Опухолевая клетка в обороне

БИОЛОГИЯ ОПУХОЛЕВАЯ КЛЕТКА В ОБОРОНЕ А. А. СТАВРОВСКАЯ Всероссийский онкологический научный центр, Москва

TUMOR CELL DEFENDS ITSELF A. A. STAVROVSKAYA

© Ставровская А.А., 2001

The concurrent resistance of tumor cells to many toxic anticancer drugs is called “the multidrug resistance”. The P-glycoprotein can force various, chemically diverse, compounds out of the cells. It is one of the key molecules that determine the multidrug resistance. The accomplishments in P-glycoprotein research are described; primarily in the studies of its structure and of the ways this protein recognizes drugs. The physiological functions of P-glycoprotein in normal cells and the clinical significance of this protein are discussed. Устойчивость опухолевых клеток одновременно ко многим токсическим противоопухолевым препаратам называется множественной лекарственной устойчивостью. Р-гликопротеин может выводить из клеток разнообразные, различающиеся по химической структуре вещества. Он является одной из ключевых молекул, определяющих множественную лекарственную устойчивость. В статье разобраны достижения в изучении Р-гликопротеина, в первую очередь исследования его структуры и способов распознавания белком лекарственных препаратов. Обсуждены также физиологические функции Р-гликопротеина в нормальных клетках и его клиническая значимость.

www.issep.rssi.ru

ВВЕДЕНИЕ. ОБ УСТОЙЧИВОСТИ ОПУХОЛЕВЫХ КЛЕТОК К ЛЕКАРСТВАМ Может ли клетка организма человека или животного (соматическая клетка) защитить себя от губительного действия химических соединений? И если может, то как? Эти вопросы встали перед теми, кто занимается борьбой с раком. Врачи лечат злокачественные опухоли лекарствами, принадлежащими к разным классам химических соединений, среди них есть соединения платины, антибиотики, алкалоиды – вещества, вырабатываемые растениями, гормоны млекопитающих. Применяя широкий набор препаратов, исследователи обнаружили, что нередко опухоль сначала поддается терапии, а затем перестает на нее реагировать. Это явление получило название лекарственной устойчивости или резистентности опухолей к лечению. Для того чтобы понять, что это именно клетка, а не опухоль в целом или организм в целом сопротивляются губительному воздействию химического вещества, нужно оставить клетки наедине с лекарством. Как это сделать? Клетки можно поместить в специальный флакон и, снабдив их жидкостью (средой), содержащей все необходимое для их жизни и размножения, получить культуру клеток. Добавляя в культуральную среду лекарственные препараты, можно посмотреть, как клетки на них реагируют, выяснить, при какой концентрации вещества в среде клетки погибают. Можно также попытаться поддерживать культуру клеток в среде, к которой всегда добавляют исследуемое химическое вещество (рис. 1). В таких условиях выживают лишь отдельные клетки, которые к этому яду резистентны. Устойчивые к яду клетки размножаются несмотря на присутствие вредного вещества в среде. В результате возникает культура клеток, устойчивых к лекарственному препарату (см. рис. 1), а это дает ответ на вопрос, могут ли опухолевые клетки обороняться против лекарств. В руках исследователя теперь имеются две культуры клеток, чувствительная и резистентная к яду, их можно сравнить между собой и понять, чем они отличаются, изучить причины способности устойчивых клеток лучше сопротивляться губительному действию яда. Исследование таких пар клеточных культур дало

С ТА В Р О В С К А Я А . А . О П У Х О Л Е В А Я К Л Е Т К А В О Б О Р О Н Е

17

БИОЛОГИЯ 2 1

3

2

1

4

Рис. 1. Получение культур клеток, устойчивых к лекарственным препаратам: 1 – контрольная культура, которую поддерживают, не добавляя к ней ядовитое (токсическое) вещество; 2 – лекарственный препарат добавлен к клеткам; 3 – большинство клеток под действием яда погибает, выживают единичные устойчивые клетки. При дальнейшем культивировании клеток в среде, содержащей вредное вещество (2 ), возникает новая культура устойчивых к яду клеток (4 )

