Курс Биология опухолевой клетки (201 9 г. ) Лекция 1 1 Новые методы

лечения рака, основанные на знаниях о молекулярных механизмах развития опухолей
Н.Л.

Лазаревич

опухолей?

уменьшение контактов с химическими
канцерогенами (отказ от

курения и др.)
вакцинация против гепатита В (с 1970 г.)

Диагностика –

систематическое обследование
опухолевые маркеры
систематический скрининг групп риска

опухолей
Продемонстрирована высокая эффективность поливалентных
превентивных вакцин против:

а) HPV 16 и 18 типов (Церварикс)
(16 и 18 типы ответственны за 70% случаев рака шейки матки
б) HPV 16, 18, 11 и 6-го типов (Гардасил)
(70-80% раков шейки матки, 90% вагинальных бородавок)
В ряде стран начата массовая вакцинация девочек (и мальчиков)
Значение в предотвращении рака шейки матки станет ясным через 10-15 лет (время между инфицированием HPV и развитием
рака – 15-25 лет (Zur Hausen, Biochemistry, 2008, 73:619-625)

Новые методы

эрадикация H. Pylori и других патогенных микроорганизмов

анти-HCV терапия* (при отсутствии опухоли)

(BCR/ABL, PML/RARα, EWS/ETS и др.)
пренатальная диагностика синдрома

Ли-Фраумени (мутации р53) и других
наследственных форм опухолей

предсказание токсичности и эффективности
определенных цитостатиков (полиморфизм
DPD – 5-ФУ, MTHFR – метотрексат и т.д.)
предсказание поведения опухоли на основе
изучения профиля экспрессии группы генов

Прогноз течения и выбор лечения:

анти-HСV терапия

промиелоцитарного лейкоза
специфические ингибиторы онкогенных
тирозинкиназ и другие

таргетные препараты
антиангиогенная терапия
вакцинотерапия (ДНК вакцины и др.)

Новые методы

Диагностика:

ПЦР-детекция химерных генов
(BCR/ABL, PML/RARα, EWS/ETS и др.)

пренатальная диагностика синдрома
Ли-Фраумени (мутации р53) и других
наследственных форм опухолей

предсказание токсичности и эффективности
определенных цитостатиков (полиморфизм
DPD – 5-ФУ, MTHFR – метотрексат и т.д.)
предсказание агрессивности опухоли на
основе изучения профиля экспрессии группы
генов

Прогноз течения и выбор лечения:

анти-HСV терапия

Мониторинг результатов:

жидкостная биопсия

разработке эффективного метода лечения этого заболевания
за счет индукции дифференцировки

с помощью
транс-ретиноевой кислоты

Ретиноевая кислота

RARα/RXRα

G-CSF, IL-6, первичные
гранулярные белки и др.

лактоферрин, желатиназа,
коллагеназа, липокалин и др.
вторичные гранулярные белки

Гранулоцитарная
дифференцировка

C/EBPe

C/EBPα

острый
промиелоцитарный
лейкоз

t(15;17)
PML-RARα
(97%)

эффективного метода лечения этого заболевания
с помощью высоких доз транс-ретиноевой

кислоты

RARa

индуцирует дифференцировку, но и элиминирует лейкемия-индуцирующие клетки (LIC)
Nasr et al.,

Clin Cancer Res, 2009, 15(20): 6321-6.

промиелоцитарного лейкоза
специфические ингибиторы онкогенных
тирозинкиназ и другие

таргетные препараты
антиангиогенная терапия
вакцинотерапия (ДНК вакцины и др.)

Новые методы

Диагностика:

ПЦР-детекция химерных генов
(BCR/ABL, PML/RARα, EWS/ETS и др.)

