Когда ген RAS работает нормально, он действует как переключатель включения / выключения для передачи сигналов клеток, чтобы контролировать пролиферацию клеток. Но когда ген мутирует, переключатель застревает в "на" положение, позволяющее клеткам бесконтрольно размножаться.
Этот непреодолимый каскад неизбежно ведет к раку.
"Мутация в гене очень часто встречается при раке поджелудочной железы и толстой кишки," сказал Нил Келлехер, профессор химии, молекулярной биологии и медицины Уолтера и Мэри Элизабет Гласс в Северо-Западном университете. "Но в настоящее время нет лекарств, которые могут воздействовать на мутацию и исправить сломанный переключатель."
Теперь команда Келлехера собрала данные, которые потенциально могут привести к новым методам лечения этого исторического заболевания "непоколебимый" цель. Келлехер, эксперт по белкам и директор Северо-западного центра передового опыта в области протеомики, разработал новую технологию, которая может – с точными деталями – обнаруживать и количественно определять влияние мутаций RAS на белки RAS.
Эти белки, отвечающие за передачу сигналов, контролирующих рост и гибель клеток, непосредственно участвуют в стимулировании образования опухолей и прогрессирования рака. Понимание того, как белки RAS функционируют при раке, может привести к столь необходимым направлениям лечения.
Результаты протеомной группы Northwestern были представлены в статье "Точная характеристика протеоформ KRAS4b в колоректальных клетках и опухолях человека выявила перекрестный разговор мутаций / модификаций," который был опубликован 2 апреля в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Обнаруженное в 1982 году семейство генов RAS, в которое входят KRAS, HRAS и NRAS, являются первыми раковыми генами, когда-либо обнаруженными в раковых клетках человека. Но, несмотря на то, что прошло 36 лет и были мотивированы попытки понять ген, исследователи не добились большого прогресса в разработке лечения рака, нацеленного на него. По данным Национального института рака, на семью РАН приходится 30 процентов всех случаев рака человека, включая 95 процентов рака поджелудочной железы и 45 процентов рака прямой кишки. Хуже того: рак, связанный с генами РАС, как известно, трудно лечить, потому что типичные стратегии химиотерапии и лучевой терапии в значительной степени неэффективны.
"Наличие мутации в гене RAS – плохие новости," сказала Кэролайн ДеХарт, доцент-исследователь лаборатории Келлехера, которая была соавтором исследования вместе с Лукой Форнелли и Иоанной Нтай. "Как только он запускает белки, которые запускают распространение, остановить практически невозможно."
В последние несколько лет исследовательские институты активизировали усилия по изучению этого семейства генов и белков, которые они производят. Национальный институт рака, например, в 2013 году учредил Инициативу РАН для изучения и разработки эффективных подходов к атаке белков, кодируемых мутировавшими генами РАН. Исследователи обычно изучают белки RAS, разрезая их и анализируя на части. Этот недорогой подход не лишен ограничений.
"Чтобы понять, на что вы смотрите, вам в конце концов придется соединить части вместе," ДеХарт сказал. "Это делает очень похожие белки, подобные белкам семейства RAS, исключительно трудными для характеристики с какой-либо степенью уверенности."
Вот где новая техника Келлехера имеет огромное преимущество. В его лаборатории работают "нисходящая протеомика," который использует масс-спектрометрию для анализа белков, пока они еще не повреждены. Его команда впервые применила этот метод к биологии KRAS и обеспечила полную молекулярную специфичность для нормальной и мутированной формы белка под названием KRAS4b, которая была выделена из клеточных линий колоректального рака и образцов опухолей пациентов. Затем команда Келлехера измерила, сколько KRAS4b присутствует в образцах, и определила, как белок изменился при раке по сравнению со здоровыми тканями. В ходе этой работы они также обнаружили 11 форм белка, или "протеоформы," KRAS4b и измерили их на шести образцах пациентов.
"Проще говоря, мы можем получить больше информации, исследуя неповрежденные белки," сказал Келлехер, который ввел ныне принятый термин "протеоформы" с соавтором в 2013 г. "Мы можем понять, как протеоформа KRAS4b выглядит при различных формах рака, и применяем ту же стратегию «сверху вниз» к другим ключевым белкам при раке. Новые знания часто открывают новые возможности в борьбе с раком."