Модифікований інтерлейкін 2 володіє кращою протираковою активністю

Ріс. 1. Для роботи інтерлейкіновому рецептору достатньо двох суб’єдиниць — порожніх, проте наявність ^ ‑ суб’єдиниці робить зв’язок між лігандом і рецептором набагато міцнішим. Зображення з обговорюваної статті Eric T. Boder в Nature, зі змінами

Інтерлейкін 2 (IL ‑ 2) — це маленький білок з великою долею. Цей цитокін є фактором зростання для багатьох видів імунних клітин, в тому числі, для природних кілерів — лейкоцитів особливого типу, які, незважаючи на свою зловісну назву, займаються важливою і корисною справою — «відстрілом» підозрілих клітин, в основному пухлинних або заражених вірусами. Дослідники з США і Швейцарії створили мутантні модифікації інтерлейкіна 2 під назвою «суперкіни», які пов’язуються з деякими імунними клітинами надійніше і міцніше, ніж вихідний білок, що відкриває нові горизонти для боротьби з багатьма захворюваннями.

Вплив інтерлейкіна 2 на імунні клітини визначається дуже простою подією: IL ‑ 2 «сідає» на відповідний рецептор. І для того, щоб зрозуміти, що саме зробили дослідники, нам доведеться для початку розібратися в будові цього рецептора.

Рецептор до інтерлейкіну 2 складається з трьох суб’єктів. IL ‑ 2R^ (або CD122), яка, власне, пов’язується з лігандом, IL ‑ 2R^ (CD132), яка забезпечує клітинну відповідь на приєднання ліганда і характерна для багатьох цитокінових рецепторів, і, нарешті, IL ‑ 2R^ (CD25), яка стабілізує зв’язок ліганда і рецептора. В принципі, для роботи рецептору достатньо тільки двох суб’єднань — CD122 і CD132, але тоді інтерлейкін сідає на рецептор досить «нерішуче», і, ледь приєднавшись, може відразу ж відвалитися. Однак якщо третя суб’єдниця — CD25 — випадково пропливе поруч і приєднається до комплексу IL ‑ 2 з рецептором, то аффінність цього комплексу різко зросте, і інтерлейкін 2 прильне до рецептора міцно і надовго (рис. 1). Зрозуміло, що в першому випадку клітинна відповідь на приєднання IL ‑ 2 буде слабкою, у другому — сильною, і все через наявність або відсутність CD25.

А оскільки всі три суб’єдиниці рецептора експресуються окремо, то можливий варіант, при якому експресуються тільки CD122 і CD132. Неважко здогадатися, що в цьому випадку клітина буде слабо чутлива до інтерлейкіну 2, оскільки, ледь з’єднавшись з рецептором, IL ‑ 2 буде відразу ж від нього відвалюватися, майже не встигнувши зробити нічого цікавого. Ця картина абсолютно нормальна для певних типів лейкоцитів — наприклад, для «наївних» T клітин (тобто, нетренованих, які ще не стикалися з «ворогом», на якого їм належить полювати). Однак якщо ми з якоїсь причини хочемо мобілізувати імунні клітини за допомогою інтерлейкі2, то нас така ситуація абсолютно не влаштовує — адже навіть найбільші кількості IL ‑ 2 вплинуть на ці клітини дуже слабо. Теоретично, можна б змусити клітку експортувати CD25, щоб підвищити її чутливість до IL ‑ 2, але це важко і може мати непередбачувані наслідки.

І ось автори обговорюваної роботи вирішили піти іншим шляхом і зробити хитру, дотепну і несподівану річ — створити таку модифікацію інтерлейкіна 2, яка б накріпко приєднувалася до рецептора без будь-якої допомоги CD25.

Для цього вчені спочатку створили величезну бібліотеку мутантних інтерлейкінів 2. Потім за допомогою дріжджового скринінгу (див. Yeast display) вони перевірили, чи існує якась мутантна версія IL ‑ 2, яка міцно зв’язується з CD122 і CD132 без допомоги CD25.

І — ура! — виявилося, що при мутації L85V (тобто, коли лейцин у 85 позиції замінюється на валін) інтерлейкін зв’язується з рецептором набагато міцніше.

Однак це був тільки початок роботи. Тепер потрібно було з’ясувати, чому ця мутація так змінила білок, що він став міцніше з’єднуватися з рецептором. Крім того — якщо це можливо — треба було підібрати якісь додаткові мутації, які зробили б зв’язок між інтерлейкином і рецептором ще, якщо можна так висловитися, нерозривніше.

Найлогічніше було припущення, що позиція 85 знаходиться в такій ділянці білка, яка безпосередньо пов’язується з рецептором, і мутація в цій позиції «приліпляє» інтерлейкін до рецептора. Але виявилося — нічого подібного: 85 позиція розташовується в С ‑ спіралі, біля гідрофобного ядра білка, тобто в самій його серединці, там, де він ні до якого рецептора не доторкається.