пренатальная диагностика синдрома
Ли-Фраумени (мутации р53) и других
наследственных форм опухолей

предсказание токсичности и эффективности
определенных цитостатиков (полиморфизм
DPD – 5-ФУ, MTHFR – метотрексат и т.д.)
предсказание агрессивности опухоли на основе
изучения профиля экспрессии группы генов

Прогноз течения и выбор лечения:

анти-HСV терапия

Мониторинг результатов:

жидкостная биопсия

активированные или гиперэкспрессированные онкогены или их действие обусловлено отсутствием в

опухолевой клетке супрессорных генов. Чаще всего вызывают апоптоз или арест клеточного цикла.
Выбор мишени (druggable genes)
Белки, локализованные на поверхности клетки и обладающие ферментативной активностью, которая может быть специфично заблокирована (киназы предпочтительнее, чем транскрипционные факторы)
Драйверы канцерогенеза (онкогены, опухолевые супрессоры) или их прямые мишени
Инактивация онкобелков Е6 и Е7 в HPV18+ линии HeLa вызывает реактивацию p53 (индукция апоптоза) и pRb (cell senescence), соответственно.
Классы действующих веществ
моноклональные антитела к мутантным белкам
малые молекулы (ингибиторы тирозинкиназ)
малые интерферирующие РНК, аптамеры, экспрессирующие вектора, вещества, восстанавливающие функцию мутантного белка (реактивация р53)

и др.) и нерецепторных (BCR/ABL,
c-Src и др.) тирозинкиназ ведут к

конститутивной активации ряда сигнальных путей (Ras-MAPK, PI3K-Akt и др.), что вызывает приобретение клеткой набора онкогенных свойств

НРTK

Ras

PI3K

MAPK

Akt

Ral

Инактивация
чекпойнтов
клеточного
цикла

Постоянная инициация митотических циклов

Подавление
апоптоза

Стимуляция
ангиогенеза и
др. изменений
микроокружения

Изменения
морфологии,
миграция

для опухолевых клеток мутации/перестройки генов рецепторных (EGFR, HER2, c-Kit и

др.) и нерецепторных (BCR/ABL,
c-Src и др.) тирозинкиназ ведут к конститутивной активации ряда сигнальных путей (Ras-MAPK, PI3K-Akt и др.), что вызывает приобретение клеткой набора онкогенных свойств

Блокирование этой сигнализации вызывает гибель клеток

рецепторных и нерецепторных тирозинкиназ. Созданы ингибиторы таких киназ, демонстрирующие высокую

терапевтическую активность при лечении определенных заболеваний.

в результате t(9;22) при хроническом миелоидном лейкозе и ряде других

опухолей

Активация сигнальных каскадов PI3K-Akt/PKB, Jak/STAT, Jun, Myc, NF-kB, Rac

стромальные опухоли (GIST), экспрессирующие мутантный c-Kit
Созданы ингибиторы тирозинкиназ, демонстрирующие высокую

терапевтическую активность

Мишень Заболевания

иматиниб Bcr/Abl ХМЛ
PDGF-R ХММЛ, ГЭС
c-Kit Кишечные саркомы

Проблема: появление и отбор опухолевых клеток с амплифицированными/мутантными тирозинкиназами, что позволяет избежать их ингибирования (избыток белка-мишени или он перестает связывать ингибитор)

Решение проблемы (частичное): созданы ингибиторы 2-го поколения (AMN107 и др.), связывающие мутантные белки.

Bcr/Abl

Число копий генов BCR/ABL (FISH: ABL – красный, BCR – зеленый, колокализация – желтый)

Adapted from The Biology of Cancer (© Garland Science 2007)

Мишень Заболевания
иматиниб Bcr/Abl ХМЛ
PDGF-R ХММЛ, ГЭС
c-Kit Кишечные саркомы

эрлотиниб, гефинитиб EGFR/ Рак легкого
(Tarceva, Iressa) ERBB1 (с мутациями EGFR)

рецептора
Клетки с мутациями
EGFR чувствительнее
к цитотоксическому
действию Iressa
Для ~10% раков легкого
характерны мутации

EGFR в 18-21 экзонах

Adapted from The Biology of Cancer (© Garland Science 2007)

Ингибиторы EGFR эффективны при терапии подгруппы немелкоклеточных раков легкого с мутациями EGFR

Развитие устойчивости к препаратам связано с возникновением новых мутаций.
Мутация T790M EGFR недостаточна для развития устойчивости, однако в сочетании с L858R или del746–750 вызывает гиперактивацию EGFR.
Амплификация MET – за счет ERBB3 (HER3)–зависимой активации PI3K сигнализации.

