Aufdeckung verzerrter Proteininteraktionen bei Krebs

Wissenschaftler von Emory haben weit verbreitete Verzerrungen der Proteininteraktionsmaschinerie einer Zelle aufgedeckt, die aus krebserregenden Mutationen resultieren. Sie entwickelten ein Verfahren, das dem Bodenradar ähnelt, da es in der Lage ist, die verborgene Landschaft der Möglichkeiten von Krebsmedikamenten zu kartieren.

Die Ergebnisse werden in veröffentlicht Zelle.

„Ein Grund, warum eine Mutation tumorigen ist, ist das veränderte Netzwerk von Protein-Protein-Wechselwirkungen“, sagt Hauptautor Haian Fu, Ph.D., Professor und Lehrstuhl für Pharmakologie und chemische Biologie an der Emory University School of Medicine. „Die Mutation kann ein neues Epitop bilden: eine neue Interaktionsoberfläche. Eine solche Veränderung eines einzelnen Proteinrests kann die Zelle neu verdrahten und sie auf den Weg eines onkogenen Programms führen.“

Die Co-Erstautoren der Zelle Papier sind Assistenzprofessor Xiulei Mo, Ph.D., Ausbilder Qiankun Niu, Ph.D., und Assistenzprofessor Andrey Ivanov, Ph.D., für Pharmakologie und chemische Biologie.

Die Forscher haben veränderte Protein-Protein-Interaktionen kartiert, die aus Mutationen in wichtigen krebsassoziierten Genen wie BRAF, AKT1, SPOP und SMAD4 resultieren. Sie nannten diese neuen mutationsverstärkten Protein-Protein-Wechselwirkungen „neoPPIs“. Die Studie führte zur Identifizierung vorherrschender neoPPIs bei Krebs und enthüllte potenzielle tumorselektive Wirkstoffziele.

In einer Fallstudie zeigen Forscher, wie eine gemeinsame Mutation im BRAF-Gen – V600E, die bei den meisten Melanomen sowie bei Lungen- und Dickdarmkrebs vorkommt – eine neue Interaktion zwischen dem BRAF-kodierten Protein und einem Redox-Regulatorprotein KEAP1 auslöst. Andere Aspekte wie V600E verzerrt den Zellstoffwechsel wurden untersucht, aber diese Wechselwirkung war bisher nicht bekannt.

Als Ergebnis der Mutation und KEAP1-Sequestrierung produzieren Krebszellen mehr des Redox-Enzyms NQO1. Dies schafft eine Gelegenheit, die Zellen zu vergiften, indem man ihnen eine Verbindung zuführt, die das Enzym in etwas Giftiges umwandelt. Forscher nutzten diese Schwachstelle aus und fanden heraus, dass BRAF-mutierte Zellen empfindlicher auf die Verbindung DNQ (Desoxynyboquinon) reagierten.

Es gab bereits zielgerichtete Therapien, die auf die BRAF-V600E-Mutation abzielten, wie Vemurafenib, das 2011 von der FDA zugelassen wurde. Krebs reagiert jedoch unterschiedlich auf Medikamente wie Vemurafenib und die meisten entwickeln schließlich eine Resistenz. Die Informationen in der Studie könnten neue Taktiken zur Überwindung von Resistenzen gegen diese Arten von Medikamenten oder andere Schwachstellen im BRAF-Weg aufzeigen.

„Krebsgenomik-Initiativen haben eine riesige Menge an Daten über krebsassoziierte Mutationen gesammelt“, sagt Fu. „Die Herausforderung ist: Wie können wir dieses Wissen für eine bestimmte Mutation schnell in ein mechanistischeres Verständnis und genotyporientierte Krebstherapien übersetzen? Dies ist eine Möglichkeit, dieses Ziel zu erreichen.“

Wechselwirkungen durch Energietransfer erkennen

Die Forscher entdeckten veränderte Wechselwirkungen, indem sie gentechnisch veränderte Proteine ​​nutzbar machten, die ursprünglich aus Quallen und einer Tiefseegarnele stammen. Wissenschaftler können mithilfe einer Kombination aus Biolumineszenz und Fluoreszenz (BRET oder Biolumineszenz-Resonanz-Energietransfer) erkennen, wann sich die beiden Proteine ​​in lebenden Zellen auf weniger als 10 Nanometer voneinander entfernen. Der Interaktionstest kann dann im großen Maßstab mit einem Roboter an Tausenden von krebsassoziierten Proteinpaaren durchgeführt werden.

Um durch einzelne Reste induzierte neoPPIs zu lokalisieren, testete das Forschungsteam die Fähigkeit eines mutierten Proteins, ein krebsassoziiertes Protein im Vergleich zu seinem Gegenstück vom Wildtyp zu binden. Ein Computeralgorithmus wurde integriert, um mutationsaktivierte Interaktionen aufzudecken. Die Forscher überprüften ihre Ergebnisse auch, indem sie mit anderen biochemischen und zellulären Tests überprüften, ob die beiden fraglichen Proteine ​​wie BRAF und KEAP1 tatsächlich in relevanten Krebszellen interagieren.

Die Forscher erweiterten diese Studie und kartierten veränderte Protein-Protein-Wechselwirkungen, die aus Mutationen in anderen krebsassoziierten Genen wie P53, PTEN und EGFR resultieren, und stellten die Daten der Krebsforschungsgemeinschaft zur Verfügung. Fu stellt fest, dass der beschriebene Ansatz auch verwendet werden kann, um neoPPI-Ziele zu identifizieren, die durch Mutationen ermöglicht werden, die für andere menschliche Krankheiten entscheidend sind.