В сентябре 2015 года в журнале Biophysical Journal была опубликована статья PE and PS Lipids Synergistically Enhance Membrane Poration by a Peptide with Anticancer Properties об исследовании механизма противоопухолевого действия белка MP1. Один из авторов этого исследования, доктор Наталия Буэно Лейте из Университета штата Сан-Паулу, прокомментировал эту работу для англоязычного издания ИД «ПостНаука» Serious Science.

Что произошло

MP1 — это короткий пептид, найденный в составе яда бразильской осы Polybia Paulista. Было показано, что MP1 выборочно действует на раковые клетки (лейкемические клетки, клетки рака простаты и мочевого пузыря), ингибируя их пролиферацию, то есть, возможно, имеет потенциал как противоопухолевое средство. Несмотря на то, что противораковые свойства MP1 были известны, механизм действия этого белка изучен не был. Эволюция липидного состава в раковых клетках приводит к изменению заряда и текучести их мембран. Это может напрямую повлиять на их взаимодействие с молекулами, такими как биологически активные пептиды вроде МР1. Присутствие отрицательно заряженного фосфатидилсерина (ФС) во внешнем монослое раковых клеток может быть ключом к избирательности MP1. Однако биофизические исследования модельных мембран не показали значительного улучшения способности MP1 к нарушению мембран, содержащих ФС, в частности, в экспериментах с электрической характеризацией. Недавно было обнаружено, что липид фосфатидилэтаноламин (ФЭ) также присутствует в составе внешней оболочки клеток эндотелия опухоли, поскольку оба липида (ФС и ФЭ) регулируются одними и теми же транспортерами. Поэтому мы исследовали влияние присутствия ФС и ФЭ на способность MP1 нарушать модельные мембраны, чтобы понять, как аффинность MP1 к раковым клеткам зависит от липидного состава. Мы достигли этого путем совмещения техник циркулярного дихроизма, флуоресцентной спектроскопии, конфокальной и атомно-силовой микроскопии.

[post id = '44739']

Мы обнаружили, что присутствие липидов ФЭ и ФС значительно увеличило способность MP1 к нарушению мембран. Мы также обнаружили, что липиды ФС помогали белку связываться с мембраной благодаря благоприятному электростатическому притяжению. С другой стороны, по нашим наблюдениям, липиды ФЭ увеличивали восприимчивость мембраны к MP1, что приводило к повреждению мембран из-за образования в них больших отверстий, нарушавших их цельность. Одновременное присутствие липидов ФЭ и ФС в нашем исследовании оказалось важным, поскольку их действия комбинировались: благодаря ФС белки накапливаются на мембране, в то время как ФЭ увеличивает вероятность того, что мембрана будет «порвана» этими белками. Эксперименты с использованием конфокальной микроскопии на модельных мембранах показали, что, как только цельность мембраны как барьера нарушается, большие молекулы могут легко пройти сквозь нее. В настоящей клетке результатом этого будет утечка жизненно важных компонентов клетки, таких как РНК и белки. Атомно-силовая микроскопия показала разрушение этих мембран еще более явно.

Поразительно, но образование отверстий в мембранах, содержащих оба липида, наблюдалось практически сразу после добавления пептида MP1, и они были больше по размеру и численности, чем дефекты, возникавшие у мембран с другим составом, причем даже в случае более длительного наблюдения последних. Взятые вместе, наши открытия показывают, что патологические изменения в распределении липидов в раковых клетках могут служить механической базой для противоопухолевых свойств MP1. Важно отметить, что никакие из нынешних медикаментов против рака не используют эти изменения в мембранах раковых клеток. Следовательно, механизм действия MP1 может вдохновить ученых на развитие новой группы высокоэффективных и менее токсичных терапий от рака.

Предыстория

Биологически активные белки и, в частности, их потенциал в качестве новых антибиотиков служат объектом исследований уже более двадцати лет. Причиной этому то, что они выборочно действуют на бактериальные клетки, независимо от химических рецепторов, путем повреждения их микробных цитоплазматических мембран, что приводит к смерти клетки из-за нарушения целостности их мембраны и утечки их внутреннего содержимого. Среди них — пептиды с противораковым действием, такие как MP1. Около десяти лет назад мы начали исследовать действие MP1 в качестве антимикробного пептида на модельных мембранах. Однако примерно в 2008 году одна китайская группа показала, что он действует как ингибитор пролиферации клеток рака мочевого пузыря и простаты. Впоследствии мы начали пытаться разобраться в том, из-за чего возникает такая избирательность у этих белков. Первые наши эксперименты были над модельными мембранами, содержащими липиды ФС, что было попыткой таким образом симулировать электростатическую природу раковой клетки. Мы смогли наблюдать высокую аффинность MP1 к этим модельным мембранам, однако осознали, что эти исследования не давали полного объяснения противоопухолевому действию этого белка. Включение же липидов ФЭ в модельные мембраны и проведение экспериментов с использованием продвинутых технологий визуализации, таких как конфокальная и атомно-силовая микроскопия, позволило наблюдать действие MP1 напрямую в условиях, симулирующих свойства мембран раковых клеток. Это показало важность совместного действия ФС и ФЭ в липидном составе, и это действие значительно усиливает разрушительное действие MP1 на мембраны.

[post id='44133']

Перспективы

Судя по всему, MP1 не предназначен для эффективного уничтожения раковых клеток, и поэтому он в его нынешнем виде едва ли может быть использован в этих целях. Следовательно, в будущем следует сосредоточиться на изменении последовательности аминокислот в этом белке, чтобы сделать его более способным специфически действовать на раковые клетки. Теперь, когда мы, как нам кажется, понимаем механизм действия этого пептида, мы можем использовать эту информацию для того, чтобы принимать соответствующие решения о его модификации и тестировании его действия в будущих исследованиях.