ответом. Быстрорастущие опухоли создают условия, при которых клетки, удаленные от кровоснабжения, испытывают стресс и полагаются на аутофагию. Кроме того, этот процесс позволяет опухолям расщеплять вещества, способные спровоцировать атаку иммунитета.

Цзявэнь Чжан, докторант по биомедицинским наукам, пояснил: «Ранее мы обнаружили, что блокирование аутофагии на любой стадии подавляет рост опухоли независимо от наличия иммунного ответа. Однако эффективность была выше в моделях с работающей иммунной системой, что указывает на возможное стимулирование атаки на опухоль».

Экспериментальные данные и комбинация терапий

В ходе текущей работы ученые выявили сильную связь между ингибированием VPS34 и ростом эффективности анти-GD2 терапии, хотя механизмы оказались неожиданными. В лабораторных условиях, где клетки имеют достаточно кислорода и питательных веществ и меньше зависят от аутофагии, блокирование VPS34 приводило к гибели опухолевых клеток даже без применения иммунопрепаратов.

Метод проточной цитометрии показал резкое увеличение количества GD2 на поверхности клеток после блокирования белка. Индивидуальные клетки пропускались через лазер, который идентифицировал «более яркие» объекты с высокой концентрацией маркера. Блокирование VPS34 увеличивало общее количество GD2 в клетке, но диспропорционально повышало его долю именно на внешней мембране.

Самым значимым открытием стало то, что ингибирование VPS34 увеличило презентацию GD2, делая опухоль более видимой для антител, подчеркнул Ван. Контрольные эксперименты с блокированием другого белка, ATG14, партнера VPS34 в процессе аутофагии, при сохранении функций самого VPS34, привели к драматическому снижению эффекта на GD2. Это указало на важность первоначально открытой роли VPS34 — эндолизосомального транспорта материалов к разным пунктам назначения внутри клетки.

На модели мышей targeting ATG14 и других генов аутофагии привел к плохому росту опухолей. Две функции VPS34 — аутофагия и транспорт — вероятно, работают согласованно, помогая раковым клеткам выживать. Комбинация ингибиторов VPS34 с моноклональными антителами превзошла результаты каждого метода по отдельности.

Чжан объяснил, что «яркие» клетки с повышенным уровнем GD2 становились мишенями не только для антител, но и для натуральных киллеров (NK-клеток), связывающихся с этими антителами. NK-клетки выделяют перфорин, создающий отверстия в мембране раковых клеток, и гранзимы, которые проникают через эти отверстия и запускают гибель клетки. В экспериментах на клетках и мышах рост опухоли был значительно подавлен, а выживаемость животных улучшилась.

Перспективы клинического применения

Высокие уровни GD2 также наблюдаются при меланоме и остеосаркоме, однако анти-GD2 иммунопрепараты одобрены для стандартного лечения только при нейробластоме. Ван допустил возможность тестирования этой стратегии на других типах опухолей с высоким содержанием поверхностного GD2.

Ингибиторы VPS34 пока ограничены доклиническими исследованиями из-за проблем с побочными эффектами на живых организмах. Ученый выразил надежду, что данная работа побудит научное сообщество рассматривать VPS34 как важную мишень и ускорить разработку препаратов для дополнения анти-GD2 терапии.

«В настоящее время отсутствует клинический препарат против VPS34. Мы предоставляем доклинические доказательства и обоснование того, что после создания лучших ингибиторов VPS34 их комбинация с анти-GD2 может стать важной стратегией лечения нейробластомы», — заключил Ван.

В работе также приняли участие Лонггуи Чен, техник-исследователь; Тодд Д. Шелл, профессор клеточных и биологических систем; Жизель Солнье Шоллер, держатель стипендии Four Diamonds и профессор педиатрии; Владимир Шпигельман, держатель стипендии THON и профессор педиатрии; Ёсинори Такахаши, доцент педиатрии и клеточных систем; а также Сяомин Лю, ранее работавший над исследованием как докторант.