Роль механизмов репарации в возникновении в клетке...

57
Министерство образования Российской Федерации Санкт-Петербургский государственный университет Физический факультет Кафедра молекулярной биофизики КУРСОВАЯ РАБОТА Тема: «Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину » Выполнил студент 3 курса, 314 группы, дневного отделения Физического факультета Коркош Вячеслав Сергеевич Научный руководитель кандидат физико-математических наук, старший преподаватель

Upload: viatcheslav-korkosh

Post on 22-Mar-2016

249 views

Category:

Documents


3 download

DESCRIPTION

Рассмотрение данных вопросов.

TRANSCRIPT

Page 1: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

Министерство образования Российской ФедерацииСанкт-Петербургский государственный университет

Физический факультетКафедра молекулярной биофизики

КУРСОВАЯ РАБОТА

Тема:

«Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину »

Выполнил студент3 курса, 314 группы,дневного отделения

Физического факультетаКоркош Вячеслав Сергеевич

Научный руководителькандидат физико-математических наук, старший преподаватель

Поляничко Александр Михайлович

Санкт-Петербург2009

Page 2: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

Оглавление.

I. Рак: что это и как с ним бороться?........................................2a. Биологические основы канцерогенеза.................................................2

b. Методы лечения................................................................................... 4

c. Химиотерапия...................................................................................... 5

d. Координационные соединения, их строение и свойства............... 8

II. Цисплатин и его действие......................................................11a. Биологические мишени цисплатина в клетке.............................. 12b. Изменения в функциональности клеток, индуцированные

цисплатином…………………………………………………………16c. Взаимодействие белков с платиновыми аддуктами…………... 20

d. Классификация механизмов репарации в клетках……………... 25

e. Почему клетки могут приобретать сопротивляемость к

химиотерапии?................................................................................... 34

III. Заключение.................................................................................39IV. Список литературы..................................................................41

1

Page 3: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

Рак: что это и как с ним бороться?Рак и сердечно-сосудистые заболевания являются главной причиной смерти

большинства людей пожилого возраста [1]. В условиях современной жизни человек

постоянно подвергается воздействию канцерогенных факторов, поэтому опасность

заболевания раком крайне высока. Лечение раковых опухолей представляет собой крайне

тяжёлый процесс, требующий от врачей и учёных, разрабатывающих способы лечения,

полного понимания тех процессов, которые происходят в клетках опухоли. К счастью,

современные методы исследований позволяют достаточно ясно и подробно описать действия

заболевания на клетки и, соответственно, способы борьбы с ним.

Биологические основы канцерогенеза.Раковые опухоли – класс заболеваний, при которых группа клеток проявляет

несколько вредоносных свойств [2]:

-неконтролируемое деление (рис. 1);

Рис. 1. Процесс неконтролируемого деления клетки.

2

Page 4: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

-инвазию (проникновение и разрушение близлежащих тканей);

-метастаз (распространение по другим участкам тела через кровь и лимфу);

Раковые опухоли относятся к классу так называемых «злокачественных опухолей»,

т.е. опухолей, которым соответствуют вышеперечисленные свойства, что отличает их от

группы «доброкачественных опухолей», которые, фактически, являются просто

паразитными клеточными образованиями, не способными к инвазии и метастазу, однако

могущие переходить в злокачественные с течением времени.

Причиной возникновения раковых опухолей чаще всего являются отклонения в

генетическом коде клеток, что приводит к значительному количеству изменений в них (рис.

2). Такие изменения могут быть вызваны как канцерогенными факторами (курение,

радиация, химические препараты), так и ошибками в репликации ДНК или врождёнными

ошибками. Отклонения в генетическом коде обычно затрагивают два класса генов:

-онкогены – гены, активирующиеся в раковых клетках, тем самым ускоряя процесс

деления, защищая от апоптоза (апоптоз - запрограммированная гибель клетки в ответ на

внешние или внутренние сигналы [3]) и позволяя им вторгаться в другие ткани.

-гены опухолевой супрессии – гены, деактивирующиеся в раковых клетках, что

приводит к потере нормальной функциональности клетки, а также ошибкам в клеточных

процессах (репликация, транскрипция и т.д).

Рис. 2. Изменения в раковых клетках, по отношению к здоровым [5].

3

Page 5: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

Существует свыше 100 различных видов раковых заболеваний, называемых по типу

клеток или органов, в которых они образуются [4]. Соответственно, существует множество

способов лечения рака, которые применяются либо только к одному из видов рака, либо

только в комплексе с другими методами.

Методы лечения.Многие злокачественные опухоли являются неизлечимыми или плохо излечимыми и

часто приводят к смерти больного. Однако во многих случаях излечение возможно.

Серьёзным фактором, определяющим успех лечения, является ранняя диагностика. Исход

лечения в огромной степени определяется степенью развития опухолевого процесса, его

стадией.

В настоящее время применяются следующие виды лечения [2,4]:

1. Удаление опухоли (хирургический метод). Поскольку раковые клетки могут

встречаться и вне опухоли, её удаляют с запасом. Если всё же раковые клетки есть вне

удалённого органа или его части, операция не мешает им образовать метастазы. Более того,

после удаления первичной опухоли рост метастазов ускоряется. Тем не менее, этот метод

часто излечивает рак, если делать операцию на достаточно ранней стадии. Хирургическое

удаление опухоли может быть осуществлено как с помощью традиционного холодного

инструментария, так и с применением новых инструментов (лазер, радиочастотный нож,

ультразвуковой скальпель и др.).

2. Химиотерапия. Используются лекарства, направленные против быстро

делящихся клеток. Лекарства могут подавлять репликацию ДНК, мешать разделению

клеточной оболочки на две и т. д. Однако, кроме раковых клеток, в организме интенсивно и

быстро делятся и многие здоровые, например, клетки эпителия (тонкого слоя ткани,

покрывающего поверхность или полость органа) желудка. Их тоже повреждает

химиотерапия. Поэтому химиотерапия приводит к тяжёлым побочным эффектам. После

прекращения химиотерапии здоровые клетки восстанавливаются.

3. Радиотерапия. Облучение убивает раковые клетки, повреждая их генетический

материал, в то время как здоровые клетки терпят меньший вред. Для облучения используют

гамма-излучение (коротковолновые фотоны, они проникают на любую глубину), нейтроны

(проникают только на ограниченную глубину) и электроны (проникают на очень небольшую

глубину; используются для лечения рака кожи и подкожных клеток).

4. Фотодинамическая терапия препаратами, которые могут разрушать клетки

злокачественной опухоли под воздействием светового потока определенной длины волны.

4

Page 6: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

5. Гормональная терапия. Гормональная терапия использует реакцию некоторых

органов на гормоны. Так, при раке простаты используют женский гормон эстроген, при раке

груди — лекарства, подавляющие действие эстрогена. Гормональная терапия является

паллиативным (временным) лечением: сама по себе она не может излечить рак, но может

продлить жизнь или улучшить шансы на излечение в сочетании с другими методами.