Мишень Заболевания
иматиниб

Bcr/Abl ХМЛ
PDGFR ХММЛ, ГЭС
c-Kit Кишечные саркомы
эрлотиниб, гефинитиб EGFR/ Рак легкого
(Tarceva, Iressa) HER1 (с мутациями EGFR)
трастузумаб ERBB2/ Рак молочной железы
(Herceptin) HER2 (с гиперэкспрессией ERBB2 ~30%)

Созданы ингибиторы тирозинкиназ, демонстрирующие высокую терапевтическую активность

Adapted from The Biology of Cancer (© Garland Science 2007)

Tрастузумаб (Herceptin) – ”гуманизированное” мышиное антитело к HER2

оказывает комбинированный цитотоксический эффект:

основной – через ингибирование функции HER2,
дополнительный – через иммунологические реакции.
Особенно эффективен при комбинации с другими воздействиями,
индуцирующими апоптоз в опухолевых клетках

Эффект у пациентов с метастатическим раком молочной железы и гиперэкспрессией HER2

Adapted from Zhukov and
Tjulandin, Biochemistry,
2008, 73(5):605-618

from The Biology of Cancer (© Garland Science 2007)
Регуляция пролиферации,

миграции, жизнеспособности и др.

(Avastin) – “гуманизированное” антитело
к VEGF-А – применяется при

лечении метастатического рака
прямой и ободочной кишки.
Оказывает противоопухолевое действие, воздействуя не
только на ангиогенез, но и на жизнеспособность самих
неопластических клеток, экспрессирующих VEGFR2, VEGFR1.
Возможно, подавляет также образование метастатических ниш,
блокируя миграцию из костного мозга VEGFR1+ клеток.
Применяется в комбинации с другими химиопрепаратами.

Cancer Cell, 2009, 15(3):220-231
Реваскуляризация
Повышение инвазивности
Увеличение метастазирования
Антиангиогенная терапия ведет к

временному сокращению сосудистой сети и уменьшению размеров опухоли

Развитие устойчивости

Продление времени без
прогрессирования заболевания

Укорочение времени жизни

Повышение инвазивности и метастазирования опухолей при ингибировании VEGF-A-сигнализации

терапии
Jain RK, Cancer Cell. 2014; 26(5): 605-22

неопластических клеток (использование ингибиторов HIF-1 и др.)







2) Подавление опухолевого лимфангиогенеза
(ингибирование

секреции/активности VEGF-C и др.)

Гипоксия

HIF-1

LOX

Twist
и др.

Преметастатические ниши

Эпителиально-мезенхимальный
переход, локомоторный фенотип

Ингибиторы

р53. Вызывает апоптоз в клетках с р53 дикого типа.
Проходит клинические

испытания.

Подробнее о разных стратегиях нормализации функции р53 - Khoo KH, Verma CS, Lane DP. Nat Rev Drug Discov. 2014

разных типах опухолей
Гетерогенность опухолей внутри одного типа
Возникновение механизмов развития устойчивости

к лекарству в ходе терапии

о её существовании

Традиционные методы:
- анализ хромосомных перестроек и

количества копий хромосом и отдельных генов
- изменение уровней транскрипции отдельных генов и их сочетаний
- иммуногистохимия
- секвенирование отдельных генов и «горячих точек» мутаций

отдельных генов и их участков (Foundation One, Illumina, Qiagen и

др.)
экзомное секвенирование
Секвенирование РНК (транскриптомное секвенирование, малые РНК, некодирующие РНК)
изменение уровней экспрессии
представленность изоформ
слитные белки
Определение эпигенетических вариантов
метилирование ДНК, структурные варианты хроматина, пост-трансляционные модификации гистонов
Исследование циркулирующих нуклеиновых кислот в плазме и сыворотке крови
Комплексный анализ данных

ассоциированных с развитием заболеваний

и их участков
Преимущества панельного секвенирования:
- Можно выбрать набор

генов под конкретную задачу
Покрытие, а, значит, точность -> селективность и специфичность
ДНК из фиксированного или замороженного материала, можно использовать небольшие количества
Можно исследовать большее количество образцов за прогон прибора
Простота и скорость анализа данных
Цена, производительность, воспроизводимость
Возможность клинической сертификации

Уже в клинике

у 1/3 пациентов с аденокарциномой легкого выявляются терапевтически значимые онкогенные

мутации или перестройки, для которых утверждены (ингибиторы EGFR при мутациях в 18-21 экзонах, кризотиниб при перестройках ALK) или находятся в испытаниях конкретные схемы таргетной терапии

