חוקרים מהטכניון פיתחו משפחת מולקולות בשם R4VPs, המביאות לפירוק בו־זמני של שני חלבונים המסייעים לתאי סרטן לשרוד. התרכובות פגעו בתאי מלנומה עמידים ובתאי סרקומה שמקורם במטופלים, תוך פגיעה מועטה בתאים שאינם סרטניים. המחקר עדיין מצוי בשלב טרום־קליני
חוקרים מהטכניון פיתחו משפחה של תרכובות ניסיוניות המביאות לפירוקם של שני חלבונים בתוך התא ובכך דוחפות תאי סרטן אלימים ועמידים לטיפול לסוג של מוות תאי התלוי בברזל. בניסויים בתרביות תאים פגעו התרכובות בתאי מלנומה עמידים לטיפול ובתאי סרקומה שמקורם בגידולים של מטופלים, אך השפיעו פחות על תאים שאינם סרטניים.
המחקר, שהתפרסם בכתב העת Oncogene, הובל במשותף בידי ד"ר אביטל אוקנין־וייסמן וד"ר דיפנג'ן פנדה, ממעבדותיהם של פרופ' אמיר אורין, ראש מרכז רפפורט לחקר הסרטן וחבר הפקולטה לרפואה ע"ש רות וברוך רפפורט בטכניון, ושל פרופ' אשרף בריק מהפקולטה לכימיה ע"ש שוליך בטכניון. ([Nature][1])
לא לחסום את החלבון – אלא לפרק אותו
רבות מהתרופות הממוקדות נגד סרטן פועלות באמצעות חסימת פעילותו של חלבון הדרוש לגידול. אלא שלא כל חלבון מתאים לעיכוב באמצעות תרופה, ותאי סרטן עשויים גם לפתח מסלולים חלופיים ולהיעשות עמידים לטיפול.
הגישה שנבחנה במחקר מבוססת על פירוק ממוקד של חלבונים. במקום להצמיד לחלבון מעכב ולנסות לעצור את פעולתו, החוקרים תכננו מולקולה המגייסת את מנגנון פינוי החלבונים הטבעי של התא וגורמת לו לפרק את חלבון המטרה.
תרכובות מסוג זה מכונות PROTAC – קיצור של Proteolysis-Targeting Chimera. בעברית הציעו חוקרי הטכניון לכנותן פרקנים. אלה מולקולות דו־תפקודיות: צד אחד שלהן נקשר לחלבון המטרה, והצד האחר נקשר לאנזים ממשפחת ליגאזות האוביקוויטין. קירוב שני החלבונים גורם לסימון חלבון המטרה באוביקוויטין ולהעברתו לפירוק בפרוטאוזום – מערכת מיחזור החלבונים של התא. ([Nature][1])
שני חלבוני מטרה
התרכובות שפיתחו החוקרים נקראות R4VPs. הן מקשרות בין שני חלבונים: RNF4 ו־VHL, ששניהם אנזימים ממשפחת ליגאזות האוביקוויטין.
RNF4 ממלא תפקיד מורכב בתא. בגידולים מסוימים הוא מסייע לייצב חלבונים מעודדי סרטן, משתתף בתיקון נזקי DNA ומחזק מנגנונים המסייעים לתא הסרטני לשרוד. רמות גבוהות שלו נמצאו בחלק מדגימות המלנומה, הסרקומה וסוגי קרצינומה, והן נקשרו במחקרים קודמים לפרוגנוזה גרועה יותר.
החוקרים ביקשו לגרום לתא לפרק את RNF4 במקום לנסות לחסום את הפעילות האנזימטית שלו. אולם התרכובות שפיתחו פעלו באופן חריג: הן לא רק גרמו לפירוק RNF4, אלא הפחיתו במקביל גם את כמותו של VHL.
תוצאה זו החלישה שני מנגנוני הישרדות בעת ובעונה אחת. פירוק RNF4 הפחית את רמותיהם של חלבונים מעודדי סרטן שהוא מסייע לייצב, ובהם צורות פעילות של c-Myc ובטא־קטנין. הפחתת VHL תרמה להגברת רגישותם של התאים למוות מסוג פרופטוזיס. ([Nature][1])
מוות תאי התלוי בברזל
פרופטוזיס – Ferroptosis – הוא סוג של מוות תאי מבוקר הנובע מהצטברות נזקים חמצוניים בשומנים המרכיבים את קרום התא. התהליך תלוי בברזל ושונה מאפופטוזיס, מנגנון המוות התאי המתוכנן המוכר יותר.
תאים סרטניים מסוימים, ובייחוד תאים עמידים לטיפול, מפתחים מנגנונים המגינים עליהם מפני נזק חמצוני ומפרופטוזיס. אחת ממערכות ההגנה החשובות כוללת את החלבון GPX4, המונע הצטברות של תחמוצות מזיקות בשומני התא.
