Подходы к лечению глиом с мутацией в генах семейства IDH

Мутации в гене IDH1, и значительно реже в IDH2, были обнаружены в глиомах только в 2008 г. Первые два доклинических испытания с использованием клеток глиомы больного  с мутантным IDH1, опубликованы в мае и сентябре 2013 г. Проспективных исследований по глиоме, стратифицированной на дикий и мутантный IDH1, не проводилось. Только два проспективных клинических исследования учитывали мутационный статус IDH для окончательного анализа. Таргетная антиIDH1-терапия до недавнего времени вообще не оценивалась.

Проспективное исследование — это исследование, в котором выделенную по определенным признакам группу людей (когорту) составляют в настоящем и наблюдают их в будущем.

В этом разделе мы рассмотрим различные стратегии к терапии (не только злокачественных) глиом с мутацией в генах IDH.

Окислительный стресс

Есть все основания считать, что опухоли из клеток с мутантным IDH1 особо чувствительны к окислительному стрессу, вызванному свободными радикалами (активными формами кислорода, АФК). Фермент немутировавшего (в английской литературе — «дикого», «wildtype») гена IDH1 катализирует превращение изоцитрата в альфа-кетоглутарат. Это редокс-реакция (окислительно-восстановительная), при которой окисленный НАДФ+ (никотинамид аденин динуклеотид фосфат) переходит в восстановленный НАДФ-Н. Альтернативно, IDH1-мутантный фермент катализирует превращение альфа-кетоглутарата в «онкометаболит» 2- гидроксиглутарат (2-ГГ), в процессе чего восстановленный НАДФ-Н переходит в НАДФ, т.е. происходит обратная реакция по сравнению с клетками, содержащими «дикий» IDH1 [1].

НАДФ потребляется как глутатион-редуктазой, так и тиоредоксин-редуктазой для генерации восстановленного глутатиона (GSH) и восстановленного тиоредоксина, двух основных антиоксидантных систем клетки. Восстановленный глутатион (GSH) считается главным антиоксидантом в клетках млекопитающих [2].

В исследовании [3] было показано, что ферменты IDH являются основными продуцентами НАДФ в мозге человека, но не грызунов. Более того, способность к продукции НАДФ в образцах глиобластомы с мутантным IDH1 была на 38% ниже, чем при диком типе IDH1. В другом исследовании образцы глиобластомы с мутантным IDH1 содержали значительно меньше глутатиона, чем образцы дикого типа IDH1 [4].

Смысл всех этих данных, свидетельствующих о более низком уровне НАДФ и, следовательно, глутатиона, в опухолях с мутантным IDH1, состоит в том, что у таких клеток должна  быть снижена способность нейтрализовать АФК, что делает их более уязвимыми по отношению к таким методам лечения, как лучевая терапия, создающим окислительный стресс.

Автор материала (см. оригинал на astrocytomaoptions.com) выдвигает гипотезу, что успех фотодинамической терапии (ФДТ), отмеченный в ретроспективном исследовании, проведенном в Королевском Госпитале в Мельбурне, получен вследствие повышенной уязвимости к окислительном стрессу, возникающему при лечении больных глиомой с мутировавшим IDH1. Существуют некоторые экспериментальные доказательства такой гипотезы: исследования, опубликованные в Корее в 2003-2007 гг., еще до открытия IDH1-мутации в глиомах, показывающие, что нормальный IDH1 (называемый в этой работе «цитозольная изоцитрат-дегидрогеназа») обеспечивает защиту от повреждения фотодинамически-индуцированным синглетным кислородом [19]. Напротив, клетки со сниженной экспрессией нормального IDH1 были чувствительны к этому виду лечения. Очень похоже на то, что клетки с мутантным IDH1 и нарушенной продукцией восстановительного агента НАДФ-Н и сниженным уровнем глутатиона (антиоксиданта), могут быть особенно чувствительны к ФДТ, как предполагалось в более ранних работах.

IDH и его «мутаболизм»

В апреле 2014 г. были опубликованы 2 работы, помогающие пониманию метаболических особенностей клеток с мутантным IDH1.

