Интернет: новые возможности и перспективы – людям!

Всероссийский Фестиваль интернет-проектов

«Новая Реальность»
 
 
 
 
 
 
 

График проведения Фестиваля

25 ноября 2008
Москва
Церемония вручения Премии Рунета 2008
23 декабря 2008
Москва
Итоги 2008 года
1-4 апреля 2009
Москва
Российский интернет-форум

Модифицированный интерлейкин 2 обладает лучшей противораковой активностью

Интерлейкин 2 (IL‑2) — это маленький белок с большой судьбой. Этот цитокин является фактором роста для многих видов иммунных клеток, в том числе, для естественных киллеров — лейкоцитов особого типа, которые, несмотря на свое зловещее название, занимаются важным и полезным делом — «отстрелом» подозрительных клеток, в основном опухолевых или зараженных вирусами. Исследователи из США и Швейцарии создали мутантные модификации интерлейкина 2 под названием «суперкины», которые связываются с некоторыми иммунными клетками надежней и крепче, чем исходный белок, что открывает новые горизонты для борьбы со многими заболеваниями.

Влияние интерлейкина 2 на иммунные клетки определяется очень простым событием: IL‑2 «садится» на соответствующий рецептор. И для того, чтобы понять, что именно сделали исследователи, нам придется для начала разобраться в строении этого рецептора.

Рецептор к интерлейкину 2 состоит из трех субъединиц. IL‑2Rβ (или CD122), которая, собственно, связывается с лигандом, IL‑2Rγ (CD132), которая обеспечивает клеточный ответ на присоединение лиганда и характерна для многих цитокиновых рецепторов, и, наконец, IL‑2Rα (CD25), которая стабилизирует связь лиганда и рецептора. В принципе, для работы рецептору достаточно только двух субъединиц — CD122 и CD132, но тогда интерлейкин садится на рецептор довольно «нерешительно», и, едва присоединившись, может сразу же отвалиться. Однако если третья субъединица — CD25 — случайно проплывет рядом и присоединится к комплексу IL‑2 с рецептором, то аффинность этого комплекса резко возрастет, и интерлейкин 2 прильнет к рецептору крепко и надолго (рис. 1). Понятно, что в первом случае клеточный ответ на присоединение IL‑2 будет слабым, во втором — сильным, и все из-за наличия или отсутствия CD25.

А поскольку все три субъединицы рецептора экспрессируются по отдельности, то возможен вариант, при котором экспрессируются только CD122 и CD132. Нетрудно догадаться, что в этом случае клетка будет слабо чувствительна к интерлейкину 2, поскольку, едва соединившись с рецептором, IL‑2 будет сразу же от него отваливаться, почти не успев совершить ничего интересного. Эта картина совершенно нормальна для определенных типов лейкоцитов — например, для «наивных» T клеток (то есть, нетренированных, еще не сталкивавшихся с «врагом», на которого им предстоит охотиться). Однако если мы по какой-то причине хотим мобилизовать иммунные клетки с помощью интерлейкина 2, то нас такая ситуация совершенно не устраивает — ведь даже самые большие количества IL‑2 повлияют на эти клетки очень слабо. Теоретически, можно бы заставить клетку экспрессировать CD25, чтобы повысить ее чувствительность к IL‑2, но это трудно и может иметь непредсказуемые последствия.

И вот авторы обсуждаемой работы решили пойти другим путем и сделать хитрую, остроумную и неожиданную вещь — создать такую модификацию интерлейкина 2, которая бы накрепко присоединялась к рецептору безо всякой помощи CD25.

Для этого ученые вначале создали огромную библиотеку мутантных интерлейкинов 2. Затем с помощью дрожжевого скрининга (см. Yeast display) они проверили, существует ли какая-нибудь мутантная версия IL‑2, которая крепко связывается с CD122 и CD132 без помощи CD25.

И — ура! — оказалось, что при мутации L85V (то есть, когда лейцин в 85 позиции заменяется на валин) интерлейкин связывается с рецептором гораздо крепче.

Однако это было только начало работы. Теперь предстояло выяснить, почему эта мутация так изменила белок, что он стал крепче соединяться с рецептором. Кроме того — если это возможно — надо было подобрать какие-нибудь дополнительные мутации, которые сделали бы связь между интерлейкином и рецептором еще, если можно так выразиться, неразрывней.

Логичней всего было предположение, что позиция 85 находится в таком участке белка, который непосредственно связывается с рецептором, и мутация в этой позиции «прилепляет» интерлейкин к рецептору. Но оказалось — ничего подобного: 85 позиция располагается в C‑спирали, возле гидрофобного ядра белка, то есть в самой его серединке, там, где он ни до какого рецептора не дотрагивается.