לפי המחקר, תרכובות R4VP נקשרו גם לחלבונים נוגדי פרופטוזיס ובהם GPX4 ושינו אותם. השילוב בין פירוק RNF4 ו־VHL לבין החלשת ההגנה מפני חמצון הביא להצטברות נזק בקרומי התאים ולמותם המהיר.
פגיעה מועדפת בתאים סרטניים
החוקרים בחנו את התרכובות בכמה מערכות תאיות. הן גרמו למוות מהיר של תאי מלנומה אנושיים שפיתחו עמידות למעכבי קולטני טירוזין קינאז ושל תאי סרקומה מסוגים שונים.
התרכובות נבדקו גם על תאי סרקומה ראשוניים שבודדו ישירות מגידולים של מטופלים. גם בתאים אלה נצפתה פגיעה משמעותית.
לעומת זאת, התרכובות כמעט שלא פגעו בכמה סוגים של תאים שאינם סרטניים ובתאים ראשוניים שנכללו בניסויים. החוקרים מצאו רגישות גבוהה במיוחד בתאים שנשאו שינויים מעודדי גידול במסלול EGFR, בעוד שתאים שהותמרו באמצעות שינויים מסוימים במסלול PI3K לא הגיבו באותה מידה. ממצא זה מצביע על כך שהטיפול העתידי, אם יבשיל, לא יתאים בהכרח לכל גידול ויחייב התאמה למאפיינים המולקולריים שלו. ([Nature][1])
המונח "סלקטיביות" בהקשר זה דורש זהירות. הוא מתאר את ההבדל שנמצא בין תאים סרטניים לתאים שאינם סרטניים בתנאי המעבדה. עדיין לא ידוע כיצד התרכובות יתפזרו בגוף, אילו רקמות ייחשפו אליהן ומה יהיו השפעותיהן על מערכות שלמות.
מחלבון מטרה לתגובה משולבת
ברוב תרכובות ה־PROTAC, אנזים אחד מגויס כדי לפרק חלבון מטרה אחר. במקרה הנוכחי שני החלבונים המקושרים – RNF4 ו־VHL – מתפרקים בעצמם. בכך התרכובת יוצרת תגובה כפולה ומחלישה בעת ובעונה אחת כמה מנגנונים המסייעים לתא הסרטני.
הגישה עשויה להיות חשובה במיוחד נגד גידולים ה"מכורים" לרמות גבוהות של RNF4. החוקרים מתארים את החלבון כמעין נקודת תורפה בתאים סרטניים מסוימים: הוא אינו הגורם היחיד להפיכת התא לסרטני, אך לאחר שהגידול התפתח הוא עשוי להזדקק לו כדי להמשיך לשרוד.
עם זאת, RNF4 אינו פועל תמיד כחלבון מעודד סרטן. בסוגים מסוימים של לוקמיה הוא עשוי דווקא להשתתף בפירוק חלבון סרטני. לכן כל טיפול המתמקד בו יצטרך להביא בחשבון את סוג הגידול ואת ההקשר המולקולרי.
הדרך לניסוי קליני עדיין ארוכה
המחקר הנוכחי אינו מוכיח שהתרכובות בטוחות או יעילות כתרופה. רוב הניסויים נערכו בתרביות של תאים סרטניים, לרבות תאים שמקורם בגידולי מטופלים. החוקרים מציינים כי השלב הבא צריך לכלול ניסויים בבעלי חיים שיבדקו את פיזור התרכובות בגוף, המינון, היעילות נגד גידול שלם ותופעות לוואי אפשריות.
רק לאחר מחקרים טרום־קליניים נוספים יהיה אפשר לשקול ניסויים בבני אדם. תרכובת המסוגלת להרוג תא סרטני בצלחת מעבדה עלולה להתפרק במהירות בגוף, לא להגיע אל הגידול או לפגוע ברקמות שלא נבדקו בניסוי התאי.
למאמר המדעי: פתיחת המאמר המדעי
עוד בנושא באתר הידען
- בינה מלאכותית מאפשרת לעקוב אחר MRI של סרטן השד בקצב של תמונה בשנייה
- גישה חדשה לטיפול בסרטן המוח מאלצת תאי גידול מורעבים בגלוקוז לקרוס מבפנים
- שלושה חוקרים ישראלים צורפו לאקדמיה הלאומית לממציאים בארה״ב
- הגן שמזרז את תחילת החיים – ועלול לגבות מחיר בגיל מבוגר
- ננו־חלקיקים בלי תרופה בלמו גידולי סרטן שד אלימים בניסוי פרה־קליני
