Белковый чип для диагностики раковых клеток первичной опухоли и микрометастазов по сыворотке крови пациента

Второй путь ранней диагностики раковых клеток по белкам на поверхности раковых клеток.

Раковая клетка отличается от нормальной клетки того же типа по составу синтезируемых ею белков. Эти белки – продукт «поломок» в генетическом материале нормальной клетки, превратившие ее в раковую. Наличие их – признак того, что ген или гены, вызывающий перерождение нормальной клетки, начал свою разрушительную работу. Так как эти белки из раковых клеток, то это белки-маркеры. По наличию их в сыворотке крови от пациента обнаруживают у него рак.

На поверхности нормальной клетки любого типа имеются белки: 1) белки-рецепторы и 2) белки-маркеры. Наши знания о них очень скудные, так как протеомика лишь делает начало.

Нам важно знать какие это белки, чем отличаются в каждом типе нормальной клетки, какова пространственная структура молекул этих белков. Это же надо знать и в раковой клетке разного типа и в чем разница между нормальной клеткой и раковой того же типа.

В многоклеточном организме нормальные клетки идентифицируют друг друга и передают сообщения с помощью белков-рецепторов. Эти рецепторы действуют как химические «флаги» для связи с другими клетками или как химические «ворота», контролирующие поступление в клетку молекул извне.

Внутренняя часть молекулы-рецептора часто представлена ферментом – тирозинкиназой. От нее сигнал извне через белки цитоплазмы в конечном счете достигает ядра клетки и она дает ответ – деление, секреция белка и т.д. Другой путь передачи сигнала от белка-рецептора в ядро клетки – через универсальный G-белок.

Дефекты в белке-рецепторе или в G-белке из-за мутаций в их генах ведут к многочисленным болезням, в том числе, к превращению нормальной клетки в

раковую. Поэтому важно знать пространственную структуру белков рецепторов или G-белков в нормальной клетке каждого типа, а также при любой болезни.

На клетке каждого типа – свои белки-маркеры. Они, как и белки-рецепторы, – продукт генов этой клетки.

Для каждой болезни на поверхности ее клеток – характерные этой болезни, белки-маркеры.

В настоящее время каждый вновь открытый ген и белок проверяется на способность быть маркером. Критерий оценки общий, и его дал акад. Г.И. Абелев (2003): «Если в нормальной клетке нового гена или белка нет, а в дефектной, в частности, раковой присутствует, то он уже явный претендент, чтобы стать маркером».

При любой болезни гены-маркеры и белки-маркеры – всегда строго специфичны. Отсюда: диагноз болезни по обнаружению у пациента таких маркеров – точный.

В отношении рака ситуация трудная: здесь гены-маркеры – строго специфичны, а известные белки-маркеры, т.е. антигены на раковых клетках не всегда строго специфичны.

Специфичным белком-маркером раковой клетки может быть лишь тот белок, который синтезируется в раковой клетке, но не синтезируется в нормальной клетке того же типа.

Дело в том, что раковая клетка – это как бы возврат по степени ее дифференцировки к эмбриональному периоду. Поэтому раковая клетка снова начинает секретировать эмбриональные антигены- их в нормальной клетке нет, или их содержание меньше.

Пока специфичные антигены в раковых клетках ученым выделить не удалось, и таких антигенов скорее всего нет. А в этом кроются все проблемы создания вакцины от рака: лечебной и, тем более, профилактической.

На вопрос корреспондента акад. Г.И. Абелев ответил: «Нет, такого маркера пока не существует. Думаю, что он вряд ли и появится». Он далее сказал о другом направлении поиска маркеров раковых клеток – по анализу состава информационной РНК, т.е. копий генов в этих клетках.

«Нет ?врага? в чистом виде», – так кто-то сказал об известных уже, но не- специфичных белках-маркерах раковой клетки. Всего таких маркеров около 10 – для рака простаты, молочной железы, печени и др.

Их используют на основе того, что синтез такого белка-маркера в нормальной клетке гораздо меньше, чем в раковой клетке этой ткани, из-за слабой экспрессии гена этого белка.