6. Иммунотерапия. Иммунная система стремится уничтожить опухоль, однако

она не в состоянии это сделать (самопроизвольного излечения при раке не бывает).

Иммунотерапия помогает иммунной системе бороться с опухолью, заставляя её атаковать

опухоль эффективнее или делая опухоль более чувствительной. Иногда для этого

используется интерфероны. Интерфероны — общее название, под которым в настоящее

время объединяют ряд белков со сходными свойствами, выделяемые клетками организма в

ответ на вторжение вируса. Благодаря интерферонам клетки становятся невосприимчивыми

по отношению к вирусу. Иммунотерапия тоже является паллиативным методом.

7. Нагревание опухоли приводит к гибели раковых клеток. Этот метод лечения

имеет небольшую, но всё же ненулевую паллиативную ценность.

8. (Экспериментальный) Ангиостатические лекарства — лекарства, которые

мешают образованию капилляров в опухоли, после чего раковые клетки погибают,

лишённые доступа крови.

9. (Экспериментальный) Генная терапия — введение в опухоль генов,

заставляющих клетки гибнуть (самопроизвольно или под влиянием химиотерапии) или не

дающих им размножаться.

Существуют и другие возможные пути лечения рака, однако же ни один из них не

является 100% рабочим, поэтому нет смысла упоминать о них в данном контексте. Каждый

из методов имеет как свои достоинства, так и недостатки, поэтому обычно процесс лечения

состоит из различных комбинаций данных методов. Чаще всего при лечении рака применяют

комбинацию из хирургического метода, радио- и химиотерапий, однако наиболее сложным и

неизученным из этих методов является, как это ни парадоксально звучит, химиотерапия.

Химиотерапия.Химиотерапия является одним из самых действенных и в то же время самых спорных

методов лечения рака. Препараты, используемые в химиотерапии замедляют митоз, тем

самым препятствуя неограниченному росту клеток и активируют апоптоз, уничтожая их

[2,3].

На данный момент существует значительное количество различных препаратов,

использующихся для лечения рака, но самым успешным, безусловно, является цис-

5

Page 7: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

диаминдихлороплатина или цисплатин. Несмотря на то, что само соединение было впервые

найдено ещё в 1845 году, цитостатическое действие соединений платины было открыто Б.

Розенбергом лишь в начале 1960-х годов при наблюдении влияния электрического тока на

рост бактерий [6]. В опытах Розенберга образующиеся при электрохимической коррозии

платиновых электродов комплексные соединения платины вызывали нарушение деления и

гибель клеток кишечной палочки [7]. Было обнаружено, что наиболее выраженным

биологическим действием обладает цис-диаминдихлороплатина. Последующие испытания

на мышах выявили противоопухолевую активность этого соединения.

Несмотря на весьма успешное использование цисплатина для лечения больных раком

(к примеру, рак яичек излечивается цисплатином с вероятностью свыше 90% при ранней

диагностике [7]), клиническое применение препарата ограничивается наличием

значительного количества побочных эффектов [2, 3]:

-Со стороны пищеварительной системы: тошнота, рвота, стоматит (поражение

слизистой оболочки полости рта), анорексия (полный или частичный отказ от приёма пищи).

-Со стороны системы кроветворения: лейкопения (снижение количества лейкоцитов в

периферической крови), анемия (снижение концентрации гемоглобина в крови при

одновременном уменьшении числа эритроцитов), тромбоцитопения (снижение количества

тромбоцитов).

-Со стороны ЦНС: судороги, периферическая невропатия, неврит зрительного нерва,

нарушения световосприятия, ототоксичность (повреждения слухового аппарата).

-Со стороны обмена веществ: гиперурикемия (повышенное содержание мочевой

кислоты в крови), гипокальциемия (нехватка сывороточного кальция в крови),

гипомагниемия (нехватка сывороточного магния в крови), синдром неадекватной секреции

АДГ (АДГ - антидиуретический гормон, гормон задней доли гипофиза).

-Со стороны репродуктивной системы: аменорея (отсутствие менструаций в течение 6

мес. и более), азооспермия (отсутствие сперматозоидов или клеток сперматогенеза в

эякуляте).

-Со стороны сердечно-сосудистой системы: тахикардия (увеличение частоты

сердечных сокращений от 90 уд в 1 мин.), артериальная гипотензия (снижение уровня

артериального давления).

-Аллергические реакции: кожная сыпь, ангионевротический отек, осиплость голоса.

-Прочие: нефротоксическое действие (поражение почек).

На данный момент существует множество разработок, призванных устранить или

приуменьшить влияние побочных эффектов цисплатина. В первую очередь необходимо

6

Page 8: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

понять, как действует препарат на клетку, что позволит управлять механизмами реакций.

Параллельно с исследованиями в этой области, химики продолжают разработку новых

противоопухолевых препаратов на основе платины (рис. 3), часть из которых может

использоваться для лечения некоторых видов рака, действуя по схожему принципу, что и

цисплатин. Другие препараты могут иметь другое строение и принципы действия. Принято

разделять препараты на три группы:

-препараты первого поколения: собственно цисплатин.

-препараты второго поколения: карбоплатин, оксаплатин.

-препараты третьего поколения: препараты, не имеющие цис-изомерии и

классических лигандов, входящих в состав препаратов первого и второго поколения.

Рис. 3. Примеры противоопухолевых координационных соединений на основе Pt [6].

7

Page 9: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

Большинство препаратов на основе платины относятся к группе так называемых

«координационных соединений».

Координационные соединения, их строение и свойства. Комплексные соединения (лат. complexus — сочетание, обхват) или, другими

словами, координационные соединения — это частицы (нейтральные молекулы или ионы),

которые образуются в результате присоединения к данному иону (или атому), называемому

комплексообразователем (центральным атомом или металлоцентром; в современной научной

литературе доминирует термин "металлоцентр"), нейтральных молекул или других ионов,

называемых лигандами [8.9].

Согласно координационной теории Вернера, в каждом комплексном соединении

различают внутреннюю и внешнюю сферы. Внутренняя сфера - это собственно комплексная

частица - катион или анион, или вовсе незаряженная. Внутреннюю сферу образуют

центральный атом или ион, называемый комплексообразователем, и непосредственно

связанные с ним частицы - атомы, ионы или молекулы, называемые лигандами. Лиганды

располагаются в пространстве вокруг центрального атома (координируются) определенным

образом, а именно так, чтобы их взаимное отталкивание было минимальным. Количество

лигандов определяется координационным числом комплексообразователя, но чаще всего оно

равно 6, 4 или 2. Остальные частицы комплексного соединения (противоионы)

располагаются во внешней сфере. Суммарный заряд ионов внешней сферы должен быть

равен по величине и противоположен по знаку заряду комплексного иона, т.к. комплексное

соединение в целом электронейтрально.