IDH1 — это ген, кодирующий фермент изоцитрат-дегидрогеназу 1. Фермент IDH1 находится вне митохондрий, тогда как его партнер IDH2 – внутри их. Кроме того, IDH3 (структурно несвязанный с IDH1 и IDH2) находится в митохондриях и является интегральным для цикла Кребса (трикарбоновых кислот). IDH1 и IDH2 ферменты катализируют две реакции, прямую  и обратную:

  • декарбоксилирование изоцитрата (гексозы) в альфа-кетоглутарат (пентозу);
  • карбоксилирование альфа-кетоглутарата (пентозы) в изоцитрат (гексозу).

IDH-мутантные ферменты (IDH1 или IDH2) не могут катализировать ни одну из этих двух нормальных реакций, а вместо этого превращают альфа-кетоглутарат  в «онкометаболит» 2-гидроксиглутарат (2-ГГ), что приводит к глубокой эпигенетической дерегуляции и онкогенезу. Мутации IDH гетерозиготны, т.е. в клетке с мутацией находится одна копия гена дикого типа и одна – мутантного. Следовательно, даже IDH-мутантные клетки сохраняют нормальную, хотя и сниженную функцию IDH.

Один из основных результатов измененной функции IDH1 в плане клеточного метаболизма, является повышенная потребность в альфа-кетоглутарате вследствие его сниженной продукции и повышенного расхода на реакции мутантного IDH1. Существует, по крайней мере, два главных пути, которыми IDH1-мутантная клетка компенсирует эту повышенную необходимость в альфа-кетоглутарате:

  • поступление глутамина или глутамата в клетку и его превращение в альфа-кетоглутарат   через глутаматдегидрогеназный [16] или глутамат-оксалоацетат-трансаминазный путь (GOT);
  • поступление цитрата или изоцитрата в цитозоль (внутриклеточную жидкость) из митохондрий, а затем изоцитрат может превращаться в альфа-кетоглутарат при действии фермента IDH1 дикого типа (который сосуществует с мутантной копией).

В исследованиях обнаружено, что уровни альфа-кетоглутарата незначительно отличаются между мутантным и диким типом IDH1 из-за компенсаторного насыщения 100-кратно возрастающей продукции 2-ГГ из альфа-кетоглутарата в мутантных клетках. Особые потребности клеток с мутантным IDH1 предполагают несколько различных путей для планирования терапии и таргетирования этих клеток.

Мутантные IDH1-клетки высокочувствительны к подавлению НАД+ путем фармакологического ингибирования NAMPT

Одним из прорывных исследований, демонстрирующих пути использования специфической чувствительности мутантных IDH-клеток, была работа [48], опубликованная в декабре 2015 г. в журнале Cancer Cell группой авторов из Massachusetts General Hospital (Tateishi, Chi, Cahill et al). В этой работе авторы показали, что применение ингибитора мутантного IDH1 для клеток глиомы с IDH1-мутацией не только снижало продукцию онкометаболита 2-ГГ, но и меняло уровни НАД-Н, цитрата и глицерол-3-фосфата на 50% и более. Дальнейшие наблюдения показали, что применение ингибитора мутантного IDH1 вызывало повышение уровней НАД+ в клеточных линиях с мутацией IDH1. Добавление двух различных ингибиторов NAMPT к эндогенным IDH1-мутантным линиям клеток показало их высокую эффективность по угнетению жизнеспособности клеток в области низких наномолярных концентраций. Клеточные линии с отсутствием IDH1-мутации были полностью устойчивы к такому воздействию, даже при концентрации ингибиторов 10 мкмоль/л. NAMPT является ферментом, ограничивающим скорость одного из НАД+ сохраняющих путей.

Было обнаружено, что уровень НАД+ был значительно ниже в IDH1-мутантных клетках по сравнению с диким типом. Объяснение этому, скорее всего, состоит в очень низких уровнях NAPRT в клетках с мутацией IDH1. NAPRT является ферментом, ограничивающим скорость альтернативного НАД+ сохраняющего пути. Низкие уровни NAPRT в IDH1-мутантных клетках, по-видимому, отчасти являются следствием гиперметилирования промотора NAPRT в мутантных клетках, что приводит к подавлению экспрессии гена.

