Может ли такой распространенный продукт, как кофе, сыграть роль в лечении рака? Ученые из Института биотехнологий и медицинских исследований Техасского университета A&M считают, что это возможно. В своих исследованиях они сочетают кофеин с CRISPR, мощным инструментом редактирования генов, известным как кластерные регулярно расположенные короткие палиндромные повторы, чтобы изучить новые способы лечения хронических заболеваний, таких как рак и диабет. Этот подход основан на стратегии, называемой хемогенетикой, которая позволяет исследователям контролировать клетки с помощью определенных химических сигналов.
Юбин Чжоу, профессор и директор Центра трансляционных исследований рака в Институте биотехнологий, специализируется на изучении заболеваний на клеточном, генетическом и эпигенетическом уровнях. В более чем 180 научных публикациях он использовал передовые технологии, включая CRISPR и хемогенетические системы, для лучшего понимания и потенциального лечения сложных заболеваний.
Хемогенетика предполагает управление поведением клеток с помощью небольших внешних молекул, часто лекарственных препаратов или пищевых добавок, которые активируют специально разработанные переключатели внутри целевых клеток. В отличие от обычных лекарств, которые могут воздействовать на многие ткани организма, этот метод разработан для работы только с клетками, запрограммированными на соответствующую реакцию.
Как кофеин активирует редактирование генов
В своей последней работе Чжоу опирается на более ранние открытия, касающиеся генетических переключателей внутри клеток. Его команда разработала новую хемогенетическую систему, которая сочетает CRISPR с кофеином для контроля времени редактирования генов.
Процесс начинается с предварительной подготовки клеток. Используя проверенные методы генной терапии, исследователи вводят гены, которые производят три ключевых компонента: наноантитело, соответствующий ему целевой белок и систему CRISPR. После попадания в клетку эти компоненты производятся естественным образом. После этой настройки системой можно управлять извне. Когда человек потребляет около 20 мг кофеина, например, из кофе, шоколада или газировки, это вызывает связывание наноантитела и его белка-партнера. Это взаимодействие активирует CRISPR, которая затем осуществляет специфические генные модификации внутри клетки.
Эта стратегия также позволяет активировать Т-клетки способами, недоступными при использовании других методов генного редактирования. Т-клетки действуют как память иммунной системы, сохраняя инструкции от прошлых инфекций, чтобы организм мог быстро реагировать в будущем. Возможность целенаправленно активировать эти клетки может дать ученым новый инструмент для управления иммунным ответом против конкретных заболеваний.
Реверсивный переключатель генов «вкл/выкл».
Исследователи также обнаружили, что некоторые препараты могут обратить этот процесс вспять. Эти препараты вызывают разделение парных белков, что останавливает дальнейшее редактирование генов. Такой дополнительный контроль важен для разработки безопасных и адаптируемых химиогенетических методов лечения. В медицинской практике врачи могли бы временно приостанавливать активность генов, если пациент испытывает стресс или побочные эффекты от лечения, а затем возобновлять ее позже, когда состояние улучшится. Это позволяет точно настраивать контроль генов с течением времени, а не оставлять его постоянно активным.
«Также можно модифицировать эти антителоподобные молекулы для работы с системами, индуцируемыми рапамицином, так что, добавив другой препарат, например рапамицин, можно добиться противоположного эффекта», — сказал Чжоу. «Например, если изначально белки А и В разделены, добавление кофеина сближает их; и наоборот, если белки А и В изначально находятся вместе, добавление такого препарата, как рапамицин, может привести к их диссоциации».
Рапамицин — широко доступный иммунодепрессант, традиционно используемый в качестве средства против отторжения у пациентов после трансплантации органов. Он действует, предотвращая атаку чужеродных веществ в организме белыми кровяными клетками. Благодаря своей доступности и широкому применению, рапамицин является перспективным кандидатом для использования в этой новой системе.
Кофебоди и будущие методы лечения диабета и рака
Когда специально разработанное нанотело реагирует на кофеин, исследователи называют его «кофетелом». Чжоу считает, что эти кофетелы в конечном итоге могут помочь в лечении множества заболеваний. В долгосрочной перспективе ученые, возможно, смогут разработать клетки, которые позволят людям с диабетом увеличить выработку инсулина, просто выпив чашку кофе.
Платформа не ограничивается инсулином. Ее также можно адаптировать для управления другими важными молекулами, включая те, которые регулируют Т-клетки. Например, при лечении рака в Т-клетки можно встраивать коферменты, чтобы врачи могли решать, когда, где и с какой силой иммунная система атакует опухоли.
В ходе исследований на лабораторных животных команда обнаружила, что кофеин и его метаболиты, такие как теобромин, который в больших количествах содержится в шоколаде или какао, могут вызывать эту реакцию и обеспечивать редактирование с помощью CRISPR. По словам Чжоу, этот подход доступен, проще в управлении и может вызывать меньше побочных эффектов, чем некоторые существующие методы лечения.
Точный контроль для генной и клеточной терапии
Хотя ученые ранее исследовали способы активации редактирования генов с помощью малых молекул, эта система обеспечивает более жесткий контроль. После введения кофеина у исследователей есть ограниченное окно в несколько часов, или время метаболизма кофеина, для управления редактированием генов или связанными с ним физиологическими процессами. Затем можно ввести рапамицин в качестве сигнала остановки, который заставляет белки разделяться и прекращает активность. Немногие современные технологии обеспечивают такой уровень скоординированного запуска и остановки, что делает этот метод особенно перспективным как для исследований, так и для терапевтического применения.
«Она достаточно модульная», — сказал Чжоу. «Ее можно интегрировать в CRISPR и Т-клетки с химерным антигенным рецептором (CAR-T), а также, если вы хотите индуцировать экспрессию каких-либо терапевтических генов, таких как инсулин или другие вещества, и это полностью настраивается с очень высокой точностью».
Чжоу и его коллеги планируют продолжить доклинические испытания и исследовать дополнительные медицинские применения кофебодилов и CRISPR. Их цель — приблизиться к будущему, в котором известные соединения будут способствовать развитию высокоточной медицины.
«Нас вдохновляет идея перепрофилирования хорошо известных лекарств и даже таких распространенных пищевых ингредиентов, как кофеин, для выполнения совершенно новых задач», — сказал Чжоу. «Вместо того чтобы выступать в качестве самих терапевтических средств, молекулы, такие как кофеин или рапамицин, могут служить точными управляющими сигналами для сложных клеточных и генных терапий. Поскольку эти соединения уже хорошо изучены, такой подход открывает практический путь к внедрению в клиническую практику. Мы надеемся, что однажды врачи смогут использовать простые, знакомые сигналы для точной настройки эффективных методов лечения безопасным и обратимым способом».
Источник: www.sciencedaily.com
