Більше семи десятиліть лікарі використовували препарат 6-тіогуанін (6-TG) для лікування лейкемії. Його вплив на пацієнтів добре задокументовано, але дослідники все ще працюють над тим, щоб зрозуміти молекулярні деталі того, чому одні клітини гинуть під дією препарату, а інші здатні протистояти йому.
Команда дослідницького центру молекулярної медицини CeMM Австрійської академії наук, яка співпрацює з вченими з Оксфордського університету, Інституту науки Вейцмана та Університету Данді, виявила несподіваний фактор цієї реакції: білок під назвою NUDT5.
Відкриття сталося після нещодавнього відкриття в лабораторіях Кубічека та Губера (Наука2025). Ця попередня робота продемонструвала, що NUDT5 виконує важливі внутрішньоклітинні ролі, які не залежать від його нормальної ферментативної активності. Замість того, щоб просто діяти як каталізатор, який запускає хімічні реакції, NUDT5 також може діяти як молекулярний каркас, який допомагає організовувати клітинний метаболізм.
Ця незвичайна функція, здається, пояснює, як клітини реагують на 6-TG.
«Спочатку ми очікували, що NUDT5 впливає на 6-TG через свою ферментативну активність», — каже один із авторів дослідження Туан-Ань Нгуєн з CeMM. «Замість цього ми виявили, що інгібування ферменту мало ефект. Важливим було те, чи присутній сам білок».
Видалення NUDT5 змінює реакцію на ліки
Багато препаратів, спрямованих на ферменти, призначені для блокування хімічних реакцій цих ферментів. Дослідники хотіли знати, чи знищення NUDT5 таким чином також змінить ефекти 6-TG.
Щоб перевірити цю ідею, вони використали нову стратегію, відому як цільова деградація білка. Замість того, щоб блокувати активність білка, цей метод змушує клітину повністю руйнувати білок.
«Ми розробили клітинну платформу, щоб пришвидшити відкриття деградаторів NUDT5. Ця платформа допомогла спрямувати зусилля в галузі медичної хімії, які в кінцевому підсумку призвели до dNUDT5, нашого найактивнішого деградатора», — сказала Енн-Софі Маркес, перший автор статті, чия робота в Оксфорді сприяла отриманню висновків.
Програма медичної хімії під керівництвом лабораторії Хубера в Оксфордському університеті створила колекцію високоселективних деградаторів NUDT5. Дослідники також створили відповідні контрольні сполуки, які можуть зв’язуватися з NUDT5, не руйнуючи білок.
Потім вони порівняли ефекти цих молекул із звичайними інгібіторами NUDT5.
Різниця була очевидною. Блокування ферментативної активності NUDT5 істотно не змінило реакцію клітин на 6-TG. Однак видалення NUDT5 з клітин захистило їх від токсичної дії препарату. Генетичні експерименти прийшли до такого ж висновку.
Професор Кіліан Хубер із Центру виявлення ліків Оксфордського університету та співавтор дослідження каже: «Хімічні аналізи дають нам спосіб відокремити те, що білок виконує як фермент, від того, що він робить у вигляді фізичної присутності в клітині». «У цьому випадку ця різниця була вирішальною: усунення NUDT5 виявило біологію, яку традиційні інгібітори упустили».
Прихована функція поза активністю ферментів
Результати свідчать про те, що NUDT5 впливає на чутливість до тіопуринових препаратів через механізм, незалежний від його каталітичної активності. Іншими словами, дізнатися, що фермент робить хімічно недостатньо, щоб пояснити його вплив на 6-TG.
«Коли були отримані результати, відразу стало ясно, що dNUDT5 захищає клітини від токсичності 6-тіогуаніну залежно від дози. Це був неймовірно хвилюючий момент», — сказав Людвіг Бауер, перший автор статті.
Дослідники також виявили цікавий зв’язок між NUDT5 та іншим білком під назвою NUDT15, який, як уже відомо, впливає на те, як пацієнти реагують на тіопуринові препарати.
Ці два білки, здається, мають протилежні ефекти.
Втрата NUDT15 робить клітини більш чутливими до 6-TG. Виснаження NUDT5, навпаки, робить клітини більш стійкими до лікування. Отримані дані свідчать про те, що білки впливають на реакцію тіопурину через різні механізми, які штовхають клітини в протилежних напрямках.
«Наші результати показують, що білки можуть виконувати важливі біологічні функції, які повністю не залежать від їхньої ферментативної активності», — говорить провідний автор Стефан Кубічек, головний дослідник CeMM. «Видаливши NUDT5, а не пригнічуючи його, ми змогли розкрити прихований шар біології, який допомагає визначити, як клітини реагують на клінічно важливий препарат».
Нове вікно у відповідь на ліки від лейкемії
Отримані результати не відразу призведуть до нових методів лікування, але вони розкривають несподіваний механізм, який може допомогти контролювати дію довгострокового препарату від лейкемії.
Показуючи, що NUDT5 впливає на 6-TG через свою каталітичну функцію, дослідження може допомогти вченим зрозуміти, чому реакція на лікування тіопурином різниться. Це також показує, як цілеспрямована деградація білка може виявити біологічні функції, які залишаються невидимими, коли дослідники покладаються виключно на традиційні інгібітори ферментів.
Ця робота підтримана Європейською дослідницькою радою (ERC) в рамках програми Європейського Союзу з досліджень та інновацій Horizon 2020, Австрійським науковим фондом (FWF), Віденським науково-технічним фондом (WWTF), Програмою стипендій для аспірантів Марії Склодовської-Кюрі, Програмою інноваційних ліків (J2IMTak Innovative). Trust, Merck Sharp & Dohme Corp. і Janssen Pharmaceutica NV.