Li et al., J Clin Oncol. 2013; 31(8):1039-49

al., Mol Oncol. 2014;8(5):859-73
Механизмы возникновения каждой конкретной опухоли определяются уникальной

комбинацией различных генетических и эпигенетических изменений (драйверных и пассажирских).
Эти изменения могут определять:
- прогноз течения заболевания
- чувствительность опухоли к терапии

выбор оптимальной тактики лечения
Key regulators of transcription
DE genes
Key regulators of

transcription

Sorafenib action

Nat Rev Clin Oncol. 2013;10(8):472-84

нуклеиновые кислоты
- микровезикулы, экзосомы и другие микрочастицы
Внеклеточные нуклеиновые кислоты
- продукты

распада клеток. Ежедневно в организме человека распадается 1011 клеток
- специализированные частицы или направленная секреция.
"Жидкостная биопсия"
- мутации онкогенов и опухолевых супрессоров
- аномально метилированные ДНК
- вирусные последовательности
- циркулирующие мРНК
- микроРНК

Опухоль-ассоциированные изменения в плазме и сыворотке крови

2013;497(7447):108-12

– 50 образцов неопухолевой ткани печени, 380 образцов гепатоцеллюлярной карциномы
Стабильность

ДНК в биологических жидкостях
Для одного гена достаточно одной «горячей точки» метилирования
Универсальность метилирования маркерных сайтов по сравнению с соматическими мутациями
Ранние изменения, общие для клонов внутри опухоли
Особенно важно для опухолей с гетерогенным профилем генетических нарушений

цоДНК 1-100 нг/мл плазмы крови
Менее 10% цДНК – опухолевая
Средняя длина – 140-170 п.н.
Высокая стабильность (6-24 ч)

опухолевых клетках (HER2 – Herceptin, CD20 (В-клеточные опухоли) – Rituxan),

иммунные реакции играют лишь вспомогательную роль.

Различные способы активной иммунизации – пока больше область экспериментирования, чем стандартный метод клинической практики. Успех - в некоторых случаях меланомы, В-лейкозов (CTL019), метастатического рака простаты (Provenge).

Способы активной иммунизации:

1. Введение активированных лимфоцитов (TILs);
2. Инфузия дендритных клеток с введенными опухоль-специфичными олигопептидными антигенами;
3. Добавление ко-активирующего рецептора B7 к введенному опухоль-специфичному антигену;
4. Ингибирование «иммунных чекпоинтов» - блокирование функции CTLA-4 (cytotoxic T-lymphocyte antigen-4), PD-1(programmed cell death protein)/PD-L1;
5. Ингибирование регуляторных Тregs клеток

Adapted from The Biology of Cancer (© Garland Science 2007)

экспрес-сирующие химерный рецептор против нового антигена конкретной опухоли

2 одобренных препарата

(2017 г.)
Tisagenlecleucel (Kymriah)
Axicabtagene ciloleucel (Yescarta)

CAR-T терапия осложняется синдромом высвобождения цитокинов, который корректируется ингибитором IL-6

1 исследование (Juno) закрыто из-за нейротоксичности с отеком головного мозга

функции CTLA-4 ведет к активации Т-хэлперов
и регрессии некоторых меланом
Эффект

анти-CTLA-4 (MDX-010) на метастаз меланомы

Перевиваемая меланома у мышей

опухолей
2017 г. – Ингибитор PD-1 Keytruda (lambrolizumab) утвержден для терапии

солидных опухолей с микросателлитной нестабильностью (MSI-H) или нарушением систем репарации ДНК (dMMR) независимо от тканевого происхождения.

Возможность применения модуляторов иммунных чекпоинтов описана более чем для 20 нозологий, для некоторых форм эффективность - до 50-60 % (меланома, лимфома Ходжкина, колоректальный рак с микросателлитной нестабильностью).

от экспрессии их мишеней
Взаимодействия между клетками определяются широким спектром рецепторов

и их лигандов
Реализация противоопухолевого эффекта требует не только активности механизма блокировки на опухолевых клетках, но и присутствия активированных против опухолевых клеток Т-лимфоцитов
Влияние других компонентов микроокружения
В отдельных случаях описана стимуляция опухолевого роста

Blank CU, Curr Opin Oncol. 2014

стратегии вакцинотерапии опухолей