Если написать электронные конфигурации центральных атомов или ионов,

участвующих в комплексообразовании, то окажется, что для них характерно наличие одной

или нескольких свободных орбиталей, которые они могут предоставлять для образования

ковалентных связей по донорно-акцепторному механизму и выступать, таким образом, в

качестве акцепторов. Наибольшее число таких связей, называемых координационными,

могут образовывать переходные металлы, поскольку большинство из них имеет

значительное число вакантных орбиталей.

Высокая устойчивость многих координационных соединений как в кристалле, так и в

растворах, указывает, что химическая связь в них не отличается по своей природе от

химической связи в обычных ионных или ковалентных соединениях. Поэтому для

объяснения природы химической связи в комплексах следует использовать те же идеи и

принципы. Существует несколько теорий, объясняющих природу химической связи в

координационных соединениях:

8

Page 10: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

1. Электростатическая теория. Согласно электростатической теории (Коссель,

Магнус, 1916-1922 г.) взаимодействие между комплексообразователем и ионными или

полярными лигандами подчиняется закону Кулона. Сами лиганды рассматриваются как

точечные заряда. Устойчивый комплекс образуется в том случае, когда силы притяжения

лигандов к ядру комплекса уравновешивают силы отталкивания между лигандами. Для

комплексов с координационными числами 2,4,6 это соответствует линейному,

тетраэдрическому или октаэдрическому расположению лигандов вокруг центрального атома,

что обеспечивает минимальное отталкивание между ними. Таким образом,

электростатическая модель наглядна и удобна. Она позволяет оценить устойчивость ряда

комплексов, их стереохимические особенности, координационное число

комплексообразователя. Однако, с ее помощью нельзя объяснить существование

нейтральных комплексов, в которых исключено электростатическое взаимодействие частиц,

а также такие практически важные свойства комплексов, как магнитные и оптические.

2. Метод валентных связей. Согласно методу валентных связей, при образовании

комплекса между центральным атомом и лигандами возникают ковалентные связи по

донорно-акцепторному механизму. В качестве доноров электронов выступают лиганды,

имеющие по крайней мере одну неподеленную пару электронов каждый. Акцептором

является центральный атом, предоставляющий свободные орбитали. Поэтому естественным

кажется допущение Полинга о том, что орбитали комплексообразователя, участвующие в

донорно-акцепторном взаимодействии, подвергаются гибридизации. Вид гибридизации, а,

следовательно, и структура образующегося комплекса определяются, главным образом,

электронным строением центрального иона и природой лигандов. Таким образом,

основываясь на электронной структуре комплексов, которую устанавливает метод валентных

связей, можно делать вывода об иx магнитных свойствах, реакционной способности и

некоторых других характеристиках. Однако, МВС не дает ответа на многие другие вопросы,

связанные со строением и свойствами комплексов. В частности, остаются неясными

причины искажения правильных структур комплексов и их оптические свойства.

3. Теория кристаллического поля. В теории кристаллического поля лиганды

рассматриваются как источник создаваемого ими электростатического поля. Химическая

связь между комплексообразователем и лигандом считается ионной или ион-дипольной .

Основное внимание уделено воздействию поля лигандов на состояние валентных d-

электронов комплексообразователя. Электронные оболочки лигандов вообще не

рассматриваются. Таким образом, теория кристаллического поля позволяет достаточно

надежно и убедительно объяснить многие важные факты химии координационных

9

Page 11: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

соединений: координационные числа, пространственные структуры, магнитные и оптические

свойства.

4. Метод молекулярных орбиталей. Теория молекулярных орбиталей (МО) дает

представление о распределении электронной плотности и объясняет свойства молекул. В

этой теории квантово-механические зависимости для атома распространены на более

сложную систему — молекулу. Молекула рассматривается как целое, а не как совокупность

сохранивших индивидуальность атомов. В молекуле (как и в атоме) имеются дискретные

энергетические состояния отдельных электронов (молекулярные орбитали) с их

самосогласованным движением в поле друг друга и всех ядер молекулы.

Одна из причин, по которой химия комплексных соединений очень сложна, состоит в

их склонности к образованию различных изомерных форм. Под изомерией комплексов

понимают отличив комплексов одинакового состава, обусловленное либо неодинаковым

пространственным расположением лигандов по отношению к центральному атому, либо

распределением каких-либо частиц между внешней и внутренней сферами, либо способом

связи лиганда. В связи с этим различают геометрическую, оптическую, сольватную,

ионизационную, координационную и другие виды изомерии.

Существует два разных вида устойчивости комплексов - термодинамическая и

кинетическая. В первом случае необходимо говорить об энергиях связи металл-лиганд,

константах устойчивости или окислительно-восстановительных потенциалах, которые

характеризуют стабилизацию валентного состояния, во втором (для комплексных ионов в

растворе) - о скоростях и механизмах химических реакций (замещения, изомеризации,

рацемизации и реакций с переносом электронов).

Почему же именно координационные соединения платины и других тяжёлых

металлов обнаруживают противоопухолевые свойства? Ответ на данный вопрос лежит в

сфере кинетики замены лигандов. Связь между центральным атомом платины и лигандами

обладает термодинамической устойчивостью, свойственной всем координационным

соединениям, которая является гораздо слабее ковалентных связей. Благодаря этому такие

платиновые комплексы обладают высокой кинетической стабильностью и реакции по

замене лигандов растягиваются на минуты и дни, вместо более типичных микросекунд и

секунд.

10

Page 12: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

Цисплатин и его действие.

Химиотерапия – один из главных методов лечения рака – тесно связана с

применением координационных соединений на основе платины, причём наиболее

распространённым является цис-диаминдихлороплатина или цисплатин. Основной

проблемой использования таких препаратов является их цитотоксичность. Несмотря на то,

что впервые цисплатин был использован около 30 лет назад, до сих пор не существует

единой теории, полностью объясняющей принципы его работы и причины проявления

цитотоксичности. Обширные исследования в этой области, проведённые за последние годы,

хотя и дали множество ответов на те вопросы, которые стояли раньше, но в то же время

задали ещё больше новых вопросов. Каждый год появляются новые факты, которые

зачастую опровергают те, казалось бы, незыблемые истины, которые уже были установлены.

Дополнительные сложности для учёных создаёт тот факт, что большинство исследований

проводятся in vitro и зачастую клинические испытания in vivo не подтверждают ранее

полученные данные.

Одной из важнейших проблем, которую всё ещё предстоит решить исследователям,

является причина возникновения в клетках сопротивляемости к воздействию препарата, что

значительно затрудняет лечение. Сопротивляемость в клетках может быть как

наследственной, так и приобретённой в процессе лечения. Но для того, чтобы понять, из-за

чего такая сопротивляемость может возникать, необходимо сначала досконально изучить

механизмы и принципы работы цисплатина. Поэтому одним из первых вопросов, которые

необходимо разобрать, является вопрос о действие препарата при попадании в клетку, как

заражённую, так и здоровую.