Такие маркеры важны для: 1) установления предварительного диагноза рака по повышению количества данного вещества в крови пациента в несколко десятков раз по сравнению с нормой- в таком случае необходима прицельная проверка того или иного органа несколькими разными анализами, и выяснить, сколько из них изменено, включая при необходимости биопсию из ткани- 2) для выявления раннего рецидива рака и степени адекватности методов лечения рака у конкретного пациента.

Но теперь для такой диагностики раковых клеток у пациента ученые выявили целый ряд новых белков-маркеров в раковых клетках любого типа. Открытие таких маркеров в мире совершается очень быстрыми темпами. Такие белки-маркеры очень ценны, так как они практически в «чистом» виде.

Вся ценность их, в отличие от названных, в том, что гены этих белков- маркеров «включаются» во взрослом организме, но только в раковых клетках, а в нормальных клетках эти гены – «молчат». То есть, в нормальных клетках этот белок не синтезируется. Причина «включения» генов – деметилирование CpG- островков в промоторах этих генов ферментом – деметилазой.

1. Фермент ДНК-метилтрансфераза 1.

Этот фермент химически модифицирует гены – присоединяет метильные группы к цитозину (C), за которым расположен гуанин (G) в промоторе гена. Это подавляет экспрессию гена. Если это будет ген-супрессор, то это способствует превращению нормальной клетки в раковую.

Резкое повышение экспрессии этого фермента в клетке – признак предраковой и раковой клетки. Такое повышение содержания фермента в сыворотке крови от пациента в сравнении с нормой, можно использовать для диагностики с помощью белкового чипа раковых клеток.

Блокада ДНК-метилтрансферазы 1 в клетке предупреждает или снимает репрессию генов-супрессоров, что препятствует превращению нормальной клетки в раковую.

2. Метил-ДНК-связывающие белки.

После присоединения метильных групп к CpG-островкам промотора генов вступают в действие метил-ДНК-связывающие белки. Они связываются с участком метилирования промотора гена и подавляют экспрессию гена.

А.В. Прохорчук (2005) и американские коллеги заняты исследованием одного из таких белков – белок Каизо. Ученые измерили уровень экспрессии гена белка Каизо в клетках рака разного типа от человека. Он оказался «в десятки раз выше», чем в нормальных клетках того же типа. По мнению ученых, это можно использовать для ранней диагностики раковых клеток, а ген белка может стать «геном-маркером и указать на характеристики рака».

Для уничтожения раковых клеток ученые планируют создать химерный Каизо белок, который бы не подавлял, а усиливал экспрессию генов- супрессоров раковой клетки. А.В. Прохорчук – руководитель проекта – отмечает, что на этом пути «кроятся подводные камни. Нужно заставить химерный Каизо работать только во благо, т.е. активировать только гены-супрессоры раковой клетки, но не остальные метилированные гены. Над этим мы сейчас и работаем».

Конечная цель исследований этих ученых – «изучить возможность использования белка Каизо как мишени для направленной противораковой терапии».

3. Белок Mts 1 – продукт гена mts 1.

Он открыт акад. Г.П. Георгиевым и его группой (1999). Он создает свойство инвазии раковой клетки разного типа. Белок синтезируется в раковых клетках, а в большинстве нормальных клеток синтеза его нет, так как его ген mts 1 «молчит» из-за метилирования его промотора. Обнаружение повышенной экспрессии этого белка в сыворотке крови указывает на наличие метастазов раковых клеток в организме пациента.

Связывание этого белка в раковых клетках подавляет метастатический фенотип раковых клеток.

4. Белки JD-1 и JD-3 и их гены.

Они открыты проф. Р. Бенезра (1999) и его группой. Эти белки вызывают ангиогенез и лимфангиогенез в узелке из раковых клеток с размера его в 1-2 мм в диаметре в ткани различных органов, что препятствует отмиранию раковых клеток. В нормальных клетках взрослого организма гены этих белков – «молчат», так как также их промоторы метилированы. Блокада белков этих генов подавляет микрометастазы в тканях.