много интересных результатов, среди которых несколько неожиданных и удивительных фактов. Разумеется, понятие “резистентность к лекарствам” не отражает абсолютную нечувствительность клеток к ядам. Любые клетки в культуре можно погубить, добавив больше ядовитого вещества, однако к резистентным клеткам необходимо добавлять для этого гораздо больше препарата: в 2, 4, 10, 100 раз больше, чем к чувствительным клеткам. Таким образом, лекарственная устойчивость – понятие количественное, ее можно оценить в цифрах. Для врача важны в первую очередь невысокие уровни лекарственной устойчивости – такая устойчивость обычно встречается в их практике и мешает лечению. Для экспериментатора интересна более высокая резистентность – легче изучать более выраженное явление. Первым удивительным фактом оказалось то, что, подвергая культуру клеток многократному действию возрастающих количеств препарата, можно получить невероятно высокие уровни лекарственной устойчивости: в нашей лаборатории, например, есть клетки хомячка, которые в 80 000 раз резистентнее к яду колхицину, чем исходные. Животное погибает от гораздо более низких концентраций колхицина в крови. Это может означать, что способность к такому уровню защиты клетки, входящей в сложный организм, животные получили от своих далеких предков. Еще одним поразительным свойством, найденным при исследовании резистентных клеток, оказалось то,

18

что клетки, которые подвергали губительному действию одного яда, нередко оказывались устойчивыми ко многим другим веществам, казалось бы ничем не похожим на первый препарат, с помощью которого получали резистентную культуру. Так, например, я получила клетки, устойчивые к колхицину, веществу, которое специфически разрушает микротрубочки, компонент скелета клетки. Колхицин связывается с белком тубулином, из которого состоят микротрубочки, и не дает образовываться этим волокнам клетки. Клетка погибает потому, что оказывается неспособной совершать многие жизненно важные процессы, в первую очередь не может делать веретено деления, в которое входят микротрубочки. Оказалось, что клетки, устойчивые к колхицину, одновременно приобрели устойчивость к противоопухолевому антибиотику, который губит клетки, повреждая их ДНК, к алкалоиду винкристину, гормону эстрадиолу и другим веществам, каждое из которых повреждает клетки иным, свойственным именно этому веществу способом. Все эти вещества имеют различное химическое строение. Резистентность ко многим очень разным веществам получила название множественной лекарственной устойчивости. Врачи уже сталкивались с этим явлением в клинике, обнаруживая, что опухоль может оказаться нечувствительной к лечению несколькими разными лекарствами. Теперь оказалось, что сопротивляемость сразу многим весьма различающимся ядам проявляется на уровне клеток. ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ИЗМЕНЕНИЯ УСТОЙЧИВЫХ К ЛЕКАРСТВАМ КЛЕТОК: ХРОМОСОМА УДЛИНЯЕТСЯ Еще одним удивительным явлением, обнаруженным при сравнении чувствительных и устойчивых к лекарствам опухолевых клеток, оказалось изменение генетического аппарата резистентных клеток. Когда исследовали кариотип (хромосомный набор) клеток с высоким уровнем множественной лекарственной устойчивости (МЛУ), в них нашли хромосому, которая заметно отличалась от второй, нормальной хромосомы этой клетки (рис. 2). Хорошо известно, что препараты хромосом, помещенных на предметное стекло, окрашивают так, что выявляется поперечная исчерченность хромосом. Характер толщины и чередования полос индивидуален для каждой пары хромосом соматической клетки. У грызунов в одной из хромосом резистентных клеток нашли длинный, однообразно (гомогенно) окрашенный участок (ГОО на рисунке – гомогенно окрашенная область), благодаря которому хромосома значительно удлинилась. Стало очевидным, что резистентные клетки содержат значительное количество дополнительного генетического материала: определенный участок генома резистентной клетки умножен, то есть амплифицирован

С О Р О С О В С К И Й О Б РА З О В АТ Е Л Ь Н Ы Й Ж У Р Н А Л , Т О М 7 , № 7 , 2 0 0 1

БИОЛОГИЯ 3

2

1

Рис. 2. Хромосомы клетки джунгарского хомячка из культуры, устойчивой к яду колхицину [3]. Препарат окрашен краской, выявляющей поперечную исчерченность хромосом: 1 – нормальная хромосома 4, 2 – удлиненная хромосома 4, содержащая длинную гомогенно окрашенную область; 3 – двойные микрохромосомы – фрагменты ДНК, обычно исчезающие из клеток во время их деления. Фото Б.П. Копнина

