Глиально-мезенхимальный переход как перспективная мишень для адъювантной терапии мультиформной глиобластомы

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
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 проекта 23-14-00374

НазваниеГлиально-мезенхимальный переход как перспективная мишень для адъювантной терапии мультиформной глиобластомы

Руководитель Марков Андрей Владимирович, Кандидат биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химической биологии и фундаментальной медицины Сибирского отделения Российской академии наук , Новосибирская обл

Конкурс №80 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 04 - Биология и науки о жизни; 04-203 - Общая биохимия

Ключевые слова транскриптомика, глиобластома, противоопухолевая активность, глиально-мезенхимальный переход, метастазирование, наночастицы, природные соединения, тритерпеноиды, drug repurposing

Код ГРНТИ34.15.51

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Глиобластома представляет собой наиболее агрессивный и летальный тип опухолей головного мозга. Несмотря на успехи как в области исследования механизмов развития данной патологии, так и в области разработки новых анти-глиобластомных препаратов, медианная продолжительность жизни пациентов с глиобластомами в среднем не превышает 15 месяцев даже в случае получения полного спектра терапии (хирургическая резекция с последующей радио- и химиотерапией). Высокий уровень злокачественности глиобластомы связан с ее высокой инвазионной способностью и развитием лекарственной устойчивости, вызванных приобретением опухолевыми клетками мезенхимального фенотипа и усилением их стволовых свойств. Блокирование глиально-мезенхимального перехода (ГМП) клеток глиобластомы является перспективным направлением адъювантной терапии, которое позволит блокировать диффузный рост злокачественных клеток и, тем самым, повысить эффективность современных схем анти-глиобластомной терапии. Несмотря на активное исследование механизмов запуска ГМП, до сих пор остаются слабо изученными мастер-регуляторы данного процесса, вследствие чего, работы по созданию эффективных ингибиторов ГМП находятся на самых ранних этапах. Настоящий проект ставит своей целью идентификацию и валидацию узловых элементов регулома, вовлеченного в ГМП, которые можно использовать в качестве новых терапевтических мишеней для лечения глиобластом, и разработку эффективных ингибиторов ГМП трех классов, включая низкомолекулярные соединения, терапевтические нуклеиновые кислоты и супрамолекулярные системы. Выполнение данного проекта позволит значительно расширить знания о молекулярном механизме приобретения клетками глиобластомы высоко агрессивного мезенхимального фенотипа и предложить российскому и мировому сообществу новые платформы для создания эффективных фармакологических агентов, направленных на блокировку диффузного роста глиобластом.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Одаренко К.В., Зенкова М.А., Марков А.В. VEGFC and INHBA as new molecular markers of the glial-mesenchymal transition Системная биология и биоинформатика (SBB-2023) : 14-я международная школа молодых ученых (22–26 мая 2023 г., Новосибирск, Россия) ; Тезисы докладов, 46 (год публикации - 2023)
10.18699/SBB-2023-46

2. Одаренко К. В.; Саломатина О. В.; Черников И. В.; Салахутдинов Н. Ф.; Зенкова М. А.; Марков А. В. Soloxolone Methyl Reduces the Stimulatory Effect of Leptin on the Aggressive Phenotype of Murine Neuro2a Neuroblastoma Cells via the MAPK/ERK1/2 Pathway Pharmaceuticals, 2023, 16, 1369 (год публикации - 2023)
10.3390/ph16101369

3. Моралев А.Д., Саломатина О.В., Черников И.В., Салахутдинов Н. Ф., Зенкова М. А., Марков А. В. A Novel 3-meta-Pyridine-1,2,4-oxadiazole Derivative of Glycyrrhetinic Acid as a Safe and Promising Candidate for Overcoming P-Glycoprotein-Mediated Multidrug Resistance in Tumor Cells ACS Omega, 2023 (год публикации - 2023)
10.1021/acsomega.3c06202

4. Марков А.В., Одаренко К.В., Сенькова А.В., Саломатина О.В., Зенкова М.А. Targeting glial-mesenchymal transition in glioblastoma multiforme: novel master-regulatory genes and small inhibitors based on natural polycyclic metabolites The 30th FAOBMB & 8th BMB Conference (Abstracts & Proceedings), p. 49 (год публикации - 2023)

5. Марков А.В., Одаренко К.В., Моралев А.Д., Саломатина О.В., Салахутдинов Н.Ф., Зенкова М.А. SEMISYNTHETIC TRITERPENOIDS AS PROMISING BLOCKERS OF AGGRESSIVENESS-RELATED TRAITS IN GLIOBLASTOMA MULTIFORME: IN SILICO, IN VITRO, AND IN VIVO APPROACHES PROCEEDINGS BOOK OF THE XXIX SYMPOSIUM “BIOINFORMATICS AND COMPUTER-AIDED DRUG DISCOVERY” – Moscow: Institute of Biomedical Chemistry, 2023, p. 49 (год публикации - 2023)
10.18097/BCADD2023

