Все больше сведений появляется о новой методике лечения, элиминирующей патологические или вредоносные белки, в том числе те, которые вовлечены в патогенез наиболее сложных для терапии видов рака у детей.

В три года у Эвана Линдберга диагностировали нейробластому — детскую раковую опухоль, которая развивается в тканях нервов за пределами мозга. К тому времени метастазы опухоли распространились по его маленькому телу. Последовали химиотерапия, лучевая терапия, иммунотерапия и многочисленные операции. «За четыре года у моего сына не было ни одного выходного», — говорит отец Эвана, Гэвин — «Он либо лечился, либо восстанавливался. И часто во время восстановления ему было хуже, чем во время самого лечения». Эван умер в 2010 году в возрасте семи лет.

Детский онколог Яэль Моссе, одна из врачей Эвана, из детской больницы Филадельфии (штат Пенсильвания) давно занимается поиском новых методов лечения. Она работает в сфере лечения нейробластомы более двух десятков лет, но, несмотря на скромные успехи, она сообщает, что им действительно удалось добиться определенного прогресса в разработке более рациональной или таргетной терапии. Это справедливо в целом для солидных опухолей детского возраста. Хотя такие опухоли у детей встречаются реже, чем рак крови, на их долю приходится более половины всех смертей от рака у детей в возрасте от 0 до 14 лет в США [1]. Эти виды рака детского возраста отличаются от таковых у взрослых по биологическим характеристикам и, следовательно, к ним нужен особый терапевтический подход. Тем не менее из более чем 180 противоопухолевых препаратов, одобренных FDA США с 2000 года, менее десятка были разработаны специально для педиатрической сферы.

Теперь Моссе возлагает надежды на произведенные в лабораторных условиях вещества, которые перехватывают контроль над клеточным механизмом утилизации белков. Существующие ныне препараты функционируют по принципу «засорения» рабочего конца белка для подавления активности последнего. PROTAC — сокращение от proteolysis-targeting chimeras — соединение, полностью уничтожающее белок (конструкции убиквитин-зависимой протеасомной деградации белков — прим.перев.). Эти молекулы привязывают ассоциированные с онкопатологией белки в клетках человека к специальному ферменту, который маркирует белок для уничтожения.

Обеспечение встречи PROTAC и патологических белков — биохимик Алессио Чиулли из Университета Данди, Великобритания, называет это столкновение молекул «поцелуем смерти» — способствует расширению списка возможных фармакологических целей. Из порядка 3000 белков, известных своей способностью вызывать рак и другие заболевания, лекарства, одобренные FDA, прицельно воздействуют лишь на 700. Большинство остальных, как считается, «недраггабельными» (undruggable, не поддаются лекарственному воздействию), потому что у этих белков отсутствует необходимый сайт связывания, к которому лекарство может прикрепиться и заблокировать активность белка. Однако PROTAC всего лишь должен зацепиться; естественные клеточные механизмы сделают все остальное.

По меньшей мере 30 экспериментальных лекарств на основе PROTAC вошли в клинические испытания с 2019 года, преимущественно, в сфере лечения рака, а также болезни Паркинсона, воспалительных заболеваний и болевого синдрома. Три самых продвинутых препарата (для лечения рака груди, рака простаты и лейкемии) находятся в III фазе испытаний, последнем этапе перед одобрением на выход на рынок. Большинство из них разрушают белки, на которые нацелены уже одобренные препараты.

Моссе с коллегами работают в другом, более рискованном, направлении они ищут раковые белки, которые никогда ранее не были объектом терапии. Она является одним из руководителей команды, которая разрабатывает лекарства на основе PROTAC против не поддающихся лечению белков, участвующих в патогенезе нейробластомы и других видов рака у детей (например, рак мозга, печени и костей). Все виды рака образуют солидные опухоли. Моссе ожидает, что первые молекулы-лекарства на основе PROTAC от команды исследователей поступят на клинические испытания в ближайшие пару лет.

Другие исследователи также пытаются создать молекулы, способные разрушать белки, которые долгое время считались «неприкасаемыми», в контексте воздействия на патогенез рака и не только. «Воздействие с помощью этой технологии на что-то принципиально новое станет поворотным моментом для этой области», — сообщает Натанаэль Грей, химик из Стэнфордского университета (штат Калифорния), соучредитель C4 Therapeutics, компании по производству препаратов для разрушения белков в Уотертауне (штат Массачусетс).