(от лат. amplificatio – увеличение). Важно подчеркнуть, что такая выраженная амплификация участка генома, которую оказалось возможным наблюдать в обычный световой микроскоп, характерна лишь для опухолевых клеток. Появление клеток с амплификацией генов связано с одним из основных признаков опухолевой клетки – нестабильностью ее генома. Любопытно, что крупные амплификаты обычно сами нестабильны: если клетки поддерживать, не добавляя в среду яд, постепенно амплифицированные участки исчезают. При этом процессе в клетке появляются мелкие фрагменты ДНК – двойные микрохромосомы (см. рис. 2). Утрата двойных микрохромосом происходит со скоростью, совпадающей с темпом деления клеток: ясно, что фрагменты ДНК утрачиваются при делении клеток. Таким образом, устойчивость к лекарствам возникает, когда она необходима, и исчезает, если она не требуется. Амплифицированные последовательности ДНК из клеток с МЛУ были клонированы и охарактеризованы. Оказалось, что амплифицированный участок содержит несколько генов (чаще 5–6), среди которых неизменно от клеток к клеткам обнаруживались гены семейства mdr (от англ. multidrug resistance – множественная лекарственная устойчивость). Несколько других генов могли выделяться из одних клеток и не обнаруживаться в других. Ясно, что они амплифицировались в резистентных клетках благодаря тому, что были соседями генов mdr. Исследуя амплифицированные участки ДНК гены семейства mdr удалось полностью охарактеризо-

вать. Это генное семейство mdr содержит два гена человека (их обозначают MDR1 и MDR2 ) и три гена грызунов (mdr1, mdr2, mdr3 ). Гены этого семейства у человека локализованы в хромосоме 7, а у джунгарского хомячка, чьи хромосомы приведены на рис. 2, – в хромосоме 4. Именно в этой хромосоме и обнаружен умноженный генетический материал. Увеличение дозы генов (их амплификация) приводит к возрастанию количества мРНК, считываемой с этих генов. Таким образом, в результате воздействия на клетки химического соединения произошел отбор клеток, вырабатывающих увеличенное количество мРНК, считываемой с генов семейства mdr. Дальнейшие исследования разных клеток с МЛУ, полученных в разных лабораториях мира (разных линий клеток), обнаружили, что увеличенное количество мРНК в резистентных клетках часто обнаруживается и при отсутствии амплификации генов семейства mdr. Оказалось, что во многих клетках (в первую очередь в клетках человека) увеличение количества мРНК связано не с амплификацией генов mdr, а с их активацией. Как амплификация генов, так и их активация приводят к нарастанию в клетке количества белка, продукта гена МЛУ. Роль генов семейства mdr в возникновении МЛУ была подтверждена в опытах по введению в чувствительные клетки исследуемых генов. Введение в чувствительные клетки как гена MDR1, так и mdr1 (гена человека или грызунов) делает клетки резистентными, причем возникает устойчивость к тому же кругу разнообразных веществ, к которым становятся устойчивыми клетки, подвергавшиеся прямому действию яда. Введение в клетки гена MDR2, весьма похожего на ген MDR1, лекарственную устойчивость клеткам не сообщало. Еще одним следствием опытов по изучению генов семейства mdr явилось определение структуры белков, кодируемых этими генами. Исходя из структуры гена MDR1 воссоздали структуру его продукта – определили последовательность аминокислот в белковой молекуле. Такой подход для экспериментаторов легче, чем выделение чистого белка и последующая его характеристика. СТРУКТУРА БЕЛКА Структуру белков важно исследовать прежде всего потому, что по структуре белка можно определить, какую функцию он несет. Сравнивая его с другими известными белками, можно понять, к какой группе (семейству) белков он принадлежит, и, следовательно, представить себе, как эволюционировала данная группа родственных белков. За несколько лет до того, как исследования генетических изменений резистентных клеток привели к открытию структуры белка–продукта гена MDR1, исследователи нашли, что устойчивые клетки отличаются от своих чувствительных предков тем, что в них имеется

