Сенолитики, запускающие ферроптоз, повышают эффективность терапии рака

Сенесцентные клетки выходят из клеточного цикла и подвергаются отчетливым изменениям фенотипа, включающие повышенную устойчивость к гибели, перепрограммирование метаболизма и перестройку секретома — они приобретают так называемый секреторный фенотип, ассоциированный со старением (SASP). Уже известно, что сенесцентные клетки могут накапливаться в раковой опухоли и снижать эффективность химиотерапии. Следовательно, сенолитики — препараты, избирательно уничтожающие их, — обладают широким терапевтическим потенциалом. Авторы статьи в Nature Cell Biology показали, что ингибирование глутатионпероксидазы GPX4 в сенесцентных клетках запускает в них ферроптоз, и комбинация ингибиторов GPX4 с химиотерапевтическими препаратами уничтожает опухолевые клетки в различных моделях рака. 

Ученые провели скрининг библиотеки из 10 480 веществ, чтобы выявить потенциальные сенолитики. Библиотека содержала электрофильные соединения, нацеленные на цистеины в белках или другие нуклеофильные остатки. Авторы обрабатывали фибробласты легких человека, экспрессирующие слитый белок ER:RAS, 4-гидрокситамоксифеном, чтобы вызвать онкоген-индуцированную сенесценцию. По результатам скрининга они отобрали четыре хлорацетамида с высокой сенолитической активностью — SCLA1, SCLA2, SCLA3 и SCLA4. Эти соединения избирательно уничтожали сенесцентные клетки в культуре. 

С помощью клик-химии ученые ввели в SCLA биотиновую метку, чтобы выявить ковалентно связанные с этими соединениями мишени. Они обнаружили ряд белков, которые активно взаимодействовали с SCLA, и провели небольшой скрининг с использованием малых интерферирующих РНК (siRNA), нацеленных на 19 из этих белков. Оказалось, что глутатионпероксидаза GPX4 служит функциональной мишенью для трех из четырех SCLA. Дальнейший анализ механизма показал, что эти соединения связываются с GPX4 и индуцируют ферроптоз.

Исследователи задались вопросом, насколько это распространенный механизм действия сенолитиков. Из 38 кандидатных соединений, выявленных при скрининге, они отобрали 15 и оценили их механизм действия in vitro, обрабатывая клетки сенолитиками и ингибитором апоптоза или ферроптоза. По результатам опытов ученые пришли к выводу, что ингибиторы GPX4 обладают сенолитическим действием.

Ферроптоз — это форма клеточной гибели, вызванная накоплением в клетке окисленных липидных мембран. Окисление липидов связано с высоким уровнем активных форм кислорода (АФК) и ионов железа (Fe²⁺), которые приводят к неконтролируемому окислению липидов. Чтобы понять, почему сенесцентные клетки более склонны к ферроптозу при ингибировании GPX4, чем нормальные, авторы измерили уровни АФК, Fe²⁺ и окисления липидов с помощью флуоресцентных зондов. Они обнаружили, что в сенесцентных клетках выше уровни АФК и Fe²⁺, что делает их более склонными к ферроптозу. Однако его индукции препятствует повышенная экспрессия GPX4. 

Затем ученые проверили, повышается ли уровень GPX4 в сенесцентных клетках in vivo. Они провели опыты на мышиной модели рака печени, в которой онкогенный вариант NRAS (NRAS^G12V) индуцирует сенесценцию гепатоцитов. Количественная иммунофлуоресценция срезов печени выявила усиленную экспрессию GPX4 в сенесцентных клетках, экспрессирующих NRAS. При этом введение RSL3 — мощного ковалентного ингибитора GPX4 — приводило к снижению количества клеток, экспрессирующих NRAS, в печени модельных мышей. 

 Чтобы оценить возможность терапевтического применения ингибиторов GPX4, авторы получили мышиную модель меланомы. Раковые клетки линии SK-MEL-103 водили подкожно, и начинали терапию, когда опухоли приживались. У мышей, получавших палбоциклиб (ингибитор CDK4/6) в сочетании с RSL3, объем опухолей значительно уменьшался — сильнее, чем в контроле или при лечении только одним из препаратов. Аналогичным образом ученые показали, что комбинированная терапия с использованием RSL3 улучшает выживаемость мышей с раком яичников.

Работа демонстрирует, что электрофильные соединения перспективны для дальнейшего поиска сенолитиков и их клеточных мишеней. При этом GPX4, которая обеспечивает защиту клеток от ферроптоза, становится мишенью сенолитиков, поскольку уровень этого фермента повышен в сенесцентных клетках, склонных к ферроптозу. Ингибиторы GPX4 могут стать перспективными сенолитическими препаратами, и ученые уже показали их применимость для уничтожения сенесцентных клеток при раке. 

Малая молекула активирует железо в лизосомах раковых клеток и запускает ферроптоз