Биологические мишени цисплатина в клетке.Цисплатин, введённый в кровь, гидролизуется с характерным временем реакции

порядка 2 часов, после чего попадает в клетку. Механизм проникновения препарата через

клеточную мембрану точно неизвестен, однако предполагается, что он обуславливается

пассивной диффузией и медным транспортёром Ctr1.

Что происходит в дальнейшем – не совсем ясно. Принято считать, что основной

мишенью цисплатина является ДНК, однако, существует набор других биологических целей,

на которые может воздействовать цисплатин:

-РНК;

-белки;

11

Page 13: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

-мембранные фосфолипиды и фосфатидилсерин;

К сожалению, на данный момент известно очень мало о том, как именно цисплатин

может взаимодействовать с этими частями клетки, хотя в последнее время исследования в

этой области стали проводится более интенсивно.

Куда лучше известно о том, как цисплатин взаимодействует в клетке с ДНК. В клетке

препарат образует монофункциональный аддукт с ДНК (характерное время реакции ≈ 0.1

часа), замещая молекулу воды атомом азота, находящегося на позиции 7 в структуре гуанина

(рис. 4). После этого свыше 90% монофункциональных аддуктов переходят в

бифункциональные аддукты за счёт гидролиза второго атома хлора в составе цисплатина

(характерное время реакции совпадает со временем первого гидролиза и составляет порядка

2 часов) и замены воды на атом азота, входящий в состав гуанина или аденина (рис. 4).

рис. 4. Процесс образования GG внутринитевых сшивок.

Всего, образуется несколько видов аддуктов (рис. 5) [10]:

1. Бифункциональные аддукты.

a. Внутринитевые.

i. 1, 2 - (cis-GG), 47-50% от общего количества аддуктов согласно [7] или

60-65% согласно [23];

ii. 1, 2 - (cis-AG), 23-28%;

iii. 1, 3 - (cis-GNG), 8-10%;

b. Межнитевые, 8-10%.

2. Монофункциональные аддукты, менее 2%.

12

Page 14: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

Образование данных аддуктов влияет на структуру ДНК, изгибая и раскручивая

двойную спираль (таблица 1). Хорошо видно, что изменения в геометрии цепи могут быть

достаточно существенными.

рис. 5. Виды аддуктов, образуемых цисплатином [10].

13

Page 15: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

Последовательность

ДНК

Метод

исследований

Угол изгиба

(град.)

****

Закрученность

спирали

(град.)

Расположение

Pt

Раскручивание

(град.)

d{CCTCTG'G'TCTCC}-

d{GGAGAC C AGAGG}Рентген 39-55 32

большая

бороздка**н/о**

d{CCTCTG'G'TCTCC}-

d{GGAGAC'C'AGAGG}ЯМР* 78 27

большая

бороздкан/о

d{CCTG'G'TCC}-

d{(GGAC'C'AGG}ЯМР 58 25-

большая

бороздка21

d{GACCATATG'G'TC}-d

{GACCATATG'G'TC}ЯМР 40 н/о

большая

бороздкан/о

d{CTCTCG'G'TCTC}-

d{GAGACC'G'AGAG}

Парамагнетический

ЯМР-80 26"

большая

бороздкан/о

d{CTCA'G'CCTC}-

d{GAGG'C'TGAG}

ЯМР и

моделирование55 н/о

большая

бороздкан/о

d{CTCTAG'TG'CTCAC}-

d{GTGAGC'AC'TAGAG}ЯМР 20-24 н/о

большая

бороздка19

d{CCTCG'CTCTC}-

d{GAGAG'CGAGG}Рентген 47 н/о

малая

бороздка70

d{CATAG'CTATG}-

d{CATAG'CTATG}ЯМР 20 н/о

малая

бороздка-80

d{CCTCG'CTCTC}-

d{GAGAG'CGAGG}Рентген 40 н/о

малая

бороздка76

*ЯМР – ядерный магнитный резонанс, резонансное поглощение электромагнитной энергии веществом,

содержащим ядра с ненулевым спином во внешнем магнитном поле, обусловленное переориентацией

магнитных моментов ядер.

**

14

Page 16: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

***н/о – значение не определено.

****Пример искривления ДНК в месте образования аддукта.

Таблица 1. Деформация ДНК платиновыми аддуктами [7].

Следующей ступенью, которую необходимо было преодолеть для понимания

механизмов возникновения сопротивляемости в клетки, стало понимание тех процессов,

которые происходят в клетке уже после того, как цисплатин вступит во взаимодействие со

своими биологическими мишенями. Необходимо понять, что изменяется в клетке после того,

как она была подвергнута лечению цисплатином.

Изменения в функциональности клеток, индуцированные

цисплатином.На данный момент все ещё не существует какой-либо общепринятой концепции,

которая могла бы объяснить, как изменяется функционирование клетки, которая был

подвержена действию цисплатина. Несмотря на то, что известно как именно цисплатин

взаимодействует с ДНК и какие виды аддуктов он образует, мы всё равно не можем сколь

либо определённо утверждать, что хотя бы один из приведённых ниже механизмов

возможного вмешательства этих аддуктов в нормальное функционирование клетки является

критичным для клинической активности препарата. И уж тем более ничего определённого

нельзя сказать о том, как могут влиять на клетку действия цисплатина на прочие

биологические мишени. Однако на сегодняшний момент учёными предложен определённый

15

Page 17: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

набор механизмов, нарушение которых может объяснить клиническую активность

препарата:

1. Репликация. Репликация ДНК — это процесс синтеза дочерней молекулы

дезоксирибонуклеиновой кислоты, который происходит в процессе деления клетки на

матрице родительской молекулы ДНК. При этом генетический материал, зашифрованный в

ДНК, удваивается и делится между дочерними клетками. Исследования показали, что

цисплатин способен блокировать репликацию, тем самым не позволяя синтезировать новые

клетки [7]. Однако хоть этот механизм и может играть существенную роль в активности

препарата, его недостаточно для объяснения всех свойств цисплатина.

Рис. 6. Схематическое изображение процесса репликации, цифрами отмечены: (1) запаздывающая нить,

(2) лидирующая нить, (3) ДНК полимераза (Polα), (4) ДНК лигаза, (5) РНК праймер, (6) ДНК праймаза, (7)

фрагмент Оказаки, (8) ДНК полимераза (Polδ), (9) хеликаза, (10) одиночная нить со связанными белками, (11)

топоизомераза.

2. Транскрипция. Транскрипция — процесс синтеза РНК с использованием ДНК в

качестве матрицы, происходящий во всех живых клетках. Другими словами, это перенос

генетической информации с ДНК на РНК (рис. 7). Цисплатин способен останавливать

транскрипцию, тем самым задерживая развитие клетки и, при высоких концентрациях

препарата, приводить к апоптозу.

16

Page 18: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

Рис. 7. Транскрипция (схема). Бледно розовый — ДНК; темно-розовый — РНК; зеленый, голубой,

сине-зеленый — субъединицы РНК-полимеразы.