Больше, чем просто лабораторный фокус

Первый функционирующий PROTAC был представлен в 2001 году, когда Крейг Крюс, биохимик из Йельского университета в Нью-Хейвене (штат Коннектикут), биохимик Рэймонд Дешайе из Калифорнийского технологического института в Пасадене с командой ученых инженерным способом создали белок, который разрушал целевой белок в клеточной жидкости из лягушачьей икры [2]. В то время большинство ученых рассматривали PROTAC не более чем как лабораторный фокус. Алессио Чиулли вспоминает, что когда он начал свою работу с PROTAC в 2009 году, коллеги закатили глаза: «PROTAC? это никогда не станет полноценным лекарством».

Одной из первых трудностей было создание молекул PROTAC в достаточной степени миниатюрными, что способствовало бы проникновению в клетки. Другой —такое их проектирование, которое позволило бы захватывать наиболее распространенные и мощные ферменты, известные как убиквитинлигазы. Эти ферменты (насчитывается порядка 600 видов) маркируют белки, которые необходимо разрушить, присоединяя цепочки гораздо меньших белков, именуемых убиквитинами (см. «Элиминация белков»). Наконец, в трех статьях 2015 года были описаны мощные PROTAC, которые практически полностью разрушали целевые белки в клеточных культурах и на мышиных моделях [3–5]. «После этих статей не осталось никаких сомнений, что есть возможность разрушать патологические белковые молекулы», — сообщает Чиулли. Целый спектр точек приложения был открыт перед учеными. Позже, будучи соавтором одной из статей, Чиулли участвовал в основании предприятия, занимающегося производством молекул по разрушению белков Amphista Therapeutics (Кембридж, Великобритания).

В статьях подчеркивается ключевое преимущество PROTAC. В то время как обычные лекарства должны «усесться» на сайт связывания на патологическом белке, PROTAC взаимодействуют со своей целью в течение краткого момента времени, отправляют ее на элиминацию и переходят к следующей цели. Эта функция «поймай и отпусти» означает, что очень малые дозы могут действовать долгое время. Еще одно преимущество заключается в том, что PROTAC не берут пленных. Некоторые белки могут участвовать в патогенезе заболеваний, будучи вовлеченными в несколько молекулярных путей, однако PROTAC, полностью уничтожая белок, устраняет любые возможности функционирования патологического пути.

В работах 2015 года PROTAC были обозначены как новое поколение препаратов. По словам Грея, ему никогда не доводилось видеть технологии, которая была бы так широко принята и так быстро. «Это не просто маленькая рискованная биотехнологическая новинка. У всех фармацевтических компаний есть передовые программы по созданию молекул, разрушающих белки».

Все это произошло слишком поздно для Эвана Линдберга. В 2010 году, по просьбе его отца, мальчик был включен в одно из клинических испытаний, проводимого Моссе, в ходе которого проводилось тестирование существующего препарата против белка, работа которого часто нарушена при нейробластоме. Рак Эвана не отреагировал на лечение. В опухолевой ткани также содержалось избыточное количество копий гена белка, который является печально известным драйвером рака у детей — фактора транскрипции MYCN. MYCN включает гены, запуская репликацию в клетках во время детского развития. Избыточное количество этого транскрипционного фактора способно превратить обычно излечимые опухоли в агрессивный рак вследствие неконтролируемого роста клеток. И факторы транскрипции, как например, MYCN, не поддаются лечению.

На встрече, посвященной MYCN в 2019 году, Моссе осознала, что PROTAC могут стать решением проблемы. Один из основателей компании по разработке PROTAC Nurix Therapeutics в Сан-Франциско (Калифорния) присутствовал на встрече и «действительно заставил задуматься о прицельной деградации белков и заняться MYCN, чтобы попытаться сделать что-то серьезное», вспоминает Моссе. При помощи гранта частного фонда, она начала работать с Nurix. В 2024 году произошло расширение спектра работы, когда команда, которую собрала Моссе вместе с биохимиком Мартином Эйлерсом из Университета Вюрцбурга в Германии, выиграла крупный грант от Cancer Grand Challenges, глобального некоммерческого предприятия, направленного на борьбу с солидными опухолями у детей.

