Чтобы расти, раковые опухоли должны захватить иммунную систему для своих нужд. Один из главных трюков, который используют большинство опухолей, — это манипулирование типом иммунных клеток, называемых макрофагами, заставляя их защищать опухоль от остальной части иммунной системы, привлекать кровеносные сосуды и помогать раку распространяться на другие ткани.
Исследователи из лаборатории профессора Идо Амита в Институте Вейцмана использовали самые современные технологии редактирования генов, а также технологии отдельных клеток и искусственного интеллекта, чтобы определить главный переключатель, который превращает макрофаги в помощников в борьбе с раком.
На основе этого открытия команда разработала новую терапию, которая показала свою эффективность на мышах с опухолями мочевого пузыря, одним из наиболее распространенных типов рака у людей, для которого в настоящее время доступны лишь ограниченные терапевтические инновации. Открытие представлено в статье, опубликованной в журнале Cancer Cell.
«Макрофаги — это чрезвычайно универсальные клетки, своего рода «швейцарский нож» иммунной системы, способные активировать множество типов функций для различных задач и в различных ситуациях», — объясняет Амит.
Эти клетки обладают потенциалом быть высокоэффективными эрадикаторами рака, которые могут выполнять множество противоопухолевых функций, таких как стимулирование противоракового воспаления или оповещение остальной части иммунной системы об опасностях, которые представляют собой опухолевые клетки. Именно по этой причине большинству солидных раков необходимо переманить макрофаги на свою сторону, чтобы развиться.
«Таким образом опухоли защищают себя от «плохой» стороны макрофагов, а также включают функции макрофагов, которые помогают им расти, например, подавляют активность других типов иммунных клеток и стимулируют рост кровеносных сосудов для снабжения опухоли кислородом», — говорят ученые.
Действительно, недавние исследования выявили сильную связь между режимом активации макрофагов опухоли — борются ли эти клетки с опухолью или помогают ей расти — и выживаемостью онкологических пациентов. Учитывая эту значимость, многие исследования искали способы перепрограммирования макрофагов обратно в их противораковый режим.
«Эти усилия провалились, потому что они разделили макрофаги на две очень общие категории — проопухолевые и противоопухолевые», — говорит Амит. «Сегодня мы знаем, что эта категоризация упускает большую часть сложности функции макрофагов».
Новое исследование под руководством Фади Шебана использовало более тонкий подход к анализу функций макрофагов. «Мы начали исследование с анализа наборов данных макрофагов из образцов человеческих опухолей и изучения множества различных функций этих клеток», — говорит Шебан. «Этот анализ позволил нам идентифицировать 120 генов, предположительно играющих роль в активации различных проопухолевых функций макрофагов».
Следующим шагом стала разработка системы, способной скрининговать эти 120 потенциальных ролевых генов, чтобы идентифицировать гены, которые наиболее важны для способности опухоли захватывать активность макрофагов. Амит и его команда полагались на свои передовые технологии отдельных клеток, способные изучать клеточную функцию с разрешением отдельных клеток, в сочетании с редактированием генов CRISPR-Cas9.
Комбинированная технология дала им возможность удалять отдельные гены макрофагов в одном макрофаге, один за другим, из списка подозреваемых генов и наблюдать, как это изменяет свойства и функцию макрофага на уровне одной клетки.
«Используя нашу недавно разработанную платформу, мы смогли изучить влияние всех 120 предполагаемых генов на функцию отдельных клеток макрофагов. Эта фаза исследования включала секвенирование в общей сложности более 100 000 отредактированных клеток макрофагов», — говорит Шебан.
Результатом стал подробный набор данных о том, как различные регуляторные переключатели активируют или дезактивируют различные функции макрофагов. «Это был полный беспорядок. Сначала мы не могли сказать, какие гены были самыми важными и какую активность макрофагов они контролировали», — вспоминает Шебан.
Чтобы осмыслить эмпирические данные, Амит и команда использовали инструмент глубокого обучения, разработанный коллегой по кафедре профессором Ниром Йосефом. Инструмент, названный MrVI, упростил данные в функциональную карту, показывающую как то, как различные регуляторные переключатели, каждый из которых представлен точкой на карте, влияют на функции макрофагов, так и то, насколько схожи эффекты различных регуляторов друг с другом.
«Используя MrVI, мы смогли понять, какие делеции генов изменили функции макрофагов таким образом, что они начали бороться с опухолью», — говорит Шебан.
Один ген, называемый Zeb2, выделялся на карте, поскольку он полностью модифицировал поддерживающую опухоль активность макрофагов. Этот ген никогда ранее не изучался в макрофагах опухолей. «Мы поняли, что макрофаг с Zeb2 активирует все проопухолевые функции и дезактивирует все противоопухолевые программы, и что подавление этого гена достигает полной противоположности», — добавляет Шебан. «Другими словами, мы нашли главный переключатель для перепрограммирования макрофагов, чтобы они могли бороться с раком».
Более глубокое исследование гена показало, что белок, кодируемый Zeb2, работает, изменяя физическую структуру генома, известную как эпигеном, тем самым определяя, какие другие гены будут «открыты», то есть доступны для трансляции в белки, а какие будут неактивными, или «закрытыми». «Zeb2 открывает все проопухолевые гены в макрофагах и закрывает все противоопухолевые гены. Удалив его, мы можем получить противоположный эффект», — говорит Шебан.
Эксперименты, проведенные на культуре тканей и на мышах, показали, что подавление Zeb2 переводит макрофаги в противоопухолевый режим. «Мы также провели еще один анализ данных, полученных от пациентов-людей, и обнаружили, что у пациентов с высокой экспрессией Zeb2 гораздо выше риск развития более агрессивного рака».
Следующим шагом было попытаться превратить это открытие в потенциальную терапию. Для этого Амит и его команда сотрудничали с профессором Марцином Кортылевски из Национального медицинского центра «Город надежды» в Калифорнии, США, который разработал уникальную молекулу ДНК, предназначенную для прикрепления к макрофагам и поглощения ими.
«Мы использовали эту молекулу в качестве приманки и соединили ее с небольшой молекулой РНК-глушителя. После поглощения макрофагом молекула РНК специально глушит ген Zeb2», — объясняет Шебан. Исследователи использовали эту недавно разработанную молекулу для лечения мышей с раком мочевого пузыря: они вводили молекулу в область опухоли и обнаружили, что терапия перепрограммировала макрофаги на борьбу с опухолью, и опухоли значительно уменьшились.
«Теперь цель — превратить этот подход в новое лечение рака для людей», — резюмирует Амит. «Наше исследование также продемонстрировало, как передовые технологии могут обеспечить глубокое, высокоточное понимание того, как различные игроки иммунной системы функционируют при различных заболеваниях, и как это понимание может стать основой новых методов лечения для пациентов».
Иллюстрация к статье:
материал med2.ru
Загрузка...