3. Теломеры и теломераза. Теломеры (от греч. telos — конец и meros — часть) —

концевые участки хромосом (рис. 8). Теломерные участки хромосом характеризуются

отсутствием способности к соединению с другими хромосомами или их фрагментами и

выполняют защитную функцию. Теломераза — фермент, добавляющий особые

повторяющиеся последовательности ДНК (ТТАГГГ у позвоночных) к 3'-концу цепи ДНК на

участках теломер, которые располагаются на концах хромосом в эукариотических клетках.

Теломеры содержат уплотненную ДНК и стабилизируют хромосомы. При каждом делении

клетки теломерные участки сокращаются. Исследования показали, что в клетках, на которые

воздействовали цисплатином, наблюдается укорачивание теломерного участка, что приводит

к гибели этих клеток. В то же время существует предположение, что препарат способен

влиять в том числе и на экспрессию теломеразы.

17

Page 19: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

рис. 8. Расположение теломерных участков на цепи ДНК.

4. Апоптоз. Апоптоз (греч. απόπτωσις — опадание листьев) — явление

программируемой клеточной смерти, сопровождаемой набором характерных цитологических

признаков (маркеров апоптоза) и молекулярных процессов, имеющих различия у

одноклеточных и многоклеточных организмов. Апоптоз — форма гибели клетки,

проявляющаяся в уменьшении ее размера, конденсации и фрагментации хроматина,

уплотнении наружной и цитоплазматической мембран без выхода содержимого клетки в

окружающую среду. Несмотря на то, что обычно более принципиальным является аспект

программированности и активный характер гибели, чем сопутствующие ей морфологические

изменения, чаще используется термин «апоптоз», вероятно, из-за его краткости. Считается,

что цисплатин способен активировать в клетках процесс апоптоза, однако же точной

информации на этот счёт нет.

5. Некроз. Некроз - это патологический процесс, выражающийся в местной

гибели ткани в живом организме в результате какого-либо экзо- или эндогенного её

повреждения. Некроз проявляется в набухании, денатурации (потеря белковыми веществами

их естественных свойств (растворимости, гидрофильности и др.) вследствие нарушения

пространственной структуры их молекул) и коагуляции цитоплазматических белков,

разрушении клеточных органелл и, наконец, всей клетки. Как показывают исследования,

цисплатин способен убивать клетки как за счёт инициации апоптоза, так и за счёт некроза.

Существует предположение, что активируется тот или иной механизм, в зависимости от

уровня АТФ (аденозинтрифосфат) в крови.

Кроме воздействия на перечисленные выше процессы, цисплатин также может

оказывать действие на клетку за счёт своей способности связываться с различными белками.

18

Page 20: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

Взаимодействие белков с платиновыми аддуктами.На данный момент обнаружено и описано значительное количество белков,

связывающихся с ДНК в местах прикрепления платины. Эти белки можно разделить на 4

группы [2, 3, 7, 11]:

1. Репаративные белки. Они будут рассмотрены далее, вместе с репаративными

механизмами в клетке.

2. Белки, содержащие HMG-домен (HMG-белки). HMG-домен – последовательность

из 80 аминокислот, способная распознавать повреждённые участки ДНК и прикрепляться к

ним (рис. 9, 10). Белки этого класса обладают гомологией с хромосомными белками,

принадлежащими к группе негистоновых белков с высокой электрофоретической

подвижностью (HMG) . Участок гомологии содержит ДНК-связывающий домен, который в

одних случаях, как и у HMG1 , обеспечивает белкам неспецифическое взаимодействие с

ДНК, а в других (например, у фактора LEF-1 ) - сайт-специфическое. Белки этого класса

отличаются разнообразием функций. Некоторые из них (например, HMG1) не считаются

транскрипционными факторами, поскольку являются лишь структурными компонентами и

не обладают способностью узнавать специфические последовательности ДНК. Другие HMG-

факторы, такие как SRY , обладают некоторой специфичностью при связывании с

нуклеотидными последовательностями, но преимущественно распознают определенные

структурные особенности ДНК. По- видимому, их роль состоит, главным образом, в

создании конформации ДНК, наиболее подходящей для активации транскрипции. Такие

факторы, как LEF-1, могут быть истинными активаторами транскрипции с известным транс-

активационным доменом. Все они имеют типичный HMG-домен в форме буквы L. L-

образный HMG-домен состоит из трех альфа-спиралей и протяженного участка

полипептидной цепи, следующего за N-концом первой спирали. Эта протяженная область,

совместно с первой спиралью, содержащей излом, образует длинное плечо "L", тогда как

первая и вторая спирали формируют короткое плечо. Связывание такого фактора по малой

бороздке приводит к резкому изгибу ДНК более чем на 90 градусов в сторону,

противоположную связавшемуся белку. Общая топология этого ДНК-белкового комплекса

немного напоминает топологию комплекса, формируемого ТВР с ТАТА-боксом

19

Page 21: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

.рис. 9. Структура А-домена.

рис. 10. Структура Б-домена.

20

Page 22: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

3. Белки – транскрипционные факторы. Факторы транскрипции — белки́,

контролирующие перенос информации с молекулы ДНК в структуру мРНК

(транскрипцию) путем связывания со специфичными участками ДНК (рис. 11).

Транскрипционные факторы выполняют свою функцию самостоятельно либо в

комплексе с другими белками. Они обеспечивают снижение (репрессоры) или

повышение (активаторы) константы связывания РНК-полимеразы с регуляторными

последовательностями регулируемого гена.

рис. 11. TATA-связывающий белок/транскрипционный фактор TF(II)B в комплексе с ДНК из археи

Pyrococcus woesei по результатам рентгеноструктурного анализа. Сверху — схематичное изображение

третичной структуры, снизу — молекулярной поверхности комплекса.

4. Гистоновые белки или гистоны (H1). Гистоны — основной класс

нуклеопротеинов, ядерных белков, необходимых для сборки и упаковки нитей ДНК в

хромосомы. Существует пять различных типов гистонов, названных H1, H2A, H2B, H3 и H4.

Последовательность аминокислот в этих белках практически не различается в организмах

различного уровня организации. Гистоны — небольшие, сильно основные белки,

ассоциированные непосредственно с ДНК. Они принимают участие в структурной

организации хроматина, нейтрализуя за счет положительных зарядов аминокислотных

остатков отрицательно заряженные фосфатные группы ДНК, что делает возможной плотную

упаковку ДНК в ядре.

21

Page 23: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

рис. 12. Организация хроматина и аминокислотная последовательность гистона H4 для различных организмов.

Все перечисленные выше белки могут играть роль в механизме воздействия

цисплатина на нормальное функционирование клетки. Однако, несмотря на значительное

количество различных предположений и теорий нельзя с уверенностью сказать, как именно

они влияют на клетку. В таблице 2 приведены данные по белкам, взаимодействующим с

модифицированной ДНК. Как видно, функции многих белков до сих пор неизвестны.