6. Моралев А.Д., Саломатина О.В., Зенкова М.А., Салахутдинов Н.Ф., Марков А.В. Soloxolone amide sg-650 as new promising small molecule P-glycoprotein inhibitor: in silico prediction and in vitro verification Med. Sci. Forum, v.2 (год публикации - 2023)
10.3390/ECMC2023-15806

7. Одаренко К.В., Саломатина О.В., Салахутдинов Н.Ф., Зенкова М.А., Марков А.В. Амидные производные солоксолона как новые ингибиторы высоко агрессивного фенотипа мультиформной глиобластомы XX Всероссийская молодежная школа-конференция по актуальным проблемам химии и биологии, с. 39 (год публикации - 2023)

8. Моралев А.Д., Саломатина О.В., Зенкова М.А., Марков А.В. РЕЗИСТЕНТНОСТЬ ОПУХОЛЕВЫХ КЛЕТОК К ДОКСОРУБИЦИНУ: НОВЫЕ МАРКЕРНЫЕ ГЕНЫ И РАЗРАБОТКА ЛЕКАРСТВЕННЫХ СРЕДСТВ НА ОСНОВЕ ПЕНТАЦИКЛИЧЕСКИХ ТРИТЕТЕРПЕНОИДОВ ДЛЯ ЕГО ТЕРАПИИ Генетические технологии в трансляционной биомедицине материалы II международной конференции, Томск, 6‒8 сентября 2023 г. / отв. ред. Ю.Г. Кжышковска. ‒ Томск: Изд во СибГМУ, 2023. 5 6 с., с. 35 (год публикации - 2023)
10.20538/978-5-98591-158-9

9. Моралев А.Д., Зенкова М.А., Марков А.В. Новые маркерные гены резистентности опухолевых клеток к доксорубицину и разработка лекарственных кандидатов для ее терапии Системная биология и биоинформатика (SBB-2023) : 14-я международная школа молодых ученых (22–26 мая 2023 г., Новосибирск, Россия) ; Тезисы докладов, c. 23 (год публикации - 2023)
10.18699/SBB-2023-23

10. Одаренко К.В., Саломатина О.В., Салахутдинов Н.Ф., Зенкова М.А., Марков А.В. SEARCH FOR REGULATORY GENES AND SMALL-MOLECULAR INHIBITORS OF THE HIGHLY AGGRESSIVE PHENOTYPE OF GLIOBLASTOMA X Международная конференция молодых ученых: биоинформатиков, биотехнологов, биофизиков, вирусологов и молекулярных биологов — 2023: Cб. тез. / АНО «Инновационный центр Кольцово», p. 541-542 (год публикации - 2023)
10.25205/978-5-4437-1526-1-279

11. Моралев А.Д., Саломатина О.В., Зенкова М.А., Марков А.В. NEW MARKER GENES OF TUMOR CELL RESISTANCE TO DOXORUBICIN AND THE DEVELOPMENT OF DRUG CANDIDATES FOR ITS THERAPY X Международная конференция молодых ученых: биоинформатиков, биотехнологов, биофизиков, ви- русологов и молекулярных биологов — 2023: Cб. тез. / АНО «Инновационный центр Кольцово», p. 537-538 (год публикации - 2023)
10.25205/978-5-4437-1526-1-277

12. Моралев А.Д., Зенкова М.А., Марков А.В. Поиск маркеров множественной лекарственной устойчивости опухолевых клеток и разработка низкомолекулярных ингибиторов данного фенотипа BioTop-2023: Достижения молодых ученых ИХБФМ — Новосибирск, ИХБФМ СО РАН, 2023, c. 20 (год публикации - 2023)

13. Кичкина Д. О., Патрушев С. С., Шульц Э. Э., Зенкова М. А., Марков А. В. Новые производные изоалантолактона как противоопухолевые кандидаты: акцент на рак молочной железы и мультиформную глиобластому BioTop-2023: Достижения молодых ученых ИХБФМ — Новосибирск, ИХБФМ СО РАН, 2023, с. 22 (год публикации - 2023)

14. Кичкина Д.О., Патрушев С.С.,Моралев А.Д., Шульц Э.Э., Зенкова М.А., Марков А.В. НОВЫЕ ПОЛУСИНТЕТИЧЕСКИЕ СЕСКВИТЕРПЕНОВЫЕ ЛАКТОНЫ КАК ИНДУКТОРЫ ОКСИЛИТЕЛЬНОГО СТРЕССА В ОПУХОЛЕВЫХ КЛЕТКАХ И БЛОКАТОРЫ АГРЕССИВНОГО ФЕНОТИПА КЛЕТОК МУЛЬТИФОРМНОЙ ГЛИОБЛАСТОМ X Международная конференция молодых ученых: биоинформатиков, биотехнологов, биофизиков, вирусологов и молекулярных биологов — 2023: Cб. тез. / АНО «Инновационный центр Кольцово», с. 650-651 (год публикации - 2023)
10.25205/978-5-4437-1526-1-331