Таким образом, подавление до точки отсчета (до 0) одного из НАД+ сохраняющего путей (через NAMPT) в IDH1-мутантных клетках вызывает переключение на второй НАД+ сохраняющий путь (через NAPRT), как и специфическую чувствительность к ингибиторам NAMPT с последующей НАД+ деплецией.

Было обнаружено, что фармакологическая деплеция НАД+ путем направленного угнетения NAMPT нарушает цикл Кребса в митохондриях через ограничение активности ключевых НАД+ зависимых ферментов, таких как  альфа-кетоглутарат-дегидрогеназа и малат-дегидрогеназа. Более того, деплеция НАД+ приводит к фосфорилированию и активации нутритивно-сенсорного комплекса AMPK (чувствительного к недостаточности питания), который, в свою очередь, инициирует аутофагию и подавление активности mTOR пути. Вкратце, деплеция НАД+ через угнетение NAMPT приводит к острому нарушению метаболизма и активации аутофагии только в клеточных линиях с IDH-мутацией, тогда как клетки с IDH дикого типа были абсолютно резистентны к этим воздействиям. Кстати, во втором исследовании, выполненном теми же авторами в 2016 г., была установлена сходная чувствительность к ингибиторам  NAMPT опухолевых клеток с амплификацией MYC [49]. Было найдено, что в этих клетках деплеция НАД+ ограничивает активность другого НАД+ зависимого фермента GAPDH и подавляет гиперактивированный в них гликолиз.

Роль аутофагии в высокой сопротивляемости химиотерапии в дальнейшем исследуется в разных работах и приводит к предложениям использовать такие блокаторы аутофагии, как хлорохин, во время химиотерапевтических курсов.

Самой интригующей частью этого исследования является описание эффекта ингибитора NAMPT GMX-1778 после скармливания его мышам с ортотопической (перевиваемой) глиомой с IDH1-мутацией. Такое лечение приводило к почти полной блокаде уровня НАД+ на 24 часа и способствовало повышению продолжительности жизни мышей. В те временные точки, когда контрольные (нелеченные) мыши уже погибли, все животные, получавшие GMX, были живы (они погибли позже, но увеличение продолжительности жизни было весьма значительно). При таком лечении у мышей не наблюдалось признаков токсичности.

idh1-mutant-gmx1778

В исследовании NCT02702492 получены наиболее убедительные результаты из всех исследований, направленных на лечение IDH1-мутантных опухолей. К сожалению, предварительные клинические исследования ингибитора NAMPT GMX1777 были прекращены, хотя в настоящее время в США и Канаде проводится клиническое испытание ингибитора NAMPT KPT-927 для лечения распространенных солидных опухолей и неходжкинских лимфом.

Ингибиторы митохондриальной электронной транспортной цепи

Следующая стратегия предлагается в исследовании, опубликованном в апреле 2014 г. в журнале Cancer Research группой авторов из Кембриджа (Массачусетс) и Сан Диего (Калифорния) [18]. В нормальных клетках при недостатке кислорода (в условиях гипоксии) или нарушения функции митохондрий, клетки будут компенсировать его повышением восстановительного (в противоположность окислительному) метаболизма производного глутамина альфа-кетоглутарата, в обратной реакции катализируемой ферментами IDH. Эта реакция обеспечивает цитратом и цитрат-производным ацетил-коэнзимом А (ацетил-КоА) продукцию липидов и требует функционально активного IDH. В эксперименте IDH1-мутантные клетки (но не IDH2-мутантные) были неспособны правильно приспособиться к гипоксии и разрушению митохондриальной электронной транспортной цепи, из-за их ограниченной возможности восстановительного метаболизма глутамин-производного альфа-кетоглутарата.

IDH1-мутантные (но не IDH2-мутантные) клетки также были избирательно чувствительны к комплексу 1 ингибиторов электронной транспортной цепи (дыхательной цепи). На диаграмме, опубликованной в статье, умеренная концентрация (10 мкмоль/л) фенформина (бигуанидин, связанный с метформином) снижает пролиферативную активность IDH1-мутантных (IDH1 R132C) клеток фибросаркомы примерно на 50%.

