Ученые лаборатории персонализированной химио-лучевой терапии Института биофизики будущего МФТИ совместно с коллегами из НТУ «Сириус», ФМБЦ имени А. И. Бурназяна, компании «Онкобокс», Курчатовского института и других институтов научились быстрее находить противоопухолевые вещества в экстрактах микроводорослей и цианобактерий, а также определять механизм их действия. Метод проверили на 48 экстрактах: его результаты совпали с прямым тестом на цитотоксичность в 92% случаев, при этом система не дала ни одного ложноположительного результата. Работа опубликована в журнале Pharmaceuticals.
Микроводоросли и цианобактерии – огромный и пока слабо изученный источник биологически активных соединений. Из них уже выделено более тысячи биологически активных веществ, в том числе соединения с антиоксидантными, антибактериальными, противовирусными и противоопухолевыми свойствами.
При этом потенциальное разнообразие гораздо больше: по разным оценкам, существует от 200 до 800 тысяч видов микроводорослей и цианобактерий, тогда как в AlgaeBase насчитывается около 176 тысяч видовых и внутривидовых названий. Поэтому обычно поиск биологически активных соединений – это длинная цепочка экспериментов.
Авторы работы предложили систему функционального скрининга, которая объединяет профилирование экспрессии генов в человеческих клетках, анализ выявил значимую активацию 25 молекулярных путей и прямое тестирование цитотоксичности. Для обработки данных использовали платформу Oncobox.
«Исследовать это разнообразие непросто – при большом количестве образцов процесс становится длительным и дорогим. Мы предложили следующий подход: сначала воздействуем экстрактом микроводорослей на клетки лейкоза HL-60, затем смотрим, как меняется активность генов, и по этим изменениям восстанавливаем картину того, какие молекулярные процессы в клетке были затронуты. Это позволяет выбирать, какие экстракты стоит исследовать дальше»
рассказал Денис Кузьмин, доктор наук, директор Физтех-школы биологической и медицинской физики МФТИ.
В эксперименте ученые исследовали 48 экстрактов – 28 штаммов микроводорослей и 20 штаммов цианобактерий из девяти классов. Прямой тест на жизнеспособность клеток (МТТ-тест) выявил цитотоксическую активность у восьми из них: их полуподавляющая концентрация (IC50) была ниже 1 мг/мл.
Результаты прогноза, полученного на основе изменений молекулярных путей в клетках, совпали с данными прямого теста в 92% случаев. Чтобы проверить, способен ли метод указывать на возможный механизм действия образцов, учёные подробно исследовали самый активный экстракт – Nostoc sp. SBV-48.
Анализ выявил активацию 25 молекулярных путей, связанных с процессами клеточной гибели. Всего этот экстракт затронул 290 путей. Среди наиболее выраженных изменений – активация митохондриального пути апоптоза (когда клетка сама себя программирует на смерть) и изменения сигнального пути интегрин-связанной киназы, участвующего в перестройке цитоскелета (внутреннего «каркаса» клетки).
Последующий химический анализ показал, что основным цитотоксическим компонентом был Cryptophycin-1 – циклический депсипептид, подавляющий динамику микротрубочек, хотя его концентрация составляла всего около 0,01% массы экстракта.
Исследователи также обнаружили ранее не описанную цитотоксическую активность в отношении клеток HL-60 у трёх штаммов десмидиевых водорослей – Closterium sp. SBV86, Cosmarium sp. SBV90 и Spondylosium planum SBV92. У всех трех экстрактов ученые обнаружили подавление одного и того же сигнального пути – E-кадгеринового пути формирующихся межклеточных контактов, который участвует в регуляции клеточной адгезии и подвижности. Кроме того, анализ показал снижение экспрессии ряда онкогенов и протоонкогенов, включая RHOA, CDC42, SRC, PIK3CA и RAC1.
«С помощью новой системы уже на раннем этапе можно отсеять большую часть образцов и сосредоточить дорогие химические и фармакологические исследования на наиболее перспективных. Микроводорослей существуют сотни тысяч видов, и проверить каждый традиционным способом практически невозможно.
Такой подход позволяет масштабировать поиск: одновременно оценивать большое число экстрактов, сравнивать их между собой и сразу понимать, какие клеточные процессы они могут затрагивать. Это ускоряет поиск новых молекул для разработки противоопухолевых препаратов и других биологически активных соединений»
Денис Кузьмин, доктор наук, директор Физтех-школы биологической и медицинской физики МФТИ.
Пока метод протестирован только на одной опухолевой клеточной линии – HL-60, поэтому обнаруженную активность нельзя автоматически переносить на другие виды опухолей. В будущем ученые планируют проверить перспективные кандидаты на дополнительных опухолевых моделях и нормальных клетках, провести более широкую фармакологическую валидацию и оптимизировать набор генов, используемый для профилирования.
Пресс-релиз подготовлен на основании материала, предоставленного организацией. Информационное агентство AK&M не несет ответственности за содержание пресс-релиза, правовые и иные последствия его опубликования.