С ТА В Р О В С К А Я А . А . О П У Х О Л Е В А Я К Л Е Т К А В О Б О Р О Н Е

19

БИОЛОГИЯ новый большой белок, условно названный р-170. При разделении разрушенных клеток на фракции р-170 находили во фракции клеточных мембран. Размеры белка, чью структуру удалось определить, свидетельствовали о том, что это действительно р-170. Белок, как оказалось, состоит из двух симметричных половин, каждая из которых включает два домена (составные части) (рис. 3, а). Домен 1 трансмембранный, он пронизывает наружную мембрану клетки шесть раз. Домен 2 располагается в цитоплазме, под мембраной, и содержит последовательности аминокислот, характерные для большинства белков, связывающих АТФ. Это АТФсвязывающий домен (его называют домен АВС) (см. рис. 3, а). Многие белки, транспортирующие разнообразные вещества у разных организмов, содержат весьма похожие домены АВС. О белковом семействе АВС расскажем ниже. Здесь же отметим, что белок, с которым связана МЛУ, имеет немало родственников. Продукт гена MDR1 получил название Р-гликопротеина (Р – английская буква, начальная в слове “permeability” – проницаемость). Далее будем обозначать Р-гликопротеин принятым сокращением Pgp. Название станет ясным позже, когда мы разберем, как раа 1

1

3

2

2

б

1

1

1 1

в 1

1

3

1 1 1 1 1 1

1 1 1 1 1

1

2 2 Рис. 3. Строение Р-гликопротеина. Схема линейной структуры белка (а). Прямоугольники – участки, пересекающие мембрану; шесть из них условно объединяют в домен 1 (блок) – обведен пунктиром. Домен 2 – участок белка, связывающий АТФ (обведен овалом), 3 – мембрана клетки. Трехмерная структура Р-гликопротеина (б ). Схема расположения белка в мембране клетки. Вид сбоку – поперечный разрез клетки: 1 – домены белка, пересекающие мембрану, 2 – домены, связывающие АТФ, 3 – мембрана клетки. Схема расположения Р-гликопротеина в мембране клетки (в). 1 – домены белка, пересекающие мембрану, 3 – мембрана клетки

20

3

ботает Pgp. С помощью электронной микроскопии и кристаллографического анализа было выяснено, какую трехмерную структуру в мембране клетки образует молекула Pgp (рис. 3, б ). Pgp образует в мембране пору, стенки которой, очевидно, образованы двенадцатью трансмембранными участками белка (рис. 3, в). На разрезе это чаша, сужающаяся под мембраной. Полагают, что под мембраной пору закрывают АТФ-связывающие домены белка. НАСОС В КЛЕТОЧНОЙ МЕМБРАНЕ При одной и той же внеклеточной концентрации лекарственных препаратов в резистентных клетках, экспрессирующих Pgp, накапливается меньше вещества, чем в чувствительных. Поэтому Р-гликопротеин и получил свою букву Р – сначала считали, что он влияет на проницаемость клеточной мембраны. Однако затем поняли, что проницаемость мембраны резистентных клеток для лекарств обычно не изменяется. Изменяется скорость выхода веществ из клетки. Большинство веществ, к которым возникает резистентность, определяемая Р-гликопротеином, поступают в клетку путем простой диффузии, они растворяются в липидах клеточной мембраны. Можно заставить резистентные и чувствительные клетки поглотить одинаковое количество вещества (добавив в среду обеих культур клеток избыток препарата), через некоторое время среду, содержащую лекарство, заменяют на чистую среду (без данного вещества). В этих условиях вещество начинает выходить из клеток. В опытах было обнаружено, что из резистентных клеток вещества выходят гораздо быстрее, чем из чувствительных. Этот выброс веществ из клеток требует энергии, высвобождающейся в результате гидролиза АТФ. Таким образом, Pgp выполняет функции насоса, выводящего из клетки разнообразные вещества и использующего для этого процесса энергию. Поскольку этот белок выкачивает из клеток самые разнообразные вещества, включая флуоресцентные красители (например, Родамин 123), используя последние можно легко измерять функциональную активность Pgp в исследуемых клетках. В этих тестах сравнивают светимость резистентных и чувствительных клеток, клеток обработанных и необработанных веществами, тормозящими активность Pgp. Можно, таким образом, не только наблюдать, есть ли белок в клетке (покрасив клетки антителами к Pgp), но и посмотреть, насколько белок активен. Эти методы в настоящее время широко употребляют как для изучения роли Pgp в исходе лечения тех или иных опухолей, так и для исследования закономерностей регуляции активности этого белка в клетках, для изучения того, как работает одна из важнейших защитных систем живой клетки.