Фенформин, ранее применявшийся при диабете 2-го типа был снят с производства в США в 1978 г. из-за его способности вызывать молочнокислый ацидоз. По материалам Википедии в 2008 г. он еще легально применялся в Италии, Бразилии, Уругвае, Китае, Польше, Греции и Португалии и его до сих пор можно приобрести в Европе. Метформин считается более безопасным из этих двух препаратов, но он и менее эффективный ингибитор дыхательного комплекса 1 (возможно, это одна из причин его большей безопасности).

Существует масса работ, показывающих, что применение метформина позволяет снижает пролиферативную активность IDH1-мутантных (IDH1 R132C) клеток разнообразных глиом.

Ингибирование глутамат-дегидрогеназы

Следующая стратегия выявлена в апреле 2014 и опубликована в журнале Biochimica et Biophysica Acta группой авторов из Университетского Медицинского Центра Редбуда в Нидерландах [16]. Еще с 2010 г., когда авторы из  Johns Hopkins University напечатали свою работу под названием «Ингибирование глутаминазы, преимущественно в клетках медленно растущих глиом с мутантным IDH1» [17] предполагается, что потенциальными мишенями для IDH-мутантных клеток является глутаминовый путь.

Однако, на тот момент им не удалось разработать клинически применимые ингибиторы, которые замедлили бы рост IDH1-мутантных опухолей на экспериментальных моделях, и эта группа сейчас занимается ДНК-гипометилирующими агентами как наиболее перспективными в лечении злокачественных глиом. Последняя работа [16] дает некоторые представления о том, что низкозлокачественные глиомы (большинство из которых IDH1-мутантные) имеют повышенную экспрессию транспортеров глутамата и склонны к всасыванию глутамата из внеклеточного окружения. Следовательно, предполагается, что ингибиторы глутамат-дегидрогеназы потенциально являются хорошим средством для терапии мутировавших IDH1-глиом.

Зависимость IDH1-мутантной глиомы от глутамат-дегидрогеназы человека (GLUD2)

В работе, опубликованной авторами [41] из Genentech (Юг Сан Франциско) установлена специфическая зависимость  IDH1 (R132H) клеток глиомы от GLUD2 – фермента, который найден только у человека и приматов. Используя генетически-особенную мышиную модель глиомы, авторы обнаружили, что трансфекция мутантного IDH1 (R132H) с помощью вируса значительно угнетала рост этих культур по сравнению с контрольными (с диким типом IDH1). Рост мутантных культур полностью восстанавливался при трансфекции диким типом IDH1.

Выдвигая гипотезу, что в человеческой IDH1-мутантной глиоме компенсаторно повышена экспрессия IDH1 дикого типа из-за дефицита, вызванного мутантным IDH1, они сравнили уровни мРНК в IDH1, IDH2 и IDH3 в IDH1-мутантных глиомах с глиомами с гистологически подтвержденным IDH1 дикого типа. Разницы не было отмечено. Однако, этот анализ выявил, что мРНК GLUD1 и GLUD2 была повышена в IDH1-мутантных глиомах по сравнению с глиомами дикого типа. Эта находка была затем подтверждена проверкой по базе данных The Cancer Genome Atlas

Далее, коммерчески доступная клеточная линия IDH1-мутантной глиомы, ВТ142, полученная из олигоастроцитомы III степени больного, была имплантирована в мозг мыши. Эта клеточная линия потеряла копию IDH1 дикого типа и экспрессировала только один мутантный аллель IDH1. Затем мышам вводили РНК короткой иглой (shRNA), направленную на ингибирование GLUD1/GLUD2. У мышей с ингибированнным  GLUD1/2 объем опухоли значительно уменьшался, а уровни 2-ГГ (онкометаболита, вырабатываемого мутантным IDH1), альфа-кетоглутарата (предшественник 2-ГГ), глюкозы и цитрата снижались по сравнению с контрольными мышами без ингибирования GLUD1/2. Чтобы различить эффекты GLUD1 и GLUD2 in vitrо, генетически измененным клеткам мышиной глиомы было придано свойство экспрессировать либо GLUD1, либо GLUD2. Клетки с мутантным IDH1 и GLUD1 пролиферировали так же медленно, как и IDH1-мут/без-GLUD1, то есть GLUD1 не давал преимущества этим клеткам. Напротив, в клетках IDH1-мут/GLUD2 уровень пролиферации возрастал до наблюдаемого в клетках с диким типом IDH1, демонстрируя преимущество в росте после добавления GLUD2. Чтобы проверить эффект влияния глутамата на различные клеточные линии, его добавляли к культурам в количестве 20 мкмоль/л, что вызывало повышение пролиферации культур вне зависимости от IDH1-статуса. Для изучения метаболических путей к культурам добавляли С14-меченый глутамин и глюкозу. В нокаутированных по IDH1 или мутантных клетках уменьшалось включение этих молекул в липиды. Добавление GLUD1 не вызывало существенной разницы, тогда как добавление GLUD2 значительно повышало включение меченого глутамина и глюкозы в липиды. Глутамат, меченый С14, также включался в липиды, хотя и незначительно.

