ИСТИНА

Меланома относится к одному из наиболее агрессивных видов злокачественных опухолей, за счет способности к быстрому развитию метастазов и высокой устойчивости к химиотерапии. Формирование метастатических клеток из первичной опухоли – сложный, не до конца изученный на сегодняшний день процесс. Для меланомы было показано, что тип энергетического метаболизма во многом определяет их метастатический потенциал. Метастазы характеризуются снижением уровня гликолитических метаболитов и увеличением количества метаболитов цикла Кребса. Для меланомы описан феномен накопления спермоспецифичного фермента ГАФДс, который по опубликованным данным, вероятно, необходим для переключения энергетического метаболизма опухолевой клетки с гликолиза на окислительное фосфорилирование. ГАФДс – это паралог белка глицеральдегид-3-фосфатдегидрогеназы - фермента гликолиза, который считается одним из ключевых белков в регуляции энергетического метаболизма. Кроме того, соматическая форма ГАФД обладает многими негликолитическими функциями, включая регуляцию апоптоза. Проект направлен на исследование молекулярных механизмов участия ГАФД и ГАФДс в метастазировании и химиорезистентности меланомы, функциональных отличий этих белков, а также особенностей регуляции экспрессии их генов в раковой клетке с целью поиска мишеней для таргетной терапии. Отдельное внимание будет уделено проблеме химиорезистентности меланомы. На сегодняшний день для всех химиотерапевтических препаратов для лечения меланомы на метастатической стадии показан низкий уровень терапевтического ответа или быстрое развитие устойчивости. Молекулярные механизмы этого явления разнообразны и интенсивно изучаются. Известно, что один из таких механизмов - это закисление микроокружения опухоли. Показано, что для меланом повышение экспрессии ГАФДс коррелирует с повышением накопления лактата в среде, а значит, значительному закислению внешней среды. Для решения проблемы лекарственной устойчивости меланомы, представленный проект включает работу по созданию системы для целевой доставки лекарств с учетом метаболических особенностей клеток с повышенной экспрессией ГАФДс, на основе мультилипосомальных рН-чувствительных контейнеров. Электростатическая адсорбция анионных липосом на поверхности носителей - катионных липосом - приведет к концентрированию нескольких десятков липосом в малом объеме, что, как ожидается, будет сопровождаться усилением действия инкапсулированного цитостатического препарата. Для предотвращения слияния мембран липосом, и, соответственно, преждевременного высвобождения активного вещества, липосомы будут модифицированы гидрофильным полимером – полиэтиленоксидом. В мембрану анионных липосом будет встроен рН-чувствительный липид-переключатель, позволяющий эффективно высвобождать активные молекулы в среде с пониженными значениями рН, что характерно для микроокружения меланомы. Использование смеси липосом с разными инкапсулированными веществами, включая химиотерапевтические препараты или препараты для таргетной терапии, открывает путь к получению мультилипосомальных контейнеров с требуемым соотношением действующих веществ. Свойства полученных конструкций будут изучены на клеточных линиях меланомы человека.

Melanoma is one of the most aggressive types of malignant tumours due to its ability to rapidly develop metastases and high resistance to chemotherapy. The formation of metastatic cells from the primary tumour is a complex process that is not fully understood to date. For melanoma, it has been shown that the type of energy metabolism largely determines their metastatic potential. Metastases are characterised by a decrease in glycolytic metabolites concentrations and an increase in Krebs cycle metabolites concentrations. The phenomenon of accumulation of the sperm-specific enzyme GAPDs has been described for melanoma, which, according to published data, is probably required for switching the energy metabolism of the tumour cell from glycolysis to oxidative phosphorylation. GAPDs is a paralog of the glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, an enzyme of glycolysis that is considered to be one of the key proteins in the regulation of energy metabolism. In addition, the somatic form of GAPD has many non-glycolytic functions, including regulation of apoptosis. In order to find targets for targeted therapy the project aims to investigate the molecular mechanisms of GAPD and GAPDs involvement in melanoma metastasis formation and chemoresistance, the functional differences of these proteins, as well as the peculiarities of regulation of their gene expression in the cancer cell. Special attention will be paid to the problem of melanoma chemoresistance. To date, all chemotherapeutic agents for the treatment of melanoma at the metastatic stage have been shown to have a low level of therapeutic response or rapid development of resistance. The molecular mechanisms of this phenomenon are diverse and intensively studied. Acidification of the tumour microenvironment is known to be one such mechanism. It has been shown that for melanomas, increased expression of GAPDs correlates with increased accumulation of lactate in the environment, and hence significant acidification of the external environment. To address the problem of drug resistance in melanoma, the presented project includes work on the development of a system, based on multiliposomal pH-sensitive containers, for targeted drug delivery taking into account the metabolic features of cells with increased GAPDs expression. Electrostatic adsorption of anionic liposomes on the surface of carriers - cationic liposomes - will lead to concentration of several dozens of liposomes in a small volume, which is expected to be accompanied by enhanced action of the encapsulated cytostatic drug. To prevent liposome membrane fusion, and thus premature release of the active ingredient, the liposomes will be modified with a hydrophilic polymer, polyethylene oxide. A pH-sensitive lipid switch will be incorporated into the membrane of anionic liposomes, allowing efficient release of active molecules in an environment with low pH values, which is characteristic of the melanoma microenvironment. The use of a mixture of liposomes with different encapsulated substances, including chemotherapeutic drugs or drugs for targeted therapy, opens the way to obtaining multiliposomal containers with the required ratio of active substances. The properties of the obtained constructs will be studied on human melanoma cell lines.