22

Page 24: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

Белок Функция Kda

Специфичность

(p)a

Репаративные белки

XPE (UV-DRP)Потенциальная вспомогательная роль в

эксцизионной репарации нуклеотидов (ЭРН)*н/о н/о

XPAБелок, ответственный за распознавание повреждений

в ЭРНн/о н/о

RPAБелок, ответственный за распознавание повреждений

в ЭРНн/о 4-6-кратная

XPC-HR23BБелок, ответственный за распознавание повреждений

в ЭРНн/о н/о

MutSα, MSH2Белки, распознающие повреждения в репарации

несовпадений (РН)67 нм н/о

DNA-PKУчаствует в V(D)J рекомбинации, принимает участие

в репарации двухцепочных разрывов0,11 нм н/о

ДНК фотолиаза Репарация циклобутановых пиримидиновых димеров 50 нм н/о

T4 эндонуклеаза VII Раскалывает ветвистые ДНК-структуры н/о н/о

Белки, содержащие HMG-домен

Человеческий

SSRP1Участвует в элонгации транскрипции н/о н/о

T160 Участвует в V(D)J рекомбинации н/о н/о

Дрозофилы SSRP1 Неизвестно н/о н/о

HMG1 Неизвестно0,3-370

нм100-кратная

HMG2 Неизвестно 0,2 нм н/о

Ixr1Фактор транскрипции, регулирующий Cox5b

промоутер250 нм 10-кратная

HMG-D Аналог HMG1 у дрозофил 200 нм 2-3-кратная

mtTFA Фактор транскрипции в митохондриях 100 нм н/о

hUBF Фактор транскрипции рибосомальной РНК 60 пм н/о

tsHMG Неизвестно 24 нм 230-кратная

SRY Фактор, определяющий пол 120 нм 20-кратная

Cmb1 Фактор, распознающий несовпадения н/о н/о

HMG1 А-домен Один из двух ДНК-связывающих доменов HMG10,2-517

нм2-1000-кратная

HMG1 B-домен Один из двух ДНК-связывающих доменов HMG148-1300

нм3-4-кратная

23

Page 25: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

tsHMG А-домен Один из двух ДНК-связывающих доменов tsHMG 300 нм 20-кратная

Человеческий SRY

доменДНК-связывающий домен SRY 4 нм 5-кратная

Мышиный SRY

доменДНК-связывающий домен SRY 1 мкм н/о

LEF-1 домен ДНК-связывающий домен LEF-1 100 нм н/о

Факторы транскрипции, не содержащие HMG-домен

TATA

связывающий белокЧасть фактора транскрипции TFIID н/о н/о

YB-1 Фактор транскрипции н/о н/о

Структурные белки, не содержащие HMG-домен

Гистон H1 Линкерный гистон н/о н/о

*Механизмы репарации описаны далее.

Таблица 2. Белки, связывающиеся с деформированной ДНК.

Несмотря на значительное количество информации, полученной исследователями о

том, как взаимодействует цисплатин с клеткой, как он влияет на её функциональность, какие

белки связываются с модифицированной ДНК и так далее, это не позволило дать ответ на

поставленный в самом начале вопрос о сопротивляемости клеток к химиотерапии. И в

данном контексте оказалось крайне важным рассмотреть то, с помощью чего клетка может

исправлять повреждения, индуцированные препаратом. Для этого было необходимо

рассмотреть в первую очередь те различные механизмы репарации повреждений, которые

клетка способна использовать.

Классификация механизмов репарации в клетках.Репарация — особая функция клеток, заключающаяся в способности исправлять

химические повреждения и разрывы в молекулах ДНК, повреждённой при нормальном

биосинтезе ДНК в клетке или в результате воздействия физическими или химическими

агентами [2,3]. Осуществляется специальными ферментными системами клетки.

В клетках существует несколько различных механизмов, обеспечивающих репарацию

повреждений (рис. 13) [12-18]:

24

Page 26: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

рис. 13. Репаративные механизмы в клетке.

1. Репарация однонитевых разрывов.

a. Эксцизионная репарация основания (рис. 14). Главные способы, посредством

которых происходит починка оснований ДНК, включают устранение

поврежденного основания, которое осуществляют ферменты нуклеазы.

Возникающая лакуна может быть заполнена ДНК-полимеразой, что

сопровождается лигацией с родительской ДНК. Окислительные повреждения,

как основные, так и индуцированные, являются важными причинами для

починки оснований ДНК.

25

Page 27: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

рис 14. Механизм эксцизионной репарации оснований.

b. Эксцизионная репарация нуклеотида (от англ. excision). Эксцизионная

репарация является одним из наиболее тщательно изученных, а поэтому

наиболее на данный момент понятным способом исправления клеткой

повреждений ДНК цепи. Механизм действует в несколько этапов (рис. 15):

i. Распознавание повреждений ДНК цепи специализированными

ферментами.

26

Page 28: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

ii. Другой фермент, экзонуклеаза, совершает разрезы по обе

стороны от повреждения.

iii. Вырезанный участок высвобождается в форме олигонуклеотида.

iv. Пропуск в цепи заполняется ДНК-полимеразой (рис. 16) и

запаковывается ДНК-лигазой. Лигаза (лат. ligāre — сшивать, соединять)

— фермент, катализирующий соединение двух молекул с образованием

новой химической связи. При этом обычно происходит отщепление

(гидролиз) небольшой химической группы от одной из молекул. ДНК-

полимераза — фермент, участвующий в репликации ДНК. Ферменты

этого класса катализируют полимеризацию езоксирибонуклеотидов

вдоль цепочки нуклеотидов ДНК, которую фермент «читает» и

использует в качестве шаблона. Тип нового нуклеотида определяется по

принципу комплементарности с шаблоном, с которого ведётся

считывание. Собираемая молекула комплементарна шаблонной

моноспирали и идентична второму компоненту двойной спирали.

27

Page 29: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

рис. 15. Механизм эксцизионной репарации.

28

Page 30: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

рис.16. ДНК-лигаза.

c. Репарация несовпадений (рис. 17). Этот метод исправляет ошибочно

встроенные неповрежденные основания, которые не образуют нормальное

Уотсон-Криковское спаривание (A • T, C • G). Как и эксцизионная репарация,

механизм репарации несовпадений действует в несколько этапов:

i. Mut белки распознают участок цепи ДНК, в котором есть

несовпадающие пары оснований.

ii. Некоторый неизвестный фермент вырезает непарное основание из

цепи ДНК.

iii. ДНК-полимераза восстанавливает повреждённый участок.

29

Page 31: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

рис. 17. Механизм репарации несовпадений.

30

Page 32: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

2. Репарация двухцепочных разрывов (рис. 18).

a. Гомологичная рекомбинация. Под этим термином понимается процесс

обмена или передачи идентичной или квазиидентичной

последовательности между повреждённой ДНК и ДНК неповреждённой

клетки.

b. Негомологичное соединение концов. Если разорванная ДНК имеет тупые

концы, и соединение двух фрагментов ДНК происходит случайно, то

такая репарация называется негомологичным соединением концов (НСК).

