Newswise — FILADELFIA — (4 MAJA 2023) — Gen p53 jest jednym z najważniejszych genów w ludzkim genomie: jedyną rolą białka p53, które koduje ten gen, jest wykrywanie formowania się guza i jego zabijanie. Chociaż gen został odkryty ponad czterdzieści lat temu, naukowcom jak dotąd nie udało się dokładnie określić, jak on działa. Teraz, w niedawnym badaniu opublikowanym w Odkrycie raka, czasopiśmie Amerykańskiego Stowarzyszenia Badań nad Rakiem, naukowcy z The Wistar Institute odkryli kluczowy mechanizm, w jaki p53 hamuje guzy. Używając genetycznego wariantu p53 i porównując to, czego ten wariant nie osiągnął, z tym, co mógł zrobić zdrowy „dziki” gen p53, naukowcy odkryli mechanizm, za pomocą którego p53 wyzwala funkcję immunologiczną, która z kolei zabija guza.

„Zmiana paradygmatu polega na tym, że zamiast pytać:„ Co robi p53 ”, byliśmy w stanie użyć gorzej funkcjonującego, ale predysponującego do raka wariantu genetycznego u Afroamerykanów, aby powiedzieć nam „Czego nie robi p53, gdy nie hamuje raka” ?'” powiedział Maureen E. Murphy, Ph.D.starszy autor artykułu i zastępca dyrektora Ellen and Ronald Caplan Cancer Center oraz profesor Ira Brind i lider programu Molecular & Cellular Oncogenesis Program w Instytucie Wistar.

Cztery i pół miliona ludzi w Stanach Zjednoczonych posiada odziedziczone lub zarodkowe mutacje p53, co zwiększa ryzyko zachorowania na raka. Niewielka podgrupa tych osób ma mutację, która prowadzi do zespołu Li Fraumeni, co skutkuje rozwojem wielu guzów co kilka lat, począwszy od dzieciństwa. Inne z różnymi mutacjami p53 posiadają tak zwane hipomorfy: wariant genu mający podobny, ale słabszy efekt niż odpowiedni gen normalny lub typu dzikiego. U tych ludzi również rozwija się rak, ale u nich jest on mniej agresywny i rozwija się u nich w późniejszym okresie życia.

Murphy i jej zespół postanowili dowiedzieć się, w jaki sposób p53 hamuje guzy, badając, w jaki sposób jeden konkretny hipomorf nie jest w stanie ich stłumić. Naukowcy wybrali specyficzny dla Afryki wariant o nazwie Y107H ze względu na fakt, że Afroamerykanie mają największe obciążenie rakiem ze wszystkich grup etnicznych na świecie. Ich pierwsza hipoteza była taka, że ​​mogliby użyć hipomorfy, aby dowiedzieć się, które geny „w dół” – które zwykle włączają p53 – są krytyczne dla tłumienia guzów. Ich druga hipoteza była taka, że ​​mogliby następnie przeszukać leki, które zabiłyby hipomorficzne guzy: grupa Murphy’ego była w stanie osiągnąć oba cele.

Naukowcy rozpoczęli od wykorzystania inżynierii CRISPR do stworzenia mysiego modelu ich afrykańskiego hipomorfa Y107H. Zgodnie z oczekiwaniami, myszy z Y107H rozwinęły wiele form raka i, podobnie jak ludzie, którzy posiadają ten wariant, zaczęły rozwijać raka w „średnim wieku” (tj. po 12-14 miesiącach średniej dwuletniej długości życia).

Następnie naukowcy stworzyli linie komórek nowotworowych z ich hipomorfem Y107H, a także linie komórkowe z hipomorfem występującym w populacjach Żydów aszkenazyjskich, zwanym G334R. Następnie porównali, które geny zostały włączone przez p53 typu normalnego lub dzikiego (w celu stłumienia guza), ale nie zostały włączone przez dwa hipomorfy (które nie zdołały stłumić guza). Gen, który spełniał te warunki to PADI4. Aby to potwierdzić, sprawdzili dziesięć innych hipomorfów – żaden z tych wariantów również nie włączył PADI4.

„To tak, jakby był to kluczowy docelowy gen p53, który za każdym razem, gdy masz wariant genetyczny, który predysponuje cię do raka, nie może włączyć tego genu” – powiedział Murphy. Dodała, że ​​ma sens, aby zaangażować PADI4, ponieważ ten gen pomaga układowi odpornościowemu rozpoznawać nowotwory. Czyni to poprzez modyfikację składników białek nowotworowych, tak aby stały się cytruliną, która nie jest naturalnym aminokwasem. Gdy układ odpornościowy rozpozna cytrulinę jako ciało obce, atakuje.

„Zasadniczo, kiedy komórka nowotworowa przechodzi z jednej komórki do dwóch, a nie powinno, p53 jest zaalarmowany, włącza PADI4, a PADI4 mówi:„ Układ odpornościowy, lepiej przyjdź po mnie ”- powiedział Murphy.

