КАРТОЧКА ПРОЕКТА,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ


Номер 17-74-20030

НазваниеМолекулярные механизмы синтетической летальности гипертермии и ингибиторов PIKK-киназ.

РуководительКантидзе Омар Леванович, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регионФедеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт биологии гена Российской академии наук, г Москва

Срок выполнения при поддержке РНФ07.2017 - 06.2020

КонкурсКонкурс 2017 года по мероприятию «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни, 04-208 - Молекулярная биология

Ключевые словагипертермия, тепловой шок, репликация ДНК, репарация ДНК, нестабильность генома, эпигенетика, киназы

Код ГРНТИ34.15.00


 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ


Аннотация
В настоящее время ясно, что раковые клетки (клоны), даже относящиеся к одному типу заболевания, генетически крайне гетерогенны, то есть могут существенно отличаться по набору активирующих и инактивирующих мутаций, которые они несут [4-6]. С точки зрения трансляционной медицины наиболее интересны мутации раковых клеток, приводящие к инактивации факторов репарации ДНК. Принимая в расчет генетические особенности тех или иных опухолевых клеток, возможно разрабатывать лекарственные препараты, действующие специфически на данные клетки. Такой подход – названный синтетической летальностью – был не так давно с успехом применен для идентификации эффективных химиотерапевтических мишеней раков, характеризующихся дисфункцией генов BRCA1/2 [7-9]. Исследования синтетической летальности в настоящее время являются одними из наиболее актуальных и многообещающих в поиске новых способов лечения различных типов рака [1]. Известная уже довольно давно термосенсибилизация клеток к действию повреждающих ДНК агентов («температурная радио(химио)чувствительность»), на наш взгляд, представляет собой один из вариантов использования концепции синтетической летальности. Исследования этого явления продолжаются на протяжении нескольких десятилетий. С использованием клеточных и животных моделей была доказана эффективность гипертермии в качестве адъюванта при химио- и радиотерапии различных опухолей. Предполагается, что причина температурной радио(химио)чувствительности заключается в способности гипертермии ингибировать системы репарации ДНК [10, 11]. Однако в большинстве исследований незамеченным оставался факт самостоятельной индукции гипертермией повреждений ДНК. В наших работах мы убедительно продемонстрировали, что гипертермия может индуцировать как одно- (в S-фазе), так и двуцепочечные (в G1- и G2-фазах) разрывы ДНК [12, 13]. Более того, нами показано, что гипертермия способна ингибировать процесс репликации ДНК и индуцировать связанный с этим DNA-PK-зависимый ответ на повреждения ДНК. Согласно нашим данным, предотвращение такого ответа приводит к образованию двуцепочечных разрывов ДНК в клетках, находящихся в S-фазе клеточного цикла, и последующей гибели этих клеток. Предлагаемый проект направлен на раскрытие молекулярного механизма синтетической летальности гипертермии и ингибиторов PIKK-киназ (phosphatidylinositol 3-kinase-related kinases). Для этого будет подробно исследован механизм действия гипертермии на репликативную машину, связанные с этим повреждения ДНК и механизмы их репарации. На основании полученных данных будут определены и верифицированы новые мишени/условия синтетической летальности гипертермии. Список цитируемой литературы см. в конце раздела 4.7.

Ожидаемые результаты
В ходе реализации проекта будут идентифицированы молекулярные механизмы синтетической летальности гипертермии и ингибиторов PIKK-киназ (в частности, ингибиторов DNA-PK). Для этого будет проведена комплексная характеристика феномена обнаруженной нами синтетической летальности гипертермии и PIKK-киназ с использованием in vitro и in vivo моделей, а также будут исследованы молекулярные механизмы действия гипертермии на репликативную машину, связанные с этим повреждения ДНК и механизмы их репарации. Реализация заявляемого проекта позволит получить результаты, важные для трансляционной медицины. Это, в частности, обусловлено тем, что в настоящее время исследования синтетической летальности являются одними из наиболее актуальных и многообещающих в поиске новых способов лечения различных типов рака [1]. Кроме того, наше исследование может внести вклад в разработку новых протоколов использования гипертермии в терапии опухолей, которая, в связи с развитием материалов и технологий локальной гипертермии, сегодня опять оказывается востребованной [3]. Список цитируемой литературы см. в конце раздела 4.7.


 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ


Аннотация результатов, полученных в 2017 году
- С использованием нескольких независимых подходов было показано, что ингибирование киназы ATR увеличивает чувствительность клеток нормального и опухолевого происхождения к умеренной кратковременной гипертермии. Наибольшую чувствительность при этом приобретают клетки, находящиеся в S-фазе клеточного цикла. - Продемонстрировано, что при гипертермии происходит привлечение нуклеазы Mre11 к вилкам репликации ДНК, что свидетельствует об индукции гипертермией репликативного стресса и возможной неконтролируемой Mre11-зависимой резекции новосинтезированных цепей ДНК. - Показано, что гипертермия приводит к инактивации факторов BRCA1 и 2, делает недоступным BRCA2-зависимый путь стабилизации вилок репликации и ограничения Mre11-зависимой резекции в случае индуцированного гипертермией репликативного стресса. - Продемонстрировано, что в случае индуцированного гипертермией репликативного стресса происходит активация компенсаторного PARP-зависимого механизма стабилизации вилок репликации ДНК. Совместное действие ингибиторов киназ ATR/ATM и гипертермии приводит к еще более выраженной активации PARP-зависимого пути спасения вилок репликации. - Показано, что в случае индуцированного гипертермией репликативного стресса в части остановленных вилок репликации ДНК происходит Mre11-зависимая неконролируемая резекция новосинтезированных цепей ДНК.