С О Р О С О В С К И Й О Б РА З О В АТ Е Л Ь Н Ы Й Ж У Р Н А Л , Т О М 7 , № 7 , 2 0 0 1

БИОЛОГИЯ Исследования Р-гликопротеина поставили перед учеными еще одну загадку. Непонятно, как белок может распознавать такое большое количество разнообразных химических соединений, с тем чтобы затем связать вещество (субстрат) и выбросить его из клетки. В целом для подавляющего большинства белков живой клетки такая широкая субстратная специфичность была крайне нехарактерна. Pgp и обнаруженные позже родственные ему белки представляли собой исключение. Разнообразные субстраты Pgp объединяет лишь следующее: все эти вещества липофильны (растворяются в жирах, липидах мембраны), имеют небольшие размеры (молекулярная масса от 300 до 2000 дальтон), имеют в химической структуре ароматические кольца и несут положительный заряд. СЕМЕЙСТВО АВС – ПРЕДКИ И РОДСТВЕННИКИ Р-ГЛИКОПРОТЕИНА Pgp принадлежит к большому семейству белков, которые называют семейством АВС (от англ. ATP Binding Cassette, то есть кассета (группа белков), связывающих АТФ). В это семейство входит более 100 белков различных организмов – от бактерий до человека. Все белки транспортируют в клетках разнообразные вещества – от ионов до полипептидных цепей. Белки семейства АВС для своей работы используют энергию АТФ. Эти весьма разнообразные белки построены по сходному принципу из сходных блоков (доменов): основного домена (см. домен 1 Pgp на рис. 3, а) и связывающий АТФ домен (домен 2, рис. 3, а). Домены АВС или АТФ-связывающие домены разных белков этого семейства имеют высокую степень сходства (гомологии) по аминокислотным последовательностям. Некоторые белки АВС содержат 1–2 домена, другие, как Pgp, имеют несколько доменов. Домены у некоторых организмов существуют отдельно и не объединены в один белок. Большинство белков АВС содержат участки, пересекающие мембраны клеток (трансмембранные домены). К семейству АВС принадлежат такие белки, как белки бактерий, траспортирующие наружу из клетки высокомолекулярные белки и полисахариды, белок клеток крови человека, перемещающий пептиды внутри клетки, белок, регулирующий в человеческих клетках работу каналов для ионов хлора в клеточной мембране. Члены семейства АВС транспортируют огромное число различных субстратов – от катионов и анионов, аминокислот, сахаров, жиров (липидов) до крупных белков. Среди членов семейства АВС Pgp изучен лучше всех. Кроме родного семейства АВС в природе были обнаружены другие белки, родственные Pgp по способности транспортировать в клетках разных классов и видов различные вещества. Хотя эти “родственники по выполняемой работе” используют другой способ получения

энергии (энергию протонов), они также могут распознавать множество разнообразных субстратов. Исследование одного небольшого белка, имеющего сходную с Pgp “специальность” (он тоже способен связывать различные вещества), позволило наконец понять принцип, который лежит в основе широкой субстратной специфичности некоторых транспортных белков клеток, и в частности Pgp, с которого вся эта история началась. Кристаллографический анализ молекулы маленького белка бактерии, названного BmrR, оказался более возможным (благодаря малым размерам белка), чем анализ Pgp. Кристаллография позволяет определить, как свернута (уложена) данная молекула и какие компоненты в нее входят. Исследовали неактивную молекулу BmrR и молекулу, которая связала свой субстрат. Оказалось, что пространственная структура (конформация) связавшей субстрат молекулы белка отличается от конформации белка, связавшего субстрат. Удалось также определить, с каким аминокислотным остатком связан субстрат. На рис. 4 приведена схема работы BmrR, составленная на основе этих данных. Встретившись с субстратом внутри двойного липидного слоя наружной мембраны клетки, белок изменяет свою форму, в результате чего открывается ранее скрытый карман, в который входит молекула переносимого вещества. Внутри кармана находится аминокислота, имеющая отрицательный заряд. Положительно заряженный субстрат путем электростатического взаимодействия связывается с отрицательно заряженным аминокислотным остатком и затем выводится наружу. Так работает белок BmrR. Это первая работа, позволившая обнаружить, по какому принципу белок распознает и а

б Наружная среда

3

− 1

1

H+ −

1

2

1

1

1

1

3

2 1

Цитоплазма Рис. 4. Схема, объясняющая связывание вещества транспортным белком, распознающим множество субстратов. Белок бактерии BmrR (по: Zheleznova et al., 2000). а – белок, еще не связавший лекарственный препарат 2; б – белок, связавший лекарственный препарат 2; 1 – трансмембранная часть белка BmrR, 2 – лекарственный препарат, 3 – мембрана клетки. Положительно заряженное вещество находится в липидах мембраны клетки (3 ), путем диффузии подходит к белку (а). Встретившись с субстратом, белок изменяет свою форму (б ), вещество связывается с аминокислотой, имеющей отрицательный заряд и затем выводится наружу, используя энергию протона