Що ж, тоді, можливо, справа в тому, що ця мутація змінює конформацію однієї зі спіралів білка так, що білок починає «підходити» до рецептора краще і міцніше з ним зчеплятися? Виходячи з цього припущення, дослідники створили другу бібліотеку мутантних білків, які містили, по-перше, мутацію L85V, а по-друге, інші мутації в близьких позиціях, які теж могли вплинути на зв’язування білка з рецептором. В результаті вони вибрали консенсусні (тобто основоположні) мутації — L80F/R81D/L85V/I86V/I92F (рис. 2), на основі яких і були обрані білки-суперкіни для подальшого дослідження.

Ріс. 2. Місце розташування мутацій на молекулі суперкіна D10. Видно, що майже всі мутації розташовані на С ‑ спіралі (Helix C) або біля неї. Зображення з обговорюваної статті Aron M. Levin et al. в Nature

Ці суперкіни (а особливо один з них, який дослідники назвали D10) були «прогнані» по безлічі різних тестів, в результаті чого з’ясувалися їхні властивості і стало більш-менш зрозуміло, чому вони вчіпляються в рецептор мертвою хваткою, в той час як звичайний інтерлейкін 2 тільки боязко доторкається до нього.

Справа в тому, що всі консенсусні мутації перебували або в самій С ‑ спіралі, або біля неї. Судячи з усього, мутації якось стабілізують цю спіраль (яка у вихідного білка поводиться досить розхлябанно і бовтається в різні боки), в результаті чого вона міцніше приєднується до рецептора (рис. 3). Мабуть, стабілізуюча дія CD25 якраз і проявляється в «притисканні» С ‑ спіралі білка, що не дозволяє білку відвалитися від рецептора.

Ріс. 3. Відмінності між інтерлейкіном 2 (ліворуч) і суперкіном D10 (праворуч). Показано три найчастіші варіанти конформації для кожного білка, накладені на конформацію білка, пов’язаного з рецептором. Видно, що С ‑ спіраль у суперкіна «ворушиться» набагато менше, ніж у звичайного інтерлейкіна. Зображення з обговорюваної статті Aron M. Levin et al. в Nature

Результати були чудові, але тепер належав наступний етап. Треба було з’ясувати, чи будуть працювати отримані суперкіни на справжніх, живих клітинах. Скільки повітряних замків, збудованих вченими, розтанули в повітрі після цього етапу!

Однак в даному випадку все було в порядку. Суперкіни не тільки викликали відповідь в лініях людських природних кілерів, але ще й викликали її майже незалежно від того, чи експортували ці природні кілери CD25 чи ні.

Але і цього було недостатньо. Деякий час тому було показано, що високі дози інтерлейкі2 викликають деяку регресію злоякісних пухлин (Krieg, C. et al., 2010. Improved IL-2 immunotherapy by selective stimulation of IL-2 receptors on lymphocytes and endothelial cells; Rosenberg, S. A. et al., 1985. Regression of established pulmonary metastases and subcutaneous tumor mediated by the systemic administration of high-dose recombinant interleukin 2). А що якщо там, де звичайний інтерлейкін 2 викликає слабкий ефект, суперкін викличе ефект набагато більший? Щоб перевірити це, дослідники подивилися, як впливають ін’єкції одного з суперкінів, H9, на розвиток чотирьох видів ракових пухлин у мишей.

Результати надихали: H9 послаблював зростання злоякісної пухлини на 70% сильніше, ніж звичайний інтерлейкін 2, причому вид пухлини, судячи з усього, не мав значення. Це говорить про великий потенціал цієї речовини при використанні проти всіх видів ракових пухлин.

І все-таки в цій бочці меду є і ложка дьогтю, та ще й яка. Ігри з імунітетом — небезпечна і непередбачувана річ. Цілком можливо, що дана розробка зможе значно уповільнити (а іноді і зовсім звести нанівець) розвиток раку. Але які побічні ефекти вона викличе? Вчені виявили поки одне серйозне ускладнення — ін’єкції суперкіна викликають у тварин набряк легенів (правда, як оптимістично помічають дослідники, не настільки серйозний, як при використанні інтерлейкіна 2). Однак можливо, що існують інші шкідливі для здоров’я наслідки використання суперкінів, які ще «вилізуть» при подальших дослідженнях.

Джерела:

1) Aron M. Levin, Darren L. Bates, Aaron M. Ring et al. Exploiting a natural conformational switch to engineer an interleukin-2 ‘superkine’ // Nature. V. 484. P. 529–533.

2) Eric T. Boder. Protein engineering: Tighter ties that bind // Nature. V. 484. P. 463–464.

Віра Башмакова