 

Публикации

1. Кантидзе О.Л., Величко А.К., Лужин А.В., Петрова Н.В.. Разин С.В. Synthetically Lethal Interactions of ATM, ATR, and DNA-PKcs. Trend in Cancer, - (год публикации - 2018).

2. Лужин А.В.,Величко А.К., Петрова Н.В., Кантидзе О.Л. Роль фосфатидилинозитол-3-киназа подобных киназ (PIKK) в индуцированном гипертермией репликативном стрессе. Сборник тезисов 22-ой Международной Пущинской школы-конференции молодых ученых «Биология - наука XXI века», сборник тезисов, с. 137 (год публикации - 2018).


Аннотация результатов, полученных в 2018 году
Были исследованы причины (триггеры) индуцируемого гипертермией репликативного стресса. В частности, показано, что столкновение репликативной и транскрипционной машин не является основной причиной индуцируемого тепловым стрессом репликативного стресса. Впервые продемонстрирована синтетическая летальность ингибиторов киназы DNA-PK и индукторов репликативного стресса для BRCA1-негативных клеток. Впервые показано, что киназа DNA-PK необходима для преодоления последствий репликативного стресса, первичным следствием которого является реверсия вилок репликации. Исследованы молекулярные механизмы клеточного ответа на ядрышковый стресс. Показано, что при стрессе ядрышка, индуцированном инкубацией клеток в гипоосмотическом растворе, киназа ATR может активироваться в результате накопления в клетках РНК:ДНК-гибридов и активировать киназу ATM. Впервые продемонстрировано, что обработка клеток человека интеркалирующим в ДНК низкомолекулярным соединением может приводить к нарушениям топологии ДНК, что является причиной диссоциации с геномных сайтов белка CTCF. Такая диссоциация, в свою очередь, приводит к нарушениям трехмерной организации генома.

 

Публикации

1. - Распрямленным путем Журнал "Огонек", №16 от 29.04.2019, стр. 30 (год публикации - ).

2. - Изменение 3D-генома подавило работу образующих рак генов. Индикатор, - (год публикации - ).

3. - Ученые научились менять 3D-геном для подавления вызывающих рак генов. ТАСС, - (год публикации - ).

4. - Биологи из России научились бороться с раком, "переупаковывая" ДНК. РИА НОВОСТИ, - (год публикации - ).

5. - «Малые молекулы» изменили 3D-геном, что подавило работу образующих рак генов. ГАЗЕТА.RU, - (год публикации - ).

6. - Против рака. Российские учёные смогли изменить пространственную структуру генома. Газета "Поиск", - (год публикации - ).

7. - Противоопухолевая молекула нарушила трехмерную организацию генома раковых клеток N+1, - (год публикации - ).

8. - Russian scientists alter 3D genome using 'small molecules'. EurekAlert, - (год публикации - ).

9. - Scientists alter 3-D genome using 'small molecules'. MedicalXpress, - (год публикации - ).

10. - Spatial orgnization of the genome can be altered using small molecules. The Medical News, - (год публикации - ).

11. - Молекулярные биологи изучили смертельные для раковых клеток мутации Газета.RU, - (год публикации - ).

12. - Смертельные для раковых клеток сочетания мутаций каталогизировали. ИНДИКАТОР, - (год публикации - ).

13. - Российские ученые научились определять смертельные для раковых клеток мутации. ТАСС, - (год публикации - ).

14. Величко А.К., Петрова Над.В., Лужин А.В.. Стрелкова О.С., Овсянникова Н., Киреев И.И., Петрова Нат. В., Резин С.В.. Кантидзе О.Л. Hypoosmotic stress induces R loop formation in nucleoli and ATR/ATM-dependent silencing of nucleolar transcription Nucleic Acids Research, - (год публикации - 2019).

15. Кантидзе О.Л. Пространственная организация генома как мишень противоопухолевой терапии. Успехи молекулярной онкологии., т. 5, №4, с. 24 (год публикации - 2018).

16. Кантидзе О.Л., Величко А.К., Лужин А.В., Петрова Н.В., Разин С.В. Synthetically Lethal Interactions of ATM, ATR, and DNA-PKcs. Trends in Cancer, 4 (11), 755-768 (год публикации - 2018).

17. Кантидзе О.Л., Лужин А.В., Низовцева Е.В., Сафина А, Валиева М.Е., Голов А.К., Величко А.К., Любителев А.В., Феофанов А.В., Гурова К.В., Студитский В.М., Разин С.В. The anti-cancer drugs curaxins target spatial genome organization. Nature Communications, 10 (1), 1441 (год публикации - 2019).

18. Лужин А.В., Величко А.К., Петрова Н.В., Кантидзе О.Л. Synthetic lethality of hyperthermia and inhibitors of DNAPKcs and ATM. FEBS Open Bio, - (год публикации - 2019).