С ТА В Р О В С К А Я А . А . О П У Х О Л Е В А Я К Л Е Т К А В О Б О Р О Н Е

21

БИОЛОГИЯ связывает непохожие субстраты. Нельзя исключить, что и Pgp функционирует используя тот же или сходный механизм распознавания. Как мы говорили, все субстраты Pgp положительно заряжены, имеют определенную молекулярную массу (то есть размеры, позволяющие войти в определенный карман), растворимы в липидах. Показано, что мутации во внутримембранных участках Pgp приводят к тому, что белок перестает связывать определенные субстраты. Таким образом, связывание субстратов с молекулой Pgp, очевидно, происходит внутри клеточной мембраны. После связывания, как полагают, пора в мембране открывается и белок выводит субстрат из клетки используя энергию АТФ. Нельзя исключить, разумеется, что механизм связывания субстрата с Pgp несколько иной, чем для BmrR. РАБОТА Р-ГЛИКОПРОТЕИНА В НОРМАЛЬНЫХ КЛЕТКАХ Выполняет ли Pgp какую-нибудь работу в нормальных клетках? Было бы удивительно, если бы такой замечательный белок был нужен только опухолевым клеткам в тяжелую минуту. Окраска разных нормальных тканей организма антителами к Pgp показала, что в больших количествах этот белок обнаруживается лишь в некоторых тканях человека, прежде всего в коре надпочечников, слизистой оболочке кишечника, почках, печени, а также в клетках сосудов мозга. Сама локализация этого белка в организме позволяет думать, что он и в нормальных тканях выводит вредные вещества из клеток, качает из клетки гормоны и участвует в работе барьера, охраняющего от вредных воздействий мозг. В опытах с мышами, из генома которых был удален ген mdr1, кодирующий Pgp, ученые подтвердили, что действительно этот белок необходим для защиты организма, ограничивая поступление в клетки вредных веществ, попадающих в желудочно-кишечный тракт и стимулируя выделение веществ из клеток печени, почек, кишечника Pgp. Мыши, лишенные гена mdr1, оказывались в 50–100 раз чувствительнее к различным ядовитым веществам, чем нормальные животные. Очевидно, Pgp может выполнять и другие работы: он перемещает короткие молекулы липидов из одного слоя клеточной мембраны в другой и, возможно, регулирует работу некоторых каналов в мембране клеток. Однако эти работы не так жизненно важны, как защитная функция Pgp. Pgp И ЛЕЧЕНИЕ ЗЛОКАЧЕСТВЕННЫХ ОПУХОЛЕЙ Экспрессия активного Pgp опухолевыми клетками рассматривается как одно из важных препятствий на пути излечения опухолей с помощью лекарственных средств.

22

В качестве доводов в пользу роли Pgp в исходе терапии приводят обычно данные, показывающие, что число больных, чьи опухолевые клетки гиперэкспрессируют Pgp, возрастает после проведения курсов лечения, а также ссылаются на корреляцию экспрессии MDR1 /Pgp и неэффективность терапии. С помощью подобных исследований результаты, свидетельствующие в пользу значимости Pgp для исхода лечения, получены для нескольких форм рака, например для опухолей легких, молочной железы, яичников, некоторых видов лейкоза (рака крови). Казалось бы, стоит заблокировать активность Pgp, и химиотерапия опухолей становится более успешной. Однако эта проблема не так проста. При некоторых опухолях (например, опухолях почек) экспрессию активного Pgp (или гиперэкспрессию кодирующего его гена MDR1 ) обнаруживают в момент постановки диагноза: это чаще всего связано с тем типом клеток, из которых происходят данные новообразования. Таким образом, здесь речь идет о МЛУ, связанной с тканевой принадлежностью опухолевых клеток. Естественно, угнетение функции Pgp сделает более чувствительными к лекарствам не только опухолевые, но и соответствующие нормальные клетки. Веществ, которые могут блокировать Pgp, найдено немало. Многие из них связываются с Pgp и не дают этому белку взаимодействовать с лекарством или тормозят вывод лекарств из клетки. В опытах с культурами резистентных к противораковым препаратам клеток эти вещества (например, верапамил, резерпин, циклоспорин А) делают клетки чувствительными к лекарствам. Однако клинические испытания таких модификаторов МЛУ пока не выявили веществ, которые успешно преодолевали бы лекарственную устойчивость клеток больных раком людей: чаще всего причиной этого явилось то, что не удается достичь достаточной для снятия МЛУ концентрации модификатора в крови больных – повышение дозы давало тяжелые общие осложнения. Кроме того, оказалось, что нередко в основе МЛУ лежит не одна причина (гиперэкспрессия Pgp), а несколько. ЗАКЛЮЧЕНИЕ. НЕМНОГО О ДРУГИХ ПРИЧИНАХ МЛУ: РАЗЛИЧНЫЕ СПОСОБЫ ЗАЩИТЫ КЛЕТКИ Мы видим, таким образом, что поиски причин множественной лекарственной устойчивости опухолевых клеток к лечению привели не только к открытию Р-гликопротеина, одной из важнейших причин этого явления, но и позволили понять, как устроен и работает целый класс транспортных белков живой клетки, как с помощью Р-гликопротеина осуществляется защита нормальных тканей организма от вредных воздействий внешней среды. Эти исследования дали существенный материал для генетиков, занимающихся проблемами