В команду KOODAC, которая занимается элиминацией белков-онкогенных драйверов и лечением рака у детей, также входят ученые из Великобритании, Австрии и Франции, а также защитники прав пациентов на пяти континентах. Среди них Гэвин Линдберг и его жена Венди, которые после смерти Эвана основали благотворительный фонд, который в течение последнего десятилетия финансировал исследовательскую должность в лаборатории Моссе. Команда занимается MYCN и четырьмя другими целевыми белками. Цель состоит не только в поиске эффективных препаратов, но и с более удобным способом их введения, чем внутривенные инъекции в больнице, и достаточной дешевизной для покупки в странах с низким и средним уровнем дохода, где семьям часто приходится отказываться от лечения по причине стоимости.

Убей, чтобы спасти

Три белка, на которых сфокусирована команда KOODAC, являются результатом генетической ошибки, которая часто фигурирует при развитии рака. Пересечение, разрыв и исправление хромосом может привести к появлению нового гибридного гена — химерного гена — в котором содержатся последовательности из обоих исходных генов. Полученные химерные белки являются прямой причиной многих лейкемий, лимфом и детских солидных опухолей. Два из этих белков-химер вызывают саркому Юинга и рабдомиосаркому — тяжелые формы рака костей и мягких тканей у детей. Третий белок вызывает редкий рак печени.

По мере развития опухолевых клеток белки слияния сохраняются, что делает их привлекательными мишенями, сообщает Чарльз Маллиган, гематолог из Детского исследовательского госпиталя им. Св. Иуды в Мемфисе (штат Теннесси). Маллиган и его команда создают и тестируют PROTAC и аналогичные «разрушители белков» для лечения рака крови и опухолей мозга у детей. Что касается способности этих веществ излечить организм от этих видов рака, Маллиган сообщает:«потенциал имеется». Однако он добавляет, что одного препарата может быть недостаточно. «Рак коварен, и он может найти способы обойти это».

Помимо KOODAC две другие команды Cancer Grand Challenges занимаются солидными опухолями у детей. В одной из этих команд исследователи из девяти учреждений по всей Европе и США для работы над разрушителями белков и технологиями клеточной терапии. Другая, в которую входят исследователи из восьми учреждений США, Великобритании и Франции, сфокусирована исключительно на клеточной терапии. Такое широкое академическое сотрудничество необходимо для достижения прогресса в лечении рака у детей. По словам Кэтрин Боллард, для рака, характерного только для детей, рынок настолько мал, что не вписывается в план коммерциализации традиционной фармацевтической компании (Боллард — соруководитель команды клеточной терапии и детский гематолог в Детской национальной больнице в Вашингтоне, округ Колумбия).

PROTACтическая вселенная

Ни один препарат на основе PROTAC пока не одобрен. Первый препарат, поступивший на испытания III фазы, вепдегестрант, разработанный Arvinas в Нью-Хейвене (штат Коннектикут), разрушает рецептор эстрогена, который является ключевым для роста большинства видов рака молочной железы. В начале марта Arvinas и его партнер Pfizer сообщили, что молекула-разрушитель оказалась лучше стандартного антиэстрогенного препарата. Это позволяет испытуемым, у которых в опухолях была связанная с раком молочной железы мутация, жить дольше без прогрессирования заболевания (хотя препарат и не показал лучших результатов в анализе, в который были включены все участники испытаний). Начальник медицинской службы Arvinas Ноа Берковиц в своем электронном письме в Nature сообщает, что компания планирует поделиться данными с мировыми регулирующими органами для потенциальной поддержки заявок на регистрацию. Два других испытания III фазы вепдегестранта находятся в процессе проведения.

Тем временем два других препарата на основе PROTAC достигли III фазы испытаний. Один из них разрушает рецептор андрогенов, который управляет большинством метастатических форм рака простаты; другой — фермент BTK, ключевой в патогенезе хронического лимфоцитарного лейкоза. Лекарства против этих молекулярных целей уже существуют, однако запущенные формы рака неизбежно становятся устойчивыми к лечению.

Несмотря на то, что технология PROTAC так многообещающа, имеются и ограничения. Стоит отметить проблемы с их присоединением к белкам, встроенным в клеточную мембрану, а также неспособность PROTAC разрушать внеклеточные белки. Существуют также определенные риски разрушения целых белковых комплексов, а также опасения, что элиминации подвергнутся совсем неожиданные белки. Исследования двух из первых PROTAC, разработанных для элиминации патологического белка BRD9 у людей с синовиальной саркомой были отложены: первый — после того, как FDA приостановило испытания из-за сердечной токсичности, а второй — по причине недостаточной эффективности препарата.

