На шаг ближе к вакцине от рака
На протяжении десяти лет ученые из Аризонского государственного университета пытались разработать универсальную вакцину от рака. Они обнаружили 200 000 неоантигенов, повторяющихся в разных типах опухолей, что открывает новые возможности для создания одной вакцины против всех типов онкологических заболеваний.
Для обнаружения этих неоантигенов учёные изучили мутации в более чем 50 линиях раковых клеток и 85 образцах тканей, а также кровь пациентов с 5 различными типами рака на поздней стадии: рак легких, молочной железы, головного мозга, желудка и поджелудочной железы.
Был найден новый общий источник опухолевых мутаций, который можно использовать для создания 3 видов вакцин:
- универсальная вакцина от рака;
- специфичные вакцины против рака (например, против поджелудочной или молочной железы);
- персонализированные вакцины против рака, основанные на мутациях, уникальных для конкретного человека.
Чтобы обнаружить неоантигены в опухолях онкобольных, учёные разработали чипы нового типа, в которых были представлены все 200 000 возможных неоантигенов, что позволило им проводить скрининг антител в крови пациентов. Это гораздо проще, чем обычная практика получения и секвенирования ДНК из опухоли для создания персонализированных противораковых вакцин. Этот процесс требует много усилий и денежных средств, кроме того, только 40% опухолей имеют специфические антигены, на основе которых можно создать вакцину.
Мутации, на которых фокусируется данная исследовательская группа – пептиды со сдвигом рамки считывания – гораздо более иммуногенны, чем точечные мутации, используемые в персонализированных противораковых вакцинах. Подобный подход даёт возможность создавать дешевые вакцины, которые можно использовать и в терапевтических, и в профилактических целях.
Исследования на мышах показали, что эти неоантигены выполняют защитную функцию, как на модели рака молочной железы, так и на модели меланомы. Недавно эти данные были использованы для начала большого преклинического исследования универсальных профилактических вакцин от рака на собаках.
Неоантигены – это небольшие фрагменты белков внутри раковой клетки, которые иммунная система хозяина никогда раньше не видела. Подобные аберрантные пептиды в составе вакцины могут стимулировать иммунную систему.
Как оказалось, неоантигены появляются в результате ошибок, случающихся во время сплайсинга РНК. Эти ошибки возникают из-за нарушения считывания генетического кода.
По большей части неправильно считанные белки могут уничтожаться внутри клетки, никогда не сталкиваясь с иммунной системой. По мере прогрессирования рака в результате увеличения числа ошибок белковый мусор накапливается быстрее, подавляя жизнедеятельность клетки, а аберрантные белки распознаются иммунной системой.
Чтобы быстро идентифицировать фреймшифт-мутации (мутации сдвига рамки считывания гена) и нарушения сплайсинга, учёные разработали массив данных для обнаружения всех возможных пептидов, синтезированных после фреймшифта, которые потенциально может произвести любая опухолевая клетка. Массив содержит 400 000 фреймшифтовых пептидов, и был проверен на крови онкобольных (и здоровых пациентов в качестве контроля), чтобы найти те пептиды, которые имели самые реактивные антитела.
По результатам анализов выяснилось, что:
1) подавляющее большинство фреймшифт-пептидов (69%-80%) уникальны для каждого конкретного человека.
2) 16%-19% пептидов совпадают в пределах 2х разных типов рака.
3) 1,5%-6,9% были разделены между тремя или более типами рака (рак желудка имеет самый высокий процент сходства с другими типами рака – 6,9%).
Поразительно, что один из самых сложных для лечения видов рака, глиобластома, обладает наибольшим потенциалом для создания персонализированных вакцин. Из 17 изученных образцов пациентов с глиобластомой у каждого пациента было 5 800 пептидов, и из них 4 500 были уникальными.
Затем учёные сравнили 20 000 пептидов, которые они идентифицировали на поздней и начальной стадиях рака поджелудочной железы. Оказалось, что между пептидами на разных стадиях мало общего, что в свою очередь говорит о том, что вакцины для разных стадий болезни тоже должны быть разными. Все изменения в структуре, идентификация и скрининговые эксперименты позволили им выбрать лучших кандидатов для вакцины, которые были испытаны на 6-недельных мышах с помощью введения в ушную раковину. Через 4 недели им начали вводить препараты, вызывающие рак, после чего стали делать бустерные инъекции через каждые 2 дня.
Выяснилось, что вакцины могут значительно задержать или даже предотвратить рост и развитие опухоли. Также было обнаружено, что объединение нескольких пептидов фреймшифта привело к значительной задержке роста опухоли и сделало вакцину более эффективной.
По результатам анализа различных образцов рака и проблем, возникших с вакцинами у мышей, учёные создали список «100 лучших» пептидов для каждого из 5 видов рака человека. На данный момент учёные всеми силами стремятся перейти к первым клиническим испытаниям на людях.
Статья Shen et al. RNA Transcription and Splicing Errors as a Source of Cancer Frameshift Neoantigens for Vaccines опубликована в журнале Nature Scientific Reports.
Елена Панасюк, портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам Arizona State University: Discovery may expand cancer vaccine capabilities.