Что ж, тогда, может быть, дело в том, что эта мутация меняет конформацию одной из спиралей белка так, что белок начинает «подходить» к рецептору лучше и крепче с ним сцепляться? Исходя из этого предположения, исследователи создали вторую библиотеку мутантных белков, которые содержали, во-первых, мутацию L85V, а во-вторых, другие мутации в близких позициях, которые тоже могли повлиять на связывание белка с рецептором. В результате они выбрали консенсусные (то есть, основополагающие) мутации — L80F/R81D/L85V/I86V/I92F (рис. 2), на основе которых и были выбраны белки-суперкины для дальнейшего исследования.
 

Рис. 2. Местоположение мутаций на молекуле суперкина D10. Видно, что почти все мутации расположены на C‑спирали (Helix C) либо возле нее. Изображение из обсуждаемой статьи Aron M. Levin et al. в Nature

Эти суперкины (а особенно один из них, который исследователи назвали D10) были «прогнаны» по множеству различных тестов, в результате чего выяснились их свойства и стало более-менее понятно, почему они вцепляются в рецептор мертвой хваткой, в то время как обычный интерлейкин 2 только робко дотрагивается до него.

Дело в том, что все консенсусные мутации находились либо в самой C‑спирали, либо возле нее. Судя по всему, мутации как-то стабилизируют эту спираль (которая у исходного белка ведет себя довольно расхлябанно и болтается в разные стороны), в результате чего она крепче присоединяется к рецептору (рис. 3). Видимо, стабилизирующее действие CD25 как раз и проявляется в «прижимании» C‑спирали белка, что не позволяет белку отвалиться от рецептора.
 

Рис. 3. Различия в структуре между интерлейкином 2 (слева) и суперкином D10 (справа). Показаны три самых частых варианта конформации для каждого белка, наложенные на конформацию белка, связанного с рецептором. Видно, что C‑спираль у суперкина «шевелится» гораздо меньше, чем у обычного интерлейкина. Изображение из обсуждаемой статьи Aron M. Levin et al. в Nature

Результаты были восхитительны, но теперь предстоял следующий этап. Надо было выяснить, будут ли работать полученные суперкины на настоящих, живых клетках. Сколько воздушных замков, выстроенных учеными, растаяли в воздухе после этого этапа!

Однако в данном случае все было в порядке. Суперкины не только вызывали ответ в линиях человеческих естественных киллеров, но еще и вызывали его почти независимо от того, экспрессировали ли эти естественные киллеры CD25 или нет.

Но и этого было недостаточно. Некоторое время назад было показано, что высокие дозы интерлейкина 2 вызывают некоторую регрессию злокачественных опухолей (Krieg, C. et al., 2010. Improved IL-2 immunotherapy by selective stimulation of IL-2 receptors on lymphocytes and endothelial cells; Rosenberg, S. A. et al., 1985. Regression of established pulmonary metastases and subcutaneous tumor mediated by the systemic administration of high-dose recombinant interleukin 2). А что если там, где обычный интерлейкин 2 вызывает слабый эффект, суперкин вызовет эффект гораздо больший? Чтобы проверить это, исследователи посмотрели, как влияют инъекции одного из суперкинов, H9, на развитие четырех видов раковых опухолей у мышей.

Результаты вдохновляли: H9 ослаблял рост злокачественной опухоли на 70% сильнее, чем обычный интерлейкин 2, причем вид опухоли, судя по всему, не имел значения. Это говорит о большом потенциале данного вещества при использовании против всех видов раковых опухолей.

И все-таки в этой бочке меда есть и ложка дегтя, да еще какая. Игры с иммунитетом — опасная и непредсказуемая вещь. Вполне возможно, что данная разработка сможет значительно замедлить (а иногда и вовсе свести на нет) развитие рака. Но какие побочные эффекты она вызовет? Ученые выявили пока одно серьезное осложнение — инъекции суперкина вызывают у животных отек легких (правда, как оптимистично замечают исследователи, не столь серьезный, как при использовании интерлейкина 2). Однако возможно, что существуют другие вредные для здоровья последствия использования суперкинов, которые еще «вылезут» при дальнейших исследованиях.

Источники:
 1) Aron M. Levin, Darren L. Bates, Aaron M. Ring et al. Exploiting a natural conformational switch to engineer an interleukin-2 ‘superkine’ // Nature. V. 484. P. 529–533.
 2) Eric T. Boder. Protein engineering: Tighter ties that bind // Nature. V. 484. P. 463–464.

Источник: http://elementy.ru/

 

Организаторы:

Информационные партнеры:

Обратная связь © 2010 - РА "Позитив". При использовании материалов ссылка на www.novreal.ru обязательна.