5. Фермент теломераза. Он делает раковую клетку бессмертной путем восстановления длины теломер раковой клетки перед каждым ее делением. В нормальной клетке у взрослого человека ген этого белка «молчит», – нет и теломеразы.

Ген этого фермента «включен» деметилированием его промотора в раковой клетке. В норме он экспрессируется также в половых клетках. По резкому повышению количества фермента в сыворотке крови в сравнении с нормой, его можно использовать для самой ранней диагностики раковой клетки любого типа в организме пациента.

Теперь ученые из США на основе этого фермента создали вакцину от рака любого типа клетки.

6. Белок под кодовым названием «5Т4».

Он открыт проф. П. Стерн с коллегами в Британии. Оказалось, что именно этот белок «маскирует» белки-антигены на поверхности раковой клетки лю- бого типа от Т-клеток иммунной системы организма человека.

Этот белок синтезируется в стволовых клетках эмбриона человека и необходим для его развития.

Очень ценно то, что во взрослом организме этот белок синтезируется только в раковых клетках любого типа клетки и имеется на их поверхности. Ген этого белка в нормальных клетках также «молчит». Этот белок позволяет раковым клеткам «ускользать» от воздействия иммунной системы пациента и рас- пространяться этим клеткам по всему организму без конца и границ.

На основе белка «5Т4» ученые разработали вакцину – «Волшебная Пуля», и уже ведутся ее испытания на добровольцах, страдающих от рака.

7. Циклин и циклин-зависимая киназа.

В раковой клетке любого типа избыточная экспрессия этих молекул- белков-регуляторов клеточного цикла. По анализу содержания этих белков в сыворотке крови от пациента можно обнаружить эти белки, а, значит, и их носителей – раковые клетки.

Протеомика – наука о белках, способна за ряд лет открыть протеом нормальной клетки каждого типа, а также раковых клеток у человека. Будут известны белки-рецепторы и белки-маркеры раковых клеток разного типа.

Тогда с помощью белкового чипа или микроматрицы будет возможно проводить раннюю диагностику раковых клеток по этим белкам в сыворотке крови от пациента.

Будут диагностироваться: 1) раковая клетка и ее близкие потомки первичного очага рака- 2) микрометастазы раковых клеток по белкам свойства инвазии этих клеток.

Мы уже знаем, что структура белкового микрочипа принципиально не отличается от ДНК-чипа: пластинка площадью в 1 см2 или чуть больше из стекла или пластика. На ней в строгом порядке фиксированы трехмерные ячейки из геля, каждая ячейка – диаметром не более 100 микрон.

В каждую ячейку помещается известная исследователю молекула-зонд. В качестве молекул-проб будет исследуемая жидкость – сыворотка крови от пациента. Молекула-зонд способна избирательно связываться с молекулой- пробой, содержащейся в исследуемой сыворотке, если она комплементарна по структуре молекуле-зонду.

В зависимости от вида молекулы-зонда может быть несколько вариантов белкового чипа для диагностики раковых клеток по образцу сыворотки крови от пациента:

1. Моноклональное антитело (мКА) на чипе – поиск белка-маркера раковой клетки в сыворотке крови.

2. Моноклональный Т-клеточный рецептор (мТКР) на чипе – поиск белка-маркера раковой клетки в сыворотке крови.

4. мКА на чипе – поиск белка-рецептора раковой клетки в сыворотке крови.

5. мТКР на чипе – поиск фермента раковой клетки в сыворотке крови.

6. Белок-рецептор раковой клетки на чипе – поиск антител к нему в сыво ротке крови.

7. Белок-маркер раковой клетки на чипе – поиск антител к нему в сыворотке крови.

Мы привели схему поиска раковых клеток в организме пациента по белкам, изложенным в пунктах 1-7 этого раздела, с помощью белкового чипа. Каждый из этих белков являются маркером для ранней диагностики раковых клеток по сыворотке крови от пациента, а также мишенью для лекарств и средств с целью уничтожения раковых клеток.<< ПредыдушаяСледующая >>
Внимание, только СЕГОДНЯ!