Понад 70 років лікарі використовували препарат під назвою 6-тіогуанін (6-TG) для лікування лейкемії. Незважаючи на те, що його вплив на пацієнтів добре задокументовано, дослідники все ще працюють над тим, щоб зрозуміти молекулярні деталі, які визначають, чому одні клітини гинуть під дією препарату, а іншим вдається його терпіти.

Команда дослідницького центру молекулярної медицини CeMM Австрійської академії наук у співпраці з вченими з Оксфордського університету, Інституту науки Вейцмана та Університету Данді виявили несподіваний фактор цієї реакції: білок під назвою NUDT5.

Це відкриття слідує за останніми відкриттями Інституту Кубічека та Інституту Гувера (наука2025). Це початкове дослідження показало, що NUDT5 відіграє важливу роль у клітинах, яка не залежить від його нормальної ферментативної активності. NUDT5 функціонує не лише як каталізатор для сприяння хімічним реакціям, а й як молекулярний каркас, який допомагає організовувати клітинний метаболізм.

Ця аномальна функція вважається важливою для того, як клітини реагують на 6-TG.

«Спочатку ми очікували, що NUDT5 впливатиме на 6-TG через свою ферментативну активність», — сказав один із авторів Туан-Ань Нгуєн з CeMM. «Натомість ми виявили, що інгібування ферменту мало ефект. Важливим було те, чи присутній сам білок».

Видалення NUDT5 змінює реакцію на ліки

Багато препаратів, спрямованих на ферменти, призначені для блокування хімічних реакцій, що здійснюються ферментом. Дослідники хотіли знати, чи інгібування NUDT5 таким чином також змінило ефекти 6-TG.

Щоб перевірити цю ідею, вони використали нову стратегію, відому як цільовий протеоліз. У цьому методі клітини повністю видаляють білок, а не просто блокують його активність.

«Ми розробили клітинну платформу, щоб прискорити відкриття деградаторів NUDT5. Ця платформа допомогла скерувати зусилля в галузі медичної хімії, які в кінцевому підсумку створили наш найактивніший деградатор, dNUDT5», — сказала Анна-Софі Маркес, перший автор статті, дослідження якої в Оксфордському університеті сприяли цьому відкриттю.

Програма медичної хімії під керівництвом лабораторії Хубера в Оксфордському університеті створила колекцію високоселективних деградаторів NUDT5. Дослідники також створили відповідну контрольну сполуку, яка може зв’язуватися з NUDT5, не руйнуючи білок.

Потім ми порівняли ефекти цих молекул з традиційними інгібіторами NUDT5.

Різниця була очевидна. Блокування ферментативної активності NUDT5 суттєво не змінило спосіб реакції клітин на 6-TG. Однак видалення NUDT5 з клітин захистило їх від токсичної дії препарату. Генетичні експерименти дійшли такого ж висновку.

«Хімічні деградатори дають нам можливість розрізняти те, що білок виконує як фермент, і те, що він фізично існує всередині клітини», — каже професор Кілліан Хубер з Центру виявлення ліків Оксфордського університету та один із керівників дослідження. «У цьому випадку різниця була вирішальною. Видалення NUDT5 виявило біологію, яку не врахували традиційні інгібітори».

Приховані функції, що виходять за рамки функцій ферментів

Цей результат вказує на те, що NUDT5 впливає на сприйнятливість до тіопуринових препаратів через механізм, який не залежить від його каталітичної активності. Іншими словами, вивчення хімічної дії ферменту недостатньо для пояснення його впливу на 6-TG.

«Після отримання результатів швидко стало зрозуміло, що dNUDT5 захищає клітини від токсичності 6-тіогуаніну залежно від дози. Це був неймовірно хвилюючий момент», — сказав Людвіг Бауер, перший автор статті.

Дослідники також виявили цікавий зв’язок між NUDT5 та іншим білком під назвою NUDT15, про який уже відомо, що він впливає на реакцію пацієнтів на препарати тіопурину.

Схоже, що два білки мають протилежні ефекти.

Втрата NUDT15 робить клітини більш чутливими до 6-TG. Навпаки, зменшення NUDT5 робить клітини більш стійкими до лікування. Це відкриття свідчить про те, що ці білки впливають на реакцію тіопурину через різні механізми, які штовхають клітини в протилежних напрямках.

«Наші результати показують, що білки можуть виконувати важливі біологічні функції, які повністю не залежать від їхньої ферментативної активності», — сказав Стефан Кубічек, автор-кореспондент і головний дослідник CeMM. «Видаливши NUDT5, а не просто пригнічуючи його, ми змогли розкрити приховані шари біології, які допомагають визначити, як клітини реагують на клінічно важливі ліки».

Нові двері у відповідь на ліки від лейкемії

Хоча це відкриття не відразу призводить до нових методів лікування, воно розкриває несподіваний механізм, який допомагає контролювати дію довго використовуваних ліків від лейкемії.

Показуючи, що NUDT5 впливає на 6-TG через некаталітичну функцію, це дослідження може допомогти