15. Одаренко К.В., Сенькова А.В., Саломатина О.В., Марков О.В., Салахутдинов Н.Ф., Зенкова М.А., Марков А.В. Soloxolone para-methylanilide effectively suppresses aggressive phenotype of glioblastoma cells including TGF-β1-induced glial-mesenchymal transition in vitro and inhibits growth of U87 glioblastoma xenografts in mice Frontiers in Pharmacology, 15, 1428924 (год публикации - 2024)
10.3389/fphar.2024.1428924

16. Моралев А.Д., Саломатина О.В., Салахутдинов Н.Ф., Зенкова М.А., Марков А.В. Soloxolone N-3-(Dimethylamino)propylamide Restores Drug Sensitivity of Tumor Cells with Multidrug-Resistant Phenotype via Inhibition of P-Glycoprotein Efflux Function Molecules, 29, 4939 (год публикации - 2024)
10.3390/molecules29204939

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Глиально-мезенхимальный переход (ГМП; также известен как пронейрально-мезенхимальный переход) клеток глиобластомы представляет собой процесс приобретения опухолевыми клетками высокоинвазивного фенотипа, определяющего диффузный рост глиобластомы и ее резистентность к радио- и химотерапии. В результате исследований, выполненных в 2024 г, была экспериментально подтверждена активация 4 генов, выявленных нами ранее в качестве новых маркеров ГМП с помощью биоинформатических методов, в клетках глиобластомы человека при их стимуляции трансфоримрующим ростовым фактором TGF-beta (известный индуктор ГМП). Среди данных генов, PMP22, кодирующий белок периферического миелина 22, вызывает наибольший интерес, поскольку его нокаут приводит к модуляции мезенхимального перехода клеток различного происхождения. В блоке исследований по поиску низкомолекулярных ингибиторов ГМП разработано 6 молекул с выраженным анти-глиобластомным потенциалом, включая пара-метиланилид солоксолона jil-46 и производные изоалантолактона, несущие азиридин-замещенную группу (1 молекула) и остатки ксантина (4 молекулы). Установлено, что jil-46 блокирует TGF-beta-индуцированный ГМП в результате прямого взаимодействия с рецепторами TGF-beta I и II типов, обладает синергическим цитотоксическим действием в комбинации с темозоломидом и подавляет рост глиобластомы U87 на мышиной ксенографтной модели с эффективностью, сравнимой с темозоломидом. В случае производных изоалантолактона, показана их способность вызывать гибель клеток глиобластомы в микромолярных концентрациях и подавлять ряд процессов, связанных с ГМП, включая подвижность, клоногенность, адгезивные свойства и изменение клеточной морфологии как в отсутствии ГМП индукторов, так и в присутствии EGF (последнее показано для ксантин-содержащих производных ИАЛ). Кроме этого, с помощью биоинформатических методов перепрофилирования лекарственных агентов с последующей верификацией на клеточных моделях показано, что антрапиразолон SP600125 подавляет экспрессию генов, вовлеченных в регуляцию ГМП, и эффективно блокирует ГМП-ассоциированные процессы в клетках глиобластомы, стимулированных TGF-beta. В химическом блоке настоящего проекта был синтезирован ряд оксадиазол-несущих производных 18betaH-глицирретовой кислоты и получены наночастицы серебра и золота, вызывающие гибель клеток глиобластомы в низких концентрациях (значения IC50 в диапазонах 11.8-21.6 мкМ и 1.0-2.9 нг/мл соответственно). Для исследуемых наночастиц показана способность модулировать ряд ГМП-ассоциированных процессов в клетках глиобластомы в нетоксичных концентрациях.