Главным компонентом НСК восстановительного комплекса является

зависящий от ДНК белок киназа (DNA-PK), или белок Ku —

гетеродимерная субъединица, состоящая из двух белков Ku70 и Ku80.

Этот белок служит для выравнивания концов разорванной ДНК, чтобы

упростить процесс их склеивания или выступает в качестве сигнальной

молекулы для мобилизации других восстанавливающих белков.

31

Page 33: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

рис. 18. Механизмы репарации двухцепочных разрывов.

3. Прямое исправление повреждений. Наиболее частая причина точечных

мутаций у человека - это спонтанное добавление метильной группы — один из типов

алкилирования. Такие модификации исправляются без разрушения цепи ДНК ферментами —

гликозилазами. Фермент О-6-метилгуанин-ДНК-метилтрансфераз (MGMT) защищает клетку

от токсических эффектов, производимых алкилирующими агентами, переводя для этого

метильную группу из О-6-метилгуанин-ДНК в цистеиновый остаток в MGMT [19].

Обладая определённым набором знаний о том, как цисплатин воздействует на клетку,

образуя аддукты с ДНК и влияя на прочие биологические мишени. Зная о тех белках,

которые способны распознавать и связываться с этими аддуктами можно было строить

32

Page 34: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

определённые теории, отвечающие на вопрос о сопротивляемости клетки к цисплатину и

прочим препаратам на основе координационных соединений тяжёлых металлов.

Почему клетки могут приобретать сопротивляемость к

химиотерапии?На данный момент существует множество различных теорий, которые пытаются

объяснить возникновение сопротивляемости в клетках, однако же, ни одну из них нельзя

назвать исчерпывающей. Каждая теория в отдельности имеет свои положительные стороны,

но ни одна не способна объяснить все экспериментальные данные.

Значительной проблемой является тот факт, что большинство работ проведённых in

vitro, зачастую не дают данных, подтвержденных клиническими испытаниями. Поэтому

стандартной отговоркой учёных стало утверждение, что «сопротивляемость является

комплексной» (рис. 19)[20].

рис. 19. Факторы, влияющие на сопротивляемость клетки к цисплатину [21].

33

Page 35: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

Следует рассмотреть те явления, которые принято связывать с сопротивляемостью

клетки к цисплатину. Как видно из рисунка 19, механизмы сопротивляемости могут

действовать в различных стадиях проникновения препарата в клетку:

-На уровне плазматической мембраны;

-На уровне цитоплазмы;

-На уровне ядра;

Рассмотрим несколько основных теорий, объясняющих возникновение

сопротивляемости в клетках к цисплатину.

I. Уменьшение аккумулирования препарата (уровень плазматической мембраны).

Одной из наиболее очевидных причин возникновения сопротивляемости клетки к

цисплатину является, безусловно, уменьшение количества препарата, попадающего в клетку,

и накапливающегося в ней (аккумуляция). Обычно слабое накопление цисплатина,

развивающееся в клетках, обладающих сопротивляемостью к цисплатину, связывают скорее

с процессом усвоения препарата, нежели с его вытеканием из клетки [21].

Для понимания того, как может увеличиваться количество препараты, вытекающего

из клетки или как может уменьшаться количество препарата, попадающего в неё,

необходимо понимать механизмы, обеспечивающие проникновение препарата сквозь

плазматическую мембрану. На данный момент нет точных сведений о том, как именно это

происходит. Исследования показали, что поглощение цисплатина не может быть вызвано

химическим градиентом, поэтому первоначально было принято считать, что основным

способом проникновения препарата в клетку может являться пассивная диффузия. Однако

позже было обнаружено, что поглощение цисплатина клеткой является частично

энергозависимым, так как степень поглощения можно было изменить при помощи уабаина и

некоторых других ингибиторов натрий-калиевой АТФазы [21]. Также было обнаружено, что

значительную роль в механизме преодоления мембран играет медный транспортёр Ctr1.

В свою очередь, было обнаружено, что вытекания цисплатина из клетки тесно связано

с переносчиком меди, аденозин трифосфатом P-типа, ATP7B, играющего важную роль в

регуляции уровня меди в клетке [22].

34

Page 36: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

рис. 20. Механизмы поглощения/вытекания цисплатина.

II. Подавление активности цисплатина соединениями, содержащими тиольную

группу (уровень цитоплазмы).

Другим немаловажным механизмом, способным влиять на чувствительность влеток к

цисплатину, является деактивация препарата за счёт связывания в цитоплазме с

соединениями, содержащими тиольную группу, в частности с глутатионом и

металлотионеинами. Образующиеся соединения являются неактивными и поэтому

выводятся из клетки при помощи насосов.

С другой стороны, считается что за счёт соединения с некоторыми остатками

цистеина и метионина, препарат способен влиять на активность определённых ферментов и

рецепторов в клетке.

III. Репарация платиновых аддуктов (уровень ядра).

Пожалуй, одним из наиболее важных механизмов, обуславливающих возникновение

сопротивляемости в клетке к цисплатину, является репаративный механизм клетки.

Многочисленные исследования, посвящённые этому вопроса, пока ещё не дали каких-либо

окончательных ответов, но зато снабдили нас значительным количеством фактов, которые

можно пытаться объяснить при помощи различных теорий.

35

Page 37: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

Обычно с репарацией платиновых аддуктов связывают следующие виды

репаративных механизмов:

1. Эксцизионная репарация нуклеотидов. Эксцизионная репарация считается

основным методом, с помощью которого клетка способна исправлять повреждения,

индуцированные цисплатином. Экспериментальные данные показали, что лучше всего

эксцизионная репарация действует на аддукты 1,3 – GG типа, то есть приблизительно на 15-

20 порядков сильнее, чем на аддукты 1,2 – GG типа. Столь значительная разница

обуславливается в первую очередь стереохимическими особенностями таких соединений, а

также влиянием HMG-белков [23]. Считается, что клетки, в которых уровень эксцизионной

репарации выше, являются менее чувствительными к цисплатину. Однако, в то время как

часть исследований подтверждала данную теорию, другие исследования не могли найти

связь между возникновением сопротивляемости и увеличенным уровнем репарации, поэтому

вопрос о том, является ли данный механизм основополагающим или нет, остаётся открытым.

*Ядерный антиген пролиферирующих клеток- вспомогательный фактор репарационной ДНК-полимеразы дельта.

рис. 21. Эксцизионная репарация платиновых аддуктов.

2. Репарация несовпадений. Комплекс Mut белков, задействованный в механизме

репарации несовпадений способен распознавать повреждения, вызванные цисплатином.

36

Page 38: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

Далее существует две теории, что может происходить при обнаружении платиновых

аддуктов этим комплексом:

-Согласно первой модели репарация цисплатин-ДНК гуанин аддукта приводит к

удалению и к новому синтезу пары цитозиновых оснований в новой цепи вместо

удаления аддукта, что вызывает смерть клетки.