Наконец, для подтверждения вышеописанных результатов эксперимента на мышах с использованием ингибирования GLUD1/GLUD2, была применена генетическая модель, сочетающая вирусную трансфекцию гена GLUD2 мышам с глиомой, содержащей мутантый или дикий тип IDH1. В то время как GLUD2 не влиял на выживаемость мышей с диким типом IDH1, выживаемость при IDH1-мут/GLUD2 значительно снижалась в те же сроки. Это показывает, что ингибирующий эффект мутантного IDH1 на пролиферацию клеток отменяется при повышении уровней GLUD2. В исследованиях in vitro на тех же линиях выявлено, что IDH1-мут/GLUD2 повышает приток альфа-кетоглутарата в митохондриальный цикл Кребса по сравнению с мутантным IDH1 без повышенной экспрессии GLUD2.

Авторы делают следующее заключение. Предположительно, фермент GLUD2, высокоэкспрессированный в мозге [42] и обнаруженный только у человека и приматов, позволяет мутантным IDH1-клеткам в мозге компенсировать метаболический дефицит путем повышения продукции альфа-кетоглутарата для снабжения цикла Кребса митохондрий, а также синтеза липидов. Эта гипотеза подтверждается  на примере синдрома Маффучи и болезни Олье. Большинство больных с этими заболеваниями имеют ранние (постзиготные) мутации IDH1 R132H, при этом у таких больных есть повышенный риск единственного вида рака, а именно, глиомы. Это предполагает, что IDH1-мутантным клеткам для пролиферации может требоваться фермент GLUD2 (находящийся, главным образом, в головном мозге).

Работа заканчивается наблюдением, что ген GLUD2 эволюционирует параллельно с развитием префронтальной коры головного мозга у человекообразных (человека и приматов) и что фермент GLUD2 оказался оптимизирован эволюцией для метаболизма глутамата в мозге. Глутамат – жизненно важный нейротрансмиттер центральной нервной системы, и похоже, что внеклеточный глутамат, образующийся при передаче нейросигнала (то есть, при высвобождении глутамата), также способствует пролиферации IDH1-мутантной глиомы.

В то время как экзогенный (привнесённый в организм из-вне) глутамат вызывает пролиферацию клеточных линий глиомы in vitro, вне зависимости от их IDH1-статуса, фермент GLUD2 специфически потребляется клетками глиомы с мутацией IDH1 R132H во время их максимальной пролиферации, а клеткам глиомы с диким типом IDH1 он не требуется вообще (возможно по причине достаточности внутриклеточного глутамата).

В исследовании [16] предполагается потенциальное лечение мутантных  IDH1 глиом с помощью использования хлорохина (как ингибитора аутофагии), однако этот препарат ингибирует больше GLUD1, чем  GLUD2 [43]. По этой причине поиск клинически применимого ингибитора специфического для мозга GLUD2 продолжается.

 

Что является первичным источником углерода для 2—ГГ? Внеклеточный глутамат или импорт глутамина?