Końcowe etapy badań Murphy’ego wykraczały poza badania podstawowe i dotyczyły pomocy pacjentom z rakiem. Po pierwsze, naukowcy wykorzystali narzędzie Wistar do badań molekularnych i ekspresji białek, aby zidentyfikować leki, które byłyby skuteczne przeciwko guzom z hipomorfem Y107H, jednocześnie oszczędzając guzy z p53 typu dzikiego. Następnie szukali sposobu na przewidzenie, którzy pacjenci zareagują na immunoterapię, a którzy nie. Zwykle, aby to zrobić, potrzebowaliby o wiele więcej próbek tkanek ludzkich od Afroamerykanów, niż mieli. Zamiast tego zwrócili się w stronę uczenia maszynowego.

„Wchodzić Noam Auslander, Ph.D., który jest genialnym specjalistą od sztucznej inteligencji uczącym się maszyn w firmie Wistar” — powiedział Murphy. „Powiedziała: „Pozwól mi znaleźć geny, które kontrolują p53 i PADI4 razem, stosując metody bioinformatyczne i stworzyć sygnaturę genu”.

Aby to zrobić, Auslander przeanalizował 60 000 guzów w bazie danych TCGA i zidentyfikował pięć genów, które były wspólnie regulowane przez p53 i PADI4 typu dzikiego i których hipomorf Y107H nie mógł się włączyć. Po dalszej analizie odkryła, że ​​ta pięciogenowa sygnatura przewidywała przeżycie raka, naciek immunologiczny do guza i odpowiedź na immunoterapię.

Murphy uważa, że ​​zidentyfikowanie tej sygnatury genu poprzez uczenie maszynowe było tym, co spowodowało, że artykuł jej zespołu z przełomu naukowego stał się medycznym przełomem. „Nie tylko powiedzieliśmy, że mamy ważny gen docelowy p53, ale mamy również ważną sygnaturę pięciu genów, która faktycznie powie nam, kto zareaguje na immunoterapię, a kto nie, a p53 jest rdzeniem tej sygnatury ”.

Uważa również, że badanie to mogło zostać przeprowadzone tylko w instytucji takiej jak Wistar, ponieważ współpraca była tak ważna. „Jeśli spojrzysz na autorów na ten temat, mam immunologów, którzy zajmowali się immunologią; Mam ludzi uczących się maszyn, którzy zajmowali się bioinformatyką; i mam ludzi od badań przesiewowych narkotyków, którzy wykonali ekrany złożone ”- powiedział Murphy. „Wistar to po prostu ekscytujące miejsce, w którym wszyscy tutaj mówią: „Oto jak mogę pomóc w twoich badaniach”. To robi różnicę”.

Współautorzy: Alexandra Indeglia, Jessica C. Leung, James F. Dougherty, Nicole Clarke, Nicole A. Kirven, Chunlei Shao, Thibaut Barnoud, David Y. Lu, Isabela Batista Oliva, Qin Liu, Joel Cassel, Noam Auslander, Cindy Lin, Tyler Yang , Daniel Claiborne, Yulia Nefedova, Toshitha Kannan i Andrew V. Kossenkov z The Wistar Institute; Sven A. Miller, Lei Ke i John Karanicolas z Fox Chase Cancer Center; Julia I-Ju Leu z Perelman School of Medicine na University of Pennsylvania; Scott Lovell i Lijun Liu z Centrum Biologii Strukturalnej Del Shankel na Uniwersytecie Kansas; Kevin P. Battaile z Centrum Biologii Strukturalnej w Nowym Jorku; oraz Peter Vogel ze Szpitala Dziecięcego St. Jude.

Praca wspierana przez: National Health Institutes (NIH) przyznaje CA102184 MM, CA238611 MM, R00CA241367 TB i P30CA006927 JK

Informacje o publikacji: Specyficzny dla Afryki wariant TP53 ujawnia PADI4 jako regulator supresji guza za pośrednictwem p53, Cancer Discovery, 2023. Publikacja online.

###

Instytut Wistar, pierwszy niezależny instytut badań biomedycznych typu non-profit w Stanach Zjednoczonych, skupia talenty międzynarodowego zespołu wybitnych naukowców poprzez kulturę biomedycznej współpracy i innowacji. Naukowcy Wistar koncentrują się na rozwiązywaniu niektórych z najtrudniejszych i najważniejszych problemów na świecie w dziedzinie raka, chorób zakaźnych i immunologii. Wistar od ponad wieku dokonuje przełomowych postępów w dziedzinie zdrowia na świecie. Zgodnie z dziedzictwem lidera w badaniach biomedycznych i osiągnięciami ratującymi życie w immunologii i biologii komórkowej, odkrycia naukowców Wistar na wczesnym etapie skracają drogę od ławki do łóżka. wistar.org.