-Согласно другой модели, распознавание повреждения комплексом белков служит

сенсором повреждений, вызывая каскад сигналов через передатчик сигналов ATM/ATR,

который активирует чекпойнты клеточного цикла и апоптоз.

В клетках, имеющих недостатки в системе репарации несовпадений наблюдается

возникновение низкоуровневой или попросту говоря слабой сопротивляемости цисплатину.

рис. 22. Ошибки при репарации несовпадений приводят к апоптозу.

3. Гомологичная рекомбинация. Гомологичная рекомбинация играет, скорее,

второстепенную роль в репарации повреждений, индуцированных цисплатином. В случае,

если при попытке клетки излечить повреждения методом эксцизионной репарации

нуклеотидов возникают двойные разрывы, то тогда в дело вступает гомологичная

рекомбинация. Следовательно, если клетка имеет проблемы, связанные с механизмом

гомологичной рекомбинации, она также может иметь сопротивляемость к цисплатину.

IV. Другие теории, описывающие возникновение сопротивляемости.

Существует также набор других факторов, которые могут влиять на чувствительность

клеток к цисплатину, однако ни для одного из них не существует сколь либо точных данных,

подтверждающих факт их связи с связи с сопротивляемостью клетки. К ним относятся:

37

Page 39: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

-Стресс эндоплазматического ритикулума.

-Взаимодействие с белками HMG-группы.

-Вмешательство в процесс апоптоза.

Как видно из вышеперечисленных теорий, многое остаётся загадкой, требующей

тщательного изучения.

Заключение.Несмотря на то, что исследования в области противоопухолевых препаратов на основе

платины проводятся уже свыше 30 лет, мы до сих пор не можем с уверенностью сказать, что

именно происходит в клетке, на которую воздействовали препаратом. Было предложено и

рассмотрено множество механизмов, которые могут вносить свой вклад в

фармакологическую активность препарата, но ни один из них до сих пор не стал тем ядром,

вокруг которого можно было бы обобщать остальную имеющуюся информацию (рис. 23). Те

факты, которые ещё сейчас кажутся ясными и незыблемыми уже в скором времени могут

быть опровергнуты новыми исследованиями.

рис. 23. Схематическое распределение процессинга цисплатина в клетке.

38

Page 40: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

Наибольший интерес представляют собой, на мой взгляд, исследования, связанные с

сопротивляемостью раковых клеток к цисплатину и другим химиотерапевтическим

соединениям, так как понимание процессов, ответственных за возникновение в клетке

сопротивляемости к цисплатину, позволит создавать новые, более совершенные препараты, а

также варьировать способы лечения уже известными.

Чем больше новых вопросов задают исследователи, тем больше других вопросов они

находят. Чем глубже нам видится наше понимание механизмов взаимодействия, тем больше

простора для исследований мы видим. Правда ли, что существуют раковые клетки, которые

не способны приобретать сопротивляемость к химиотерапии? Как репарационная

способность клетки связана с чувствительностью к лечению? Многие вопросы предстоит

решить учёным, прежде чем можно будет с уверенностью утверждать, что мы понимаем, как

именно на самом деле действует цисплатин и его аналоги, но несомненно одно – каждый

шаг, даже неверный, приближает нас к цели.

39

Page 41: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

Список литературы.

1. International Agency for Research on Cancer. World Cancer Report

2008.

2. http://ru.wikipedia.org.

3. http://www.cellbiol.ru.

4. http://en.wikipedia.org.

5. http://www.cancer.org.

6. Kostova I, Platinum Complexes as Anticancer Agents, Recent Patents

on Anti-Cancer Drug Discovery 2006; 1; 1-22.

7. Jamieson ER, Lippard SJ. (1999) Structure, recognition, and

processing of cisplatin-DNA adducts. Chem Rev; 99: 2467-98.

8. Дедов А.Г., Москва 1996, СТРОЕНИЕ И СВОЙСТВА

КООРДИНАЦИОННЫХ (КОМПЛЕКСНЫХ) СОЕДИНЕНИЙ.

9. Костромина Н.А., Кумок В.Н., Скорик Н.А., Москва «Высшая

Школа» 1990. Химия Координационных Соединений.

10. Rabik CA, Dolan ME. (2007) Molecular Mechanisms of Resistance

and Toxicity Associated with Platinating Agents, Cancer Treat Rev. 33(1): 9–23.

11. Creighton TE, A Wiley-Interscience Publications. Encyclopedia of

Molecular Biology.

12. Nouspikel T. (2009) So DNA repair really is that important?,

Cell.Mol.Life Sci. 66, 965 – 967.

13. Eker APM, Quayle C, Chaves I and van der Horst GTJ. (2009)

Direct DNA damage reversal : elegant solutions for nasty problems, Cell.Mol.Life

Sci. 66 968 – 98.

14. Robertson AB, Klungland A, Rognes T and Leiros I. (2009) Base

excision repair: the long and short of it, Cell.Mol.Life Sci. 66; 981 – 993.

40

Page 42: Роль механизмов репарации в возникновении в клетке сопротивляемости к цисплатину

15. Nouspikel T. (2009) Nucleotide excision repair: variations on

versatility, Cell.Mol.Life Sci. 66; 994 – 1009.

16. Kunz C, Saito Y and Schär P. (2009) Mismatched repair: variations

on a theme, Cell.Mol.Life Sci. 66; 1021 – 1038.

17. Pardo B, Gómez-González B and Aguilera A. (2009) DNA double-

strand break repair: how to fix a broken relationship, Cell.Mol.Life Sci. 66; 1039 –

1056.

18. Martin LP, Hamilton TC, and Schilder RJ. (2008) Platinum

Resistance: The Role of DNA Repair Pathways, Clin Cancer Res 14(5); 1291-

1296.

19. Калетин ИН, Метаболомика и Метабономика – Современные

Технологии Токсикологических Исследований.

20. Borst P, Rottenberg S and Jonkers J. (2008) How do real tumors

become resistant to cisplatin? Cell Cycle 7(10), 1353-1359.

21. Cepeda V, Fuertes MA, Castilla J, Alonso C, Quevedo C and Pérez

JM. (2007) Biochemical Mechanisms of Cisplatin Cytotoxicity, Anti-Cancer

Agents in Medicinal Chemistry 7; 3-18.

22. Wang D, Lippard SJ. (2005) Cellular Processing of Platinum

Anticancer Drugs, Nature Reviews Drug Discovery; 4; 307-321.

23. Woźniak K, Błasiak J. (2002) Recognition and repair of DNA-

cisplatin adducts, Achta Biochimica Polonica, 49(3), 583-597.

24. Fuertes MA, Alonso C, Pérez JM. (2003) Biochemical Modulation of

Cisplatin Mechanisms of Action: Enhancement of Antitumor Activity and

Circumvention of Drug Resistance, Chem Rev; 103(3): 645-663.

41