В апреле 2014 г. в работе, описанной выше (van Lith et al., ссылка 16), авторы задаются уместным вопросом: «почему опухолевым клеткам приходится проводить импорт глутамина для продукции глутамата, когда они буквально купаются в глутамате: глутамат — важнейший нейротрансмиттер и присутствует в синапсах, а также в белом веществе, в котором часто вырастает диффузная инфильтративная глиома. Есть косвенные свидетельства, что клетки IDH1-мутантных глиом импортируют глутамат из микро-окружения». Они основывают свою гипотезу на идее о том, что в клетках IDH1-мутантных глиом, находящихся в области мозга, богатой глутаматом, есть все субстраты для продукции 2-ГГ в форме глутамата, и им не нужно повышенное поступление внеклеточного глутамина из крови.

Эти «косвенные свидетельства» они видят в высокой экспрессии транспортера аминокислот (EAAT2), который вызывает импорт глутамата в клетках глиом низкой степени злокачественности, и низкой экспрессии в глиобластомах, которые, вместо этого экспортируют глутамат во внеклеточное окружение [34].

В то время как в некоторых исследованиях in vitro [35] показано, что глутамин является источником углерода для продукции 2-ГГ IDH1-мутантными клетками, внеклеточный глутамат может быть более подходящим для этого в условиях in vivo, по крайней мере, для опухолей мозга. Эта гипотеза соответствует недавним находкам, основанным на фтороглутаминовой ПЭТ (позитронно-эмиссионной томографии). Первое такое исследование, сообщавшее  предварительные данные, опубликовано в марте 2014 г.; в нем было обнаружено, что у 5 больных глиомами низкой степени злокачественности не было повышенного захвата глутамина опухолями, а у одного больного с глиомой более высокой степени злокачественности был повышен захват глюкозы и глутамина.

В этом случае появляется искушение регулировать поступление питательных веществ в соответствии с известными или очевидными метаболическими потребностями опухоли путем специальной диеты больного. Здесь возникает несколько вопросов. Есть ли у IDH1-мутантных опухолей повышенный импорт глутамата через такие транспортеры, как ЕААТ2? Если так, оказывает ли поступление глутамата и глутамина с пищей влияние на их уровень в мозге? Глутамат – важнейший нейротрансмиттер, и его уровни в ЦНС может находиться под жестким контролем внутренних гомеостатических механизмов, несмотря на различное поступление этих веществ с диетой. Авторы [16] предлагают провести поиск клинически применимых ингибиторов глутамат-дегидрогеназы, которые не меняли бы уровня глутамата, но могли бы подавлять его превращение в альфа-кетоглутарат, прямой предшественник 2-ГГ. Остается определить, какие из известных ферментов наиболее соответствуют продукции альфа-кетоглутарата в пролиферирующих клетках. Глутамат оксалоацетат-трансаминаза (GOT) и глутамат пируват-трансаминаза (GPT) являются возможными кандидатами на эту роль.

Дихлорацетат (ДХА, DCA) ингибирует IDH1-мутантную пролиферацию нейросфер, полученных из клеток больных

В июне 2015 г. статья, размещенная в сети Интернет [45] была опубликована в журнале Cancer Research под заглавием «Перепрограммирование метаболизма пирувата, вызванное IDH1-мутацией». Основная часть исследования направлена на изучение метаболических различий между двумя генетически созданными линиями с IDH1-мутацией и полученными из астроцитов человека и из клеточной линии U87 глиобластомы .

Более того, в статье наблюдали две клеточные линии BT54 и BT142, выделенные от больных с IDH1-мутантными глиомами в Университете Калгари. BT54 была получена из IDH1- мутантной анапластической олигодендроглиомы с коделецией 1p/19q; BT142 – из такой же опухоли, но с потерей копии дикого типа (немутантного) гена IDH1, что привело к снижению продукции 2-ГГ в клетках этой линии (похоже, что высокий выход 2-ГГ, требует кооперации между мутантным и диким типами фермента IDH1).

Эти клеточные линии подвергали воздействию 10мМ (миллимолярной) концентрации дихлорацетата (ДХА) в течение 12 дней (BT54) или 7 дней (BT142). Как ожидалось, ДХА повышал активность пируватдегидрогеназы в обеих клеточных линиях. Воздействие ДХА также ингибировало пролиферацию IDH1-мутантных (сфероид-образующих) культур нейросфер на 50% при действии BT54 и на 37% при действии BT142.