Учитывая сильную гетерогенность меланомы, сложно говорить об универсальных молекулярных механизмах развития этого рака кожи. По результатам работы будет установлено место изоформ ГАФД в существующей картине патогенеза этого заболевания, включая исследование участия в развитии химиорезистентности. Мы ожидаем, что единовременная экспрессия двух гомологичных генов ГАФД, конкурирующих за пути регуляции энергетического метаболизма и апоптоза, позволит выявить в раковой клетке механизмы, ассоциированные с метастазированием меланомы. Это откроет новые мишени для таргетных противоопухолевых препаратов. Важно отметить, что помимо меланомы, описаны клинические случаи больных раком предстательной железы и раком яичка с повышенным накоплением ГАФДс в биоптатах опухоли, что может свидетельствовать об универсальных механизмах канцерогенеза с участием данных ферментов, а значит полученные данные могут стать базой для оказания помощи еще большему числу онкобольных. Используя особенности клеток меланомы с повышенной экспрессией ГАФДс, в ходе выполнения проекта будут разработаны мультилипосомальные контейнеры (МЛК) для инкапсулирования и контролируемого высвобождения цитостатических веществ в области опухоли. На первом этапе будут созданы и охарактеризованы МЛК с инкапсулированными маркерными соединениями для изучения доставки таких соединений в клетки. На подобных рН-чувствительных МЛК будет изучено влияние закисления инкубационной среды на доставку. Создание и изучение описанных комплексов представляет самостоятельную ценность, так как такие МЛК могут быть использованы для целевой доставки смеси лекарств в области с пониженным рН, связанные не только с онкологическими заболеваниями. На втором этапе, будут созданы комплексы МЛК с инкапсулированными цитостатическими соединениями, используемыми в лечении метастазирующей меланомы. Использование смеси липосом, заполненных разными препаратами, позволит получить многофункциональные контейнеры, в которых инкапсулированные в индивидуальные липосомы вещества будут сконцентрированы на носителе в нужном соотношении. Будет проведена оптимизация состава липосом и соотношения активных веществ в МЛК для наиболее эффективного подавления роста модельных клеток, что открывает путь к персонализированному подходу в терапии меланомы. Результаты проекта будут опубликованы в ведущих научных журналах, в том числе высокорейтинговых. Выполнение проекта позволит создать задел для получения образцов, представляющих коммерческий интерес, что в дальнейшем позволит защитить разработанную технологию заявкой на выдачу патента. Наблюдения и выводы, сделанные в ходе выполнения проекта, будут важны для развития нового научного направления, связанного с получением мультифункциональных конструкций для биомедицинского применения и помогут создать научный и технологический задел для обеспечения импортозамещения и опережающего развития в области высокотехнологичного здравоохранения, в частности, в решении проблемы онкологических заболеваний.

При планировании работ по проекту авторы опирались на научный задел, полученный в МГУ имени М.В. Ломоносова. Проект будет выполняться силами научного коллектива, в который входят специалисты в области молекулярной и клеточной биологии, биохимии, биоинформатики (отдел биохимии животной клетки), а также физической химии полимеров, самоорганизующихся и супрамолекулярных систем, мембранологии (кафедра высокомолекулярных соединений). Руководитель имеет опыт работы и совместных публикаций с обоими группами специалистов. Одна часть коллектива имеет богатый опыт исследований в области биохимии и молекулярной биологии белков ГАФД и ГАФДс. В частности, участниками впервые был описан феномен эктопической экспрессии укороченной формы ГАФДс в культурах клеток меланомы. Также 13 клеточных линий меланомы с разной степенью дифференцировки, полученных в Российском онкологическом научном центре имени Н.Н. Блохина и НИИ онкологии имени проф. Н.Н. Петрова, ранее были охарактеризованы по содержанию ГАФДс, выявлены особенности протекания гликолиза в таких клетках. В некотором смысле новый проект является логическим продолжением этих работ, направленных на детальное изучение молекулярных механизмов отмеченных особенностей. Другая часть научного коллектива достигла заметных успехов в разработке систем направленной доставки терапевтических молекул на основе липосом. Получена технология создания мультилипосомальных контейнеров, основанная на адсорбции анионных липосом на катионном носителе. Недавно было установлено, что в качестве носителя для иммобилизации анионных липосом можно использовать катионные липосомы большего размера. Уникальный накопленный опыт позволяет модифицировать свойства контейнера, в частности, осуществлять доставку нескольких активных веществ на одном носителе, а также контролировать высвобождение препарата с помощью внешнего стимула. Получены рН-чувствительные липосомы на основе литохолевой кислоты.