Первое одобрение PROTAC станет важным шагом, однако, по всей видимости, это будет относиться к белку, ассоциированному с раком, на который уже направлены другие препараты. Как отмечает Райан Поттс, возглавляющий программу изучения деградации белков в Amgen в Таузенд-Оукс (штат Калифорния), воздействие PROTAC на те белки, которые ранее еще не подвергались воздействию препаратов, станет «настоящим прорывным моментом». «Вот откуда могут прийти самые серьезные достижения».

В прошлом году начались клинические испытания PROTAC, разработанного Kymera Therapeutics в Уотертауне (штат Нью-Йорк). Этот PROTAC нацелен на STAT6, не поддающийся лечению фактор транскрипции, участвующий в развитии аллергических и воспалительных заболеваний. Он должен обладать и эффективностью, и безопасностью, сообщает главный врач Kymera Джаред Голлоб. К другим белкам этого же молекулярного пути уже найдены таргетные молекулы, применение которых вызывает легкие побочные эффекты, а мыши без STAT6 здоровы [6]. По словам Голлоба, необходимо должным образом поразить цель, не вызывая последствий в контексте безопасности.

Трудно поддающиеся лекарственному воздействию внутриклеточные белки участвуют почти в каждом заболевании. Например, при таких заболеваниях, как болезнь Альцгеймера, Паркинсона и при поражении двигательных нервов, белки, которые не прошли правильный фолдинг, остаются неуловимыми. Хотя PROTAC не способны справиться с гигантскими белковыми комплексами, они могут элиминировать аномальные белки, которыми эти структуры усеяны. Например, Arvinas разрабатывает PROTAC-разрушители для тау-белков и α-синуклеина, вовлеченных в патогенез болезней Альцгеймера и Паркинсона, а также для мутантного белка хантингтина при болезни Хантингтона.

Грей ожидает, что разрушители белков станут важной категорией лекарств в схожих масштабах с иммунотерапией или генной терапией. «Я почти не сомневаюсь, что последует ряд одобрений регулирующих органов, и не только в сфере лечения рака», — отмечает он.

Наряду с PROTAC команды ученых разрабатывают разрушители белков, именуемые молекулярными клеями. Как и в случае с PROTAC, принцип состоит в управлении ферментами клетки — убиквитинлигазами — для утилизации белков. Но вместо того, чтобы связывать лигазу и белок вместе, молекулярный клей прикрепляется только к лигазе, изменяя поверхность фермента так, что он привлекает белок для деградации. Один из самых продаваемых противоопухолевых препаратов — Revlimid (для лечения множественной миеломы) — является молекулярным клеем, хотя он не был разработан как таковой.

«Огромное преимущество “клеевых разрушителей” заключается в том, что, в отличие от PROTAC, нет необходимости связываться с целью, которую предстоит элиминировать», — поясняет Георг Винтер, биохимик из Исследовательского центра молекулярной медицины CeMM в Вене и один из ученых команды KOODAC. Задачей его лаборатории является поиск молекулярных клеев, способных разрушать маркированные [KOODAC] белки. Многие компании, как например, Proxygen, биотехнологическая фирма в Вене, соучредителем которой является Винтер, также заняты поиском молекулярных клеевых разрушителей, которые могли бы быть более миниатюрными и химически еще более простыми альтернативами PROTAC (хотя поиск таковых и сопряжен с определенными трудностями).

Дешайе, который до 2024 года возглавлял исследования в Amgen, ожидает, что разрушители белков — PROTACS и молекулярные клеи — будут успешны в больших масштабах. Он отмечает, что совершенствование любой технологии производства лекарств требует времени, даже после того, как первый препарат поступит на рынок. По его словам, чтобы достичь этого, требуются коллективные усилия промышленности порядка десятилетия. «PROTAC все еще находятся на ранней стадии этого пути».

Моссе на своем опыте убедилась, как многие новые методы лечения не срабатывали у ее пациентов, однако она полагает, что с PROTAC будет иначе. «Я думаю, у нас получится дать лекарство детям», — сообщает она.