Это одна из самых первых работ, оценивающих ответ на лекарства с помощью IDH1-мутантных клеточных линий.

Обратное гиперсукцинилирование

Группа авторов из Университета Фудана (Китай) напечатала работу [46] в журнале Molecular Cell, где приводится новый механизм туморогенных эффектов IDH-мутации, в которой было обнаружено, что онкометаболит 2-ГГ, вырабатываемый в больших количествах ферментами клетками с мутантным IDH1 конкурентно ингибирует активность сукцинатдегидрогеназы (СДГ) – фермента цикла Кребса, что ведет к повышению уровня сукцината и сукцинил-коэнзима А и гиперсукцинилированию лизина. Лизин – это  аминокислота, компонент белков. Было показано, что в образцах IDH1-мутантной глиомы больного гораздо более высокие уровни сукцинилированного лизина, чем при диком типе глиомы, причем наиболее интенсивное сукцинилирование происходит в митохондриях.

Затем исследовали эффекты сукцинилирования, происходящего в митохондриях. Гиперэкспрессия IDH1 R132H-мутации в клетках приводила к повышению сукцинилирвания в соответствующих участках митохондриальных ферментов пируватдегидрогеназы (PDHA1), СДГ и цитохром С-оксидазы. Два последние фермента являются компонентами электронно-транспортной цепи. Сукцинилирование этих ферментов приводило к снижению их активности, вызывая нарушение окислительного метаболизма в митохондриях. Важно, что гиперэкспрессия IDH1 R132H приводила к  накоплению BCL-2, анти-апоптотического белка, на мембране митохондрий. Обратное гиперсукцинилирование с помощью генетических манипуляций также меняло резистентность этих клеток к апоптозу (собственной гибели клетки).

Авторы выдвинули гипотезу, что глицин может менять в обратную сторону процесс гиперсукцинилирования в клетках с мутантным IDH1, исходя из того, что глицин и сукцинил-коэнзим А посылают результирующую 5-аминолевуленовую кислоту по пути синтеза гема, оставляя немного сукциниловых групп, доступных для сукцинилирующих белков. Это и было обнаружено in vitro. Далее, мышам подкожно пересаживали ксенографт клеток НТ1080 фибросаркомы, которые содержат естественно встречающиеся IDH1 R132С мутации. Мышей кормили дополнительным кормом с 5% глицина. Примечательно, что вес опухолей у мышей после кормления глицином был на 67% меньше, чем у мышей, находящихся на контрольной диете, и уровни сукцинилирования также были ниже, что подтверждает главную роль глицин-дополняющей диеты.

Следует учесть, однако, что концентрация глицина 100 мМ, применяемая in vitro, намного выше, чем достижимая в крови (около 1 мМ) даже после применения высоких доз глицина. Результаты исследования не исключают, что торможение роста опухоли может быть сначала следствием антиангиогенных эффектов, как видно из экспериментов на мышах с меланомой. Кроме того, глицин не может эффективно проходить через гематоэнцефалический барьер, как объясняется в руководстве по нейрохимии [47].

«Напротив, полярные молекулы, такие как глицин и катехоламины, попадают в мозг только медленно, тем самым изолируя мозг от нейротрансмиттеров плазмы… Маленькие нейтральные аминокислоты, такие как аланин, глицин, пролин и гамма-аминомасляная кислота (ГАМК) значительно ограничены в поступлении в мозг. Эти аминокислоты сами синтезируются в мозге, предполагается, что некоторые из них могут быть нейротрансмиттерами».

 «В общем случае, чем выше коэффициент масло-вода, тем больше поступление в мозг». На рисунке показано сравнительно медленное поступление глицина в мозг. Из книги «Нейрохимия мозга: Молекулярные, клеточные и медицинские аспекты. 6-е изд.»

brain-uptake-rate

 

// по материалам сайта astrocytomaoptions.com

Реклама

Добавить комментарий

Заполните поля или щелкните по значку, чтобы оставить свой комментарий:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход /  Изменить )

Google photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google. Выход /  Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход /  Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход /  Изменить )

Connecting to %s