Публикации

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
Настоящий научный проект направлен на изучение молекулярных основ и разработку низкомолекулярных ингибиторов глиально-мезенхимального перехода (ГМП) – процесса, в ходе которого клетки глиобластомы приобретают мезенхимально-подобный фенотип, который характеризуется высокой подвижностью, инвазивностью и устойчивостью к химио- и радиотерапии. ГМП может быть активирован различными индукторами, включая гипоксию, ростовые факторы, изменение pH, а также в ответ на темозоломид или радиотерапию. Учитывая тесную связь ГМП с высокой злокачественностью глиобластомы, блокирование данного процесса является многообещающим направлением в разработке новых противоопухолевых агентов. В отчетном периоде были выполнены комплексные исследования, направленные на уточнение механизмов, задействованных в регуляции ГМП, и поиск терапевтических стратегий для коррекции данного процесса. Получены следующие ключевые результаты: 1. Выявлены новые молекулярные мишени для терапии глиобластомы: • Установлено, что периферический миелиновый белок 22 (PMP22) обладает супрессивным эффектом на миграцию клеток глиобластомы. Частичное подавление его экспрессии увеличивает подвижность опухолевых клеток. • Верифицирована 31-генная сигнатура, ассоциированная с ГМП, активация которой коррелирует с низкой выживаемостью пациентов с глиобластомой. Значительное количество генов из данного набора относится к регуляторам воспаления, что свидетельствует о связи ГМП с иммунным статусом опухолевых клеток. 2. Проведено глубокое исследование фармакологического потенциала новых ингибиторов ГМП и P-гликопротеина: • Доказана выраженная анти-ГМП активность антрапиразолона SP600125. Показано, что он подавляет мезенхимальные маркеры и васкулогенную мимикрию, а его активность не зависит от типа индуктора ГМП (TGF-β или гипоксия). Установлено, что эффект опосредован прямым воздействием SP600125 на мишени JNK1, MELK и FLT3. • С помощью методов химической протеомики впервые установлен полный спектр белковых мишеней (140 белков) для тритерпеноида jil-17 (структурный аналог солоксолон пара-метиланилида, эффективного ингибитора ГМП, выявленного нами в 2024 г) в клетках глиобластомы. Построенный интерактом указал на HER2 и JNK1 как на потенциальные ключевые мишени, опосредующие анти-ГМП эффект данного класса соединений. • Установлено, что разработанный нами ингибитор P-гликопротеина Sol-DMAP усиливает накопление доксорубицина в опухолевой ткани лимфосаркомы RLS40 in vivo и проявляет самостоятельную противоопухолевую активность, индуцируя апоптоз и останавливая клеточный цикл. Кроме того, Sol-DMAP оказывал гепатопротекторное действие в условиях химиотерапии, что связано с активацией сигнального пути NRF2. • Выявлена способность Sol-DMAP усиливать накопление флуоресцентного агента (протопорфирина IX) в клетках глиобластомы, что открывает перспективы для его применения в интраоперационной визуализации опухолей головного мозга. 3. Разработаны новые молекулы и супрамолекулярные комплексы, представляющие интерес для терапии глиобластомы, включая (а) производные глицирретовой кислоты, эффективно блокирующие насосную функцию P-гликопротеина, жизнеспособность и миграционные свойства клеток глиобластомы, (б) производные изоалантолактона, достоверно подавляющие ГМП, вызванный в клетках глиобластомы эпидермальным ростовым фактором, и (в) наночастицы серебра, декорированные солоксолон пара-метиланилидом, проявляющие модулирующие свойства в отношении жизнеспособности и морфологии клеток глиобластомы. 4. Разработаны инструменты, позволяющие выявлять новые ингибиторы ГМП, включая (а) высокоточную модель машинного обучения (на основе алгоритма случайного леса) для предсказания активности малых молекул в отношении матриксной металлопротеиназы MMP9 (ROC-AUC = 0.949) и (б) экспериментальную мышиную модель ГМП, индуцированную гиалуронидазой. Выполненные исследования вносят значительный вклад в понимание молекулярных основ агрессивности глиобластомы и позволяют предложить ряд новых перспективных соединений и мишеней для разработки комплексной терапии этого заболевания. Полученные фундаментальные данные и созданные инструменты формируют основу для дальнейших прикладных исследований.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Результаты проекта могут быть использованы в следующих направлениях, важных для экономики и социальной сферы нашей страны: 1. Создание фармакологических агентов, направленных на патологические процессы, ранее не рассматривавшиеся в клинической практике (глиально-мезенхимальный переход); 2. Формирование новых подходов для контроля биодоступности лекарств и биологически активных агентов (модуляция работы P-гликопротеина, гиперэкспрессируемого в кишечном эпителии, печени и почках); 3. Применение методов машинного обучения в биомедицинских задачах 4. Более эргономичное использование ресурсов при создании новых фармакологически активных веществ (с помощью ML моделей возможна идентификация новых типов биоактивности у соединений, уже синтезированных в научно-исследовательских институтах (объемные библиотеки соединений, нет необходимости создавать активную молекулу с нуля)). 5. Разработанный биоинформатический программный конвейер на основе хабовых генов может быть использован для перепрофилирования лекарственных агентов на другие социально-значимые заболевания. 6. Сформирована основа для исследования ингибиторов P-gp в качестве адъювантов для флуоресцентной визуализации опухолей в ходе их хирургического иссечения