С О Р О С О В С К И Й О Б РА З О В АТ Е Л Ь Н Ы Й Ж У Р Н А Л , Т О М 7 , № 7 , 2 0 0 1

БИОЛОГИЯ стабильности генома, и способствовали исследованию белков, родственных Pgp. Важно подчеркнуть, однако, что кроме Pgp клетка располагает и другими средствами защиты от повреждающих ее воздействий в целом и от химических веществ в частности. Защита может осуществляться на любых этапах взаимодействия яда с клеткой. Pgp – первая ступень защиты, позволяющая клетке не допустить вредное вещество внутрь. Это достаточно универсальный способ защиты – сразу против многих веществ, возникающий часто, что связано прежде всего с тем, что гены, кодирующие Pgp, быстро активируются в ответ на самые разнообразные воздействия. Полагают, что яды могут активировать и сам белок. Кроме Pgp есть и несколько других насосов этого типа, например белки семейства MRP, однако при исследовании клеток, резистентных к лекарствам, они как причина обнаруживаются реже, чем Pgp. Если вещество все же проникло в клетку, то в ее цитоплазме есть ферменты, обезвреживающие химические соединения. В клетке есть еще один из важнейших сторожей ее целостности и здоровья – белок р53, который заставляет клетку, получившую повреждения, либо остановиться в своем размножении (это дает клетке время ликвидировать повреждение), либо запускает программу, приводящую к гибели клетки. Влияют на выживаемость клеток во вредных условиях и другие белки, например белки се-

мейства Bcl-2. Поломка любого из этих защитных механизмов также может привести к множественной лекарственной устойчивости опухолевых клеток. ЛИТЕРАТУРА 1. Ставровская А.А. Клеточные механизмы множественной лекарственной устойчивости опухолевых клеток // Биохимия. 2000. Т. 65, вып. 1. С. 112–126. 2. Ставровская А.А. Резистентная к метафазным ингибиторам сублиния клеток L. // Бюл. эксперим. биологии и медицины. 1973. Т. 75, № 9. С. 112–115. 3. Копнин Б.П. Специфические изменения кариотипа в клетках, резистентных к колхицину // Генетика. 1981. Т. 18, № 2. С. 308–317. 4. Ueda R., Yoshida A., Amachi T. Recent Progress in P-glycoprotein Research // Anti-Cancer Drug Design. 1999. Vol. 14, № 1. С. 115– 121. 5. Zheleznova E., Markham P., Neyfakh A., Brennan R. Structural Basis of Multidrug Recognition by BmrR, a Transcription Activator of a Multidrug Transporter // Cell. 1999. Vol. 96. C. 353–362.

Рецензент статьи Ю.М. Васильев *** Алла Александровна Ставровская, доктор медицинских наук, профессор, зав. лабораторией Всероссийского онкологического научного центра. Область научных интересов: молекулярная онкология, лекарственная устойчивость опухолевых клеток, механизмы ангиогенеза. Автор 130 научных работ.

С ТА В Р О В С К А Я А . А . О П У Х О Л Е В А Я К Л Е Т К А В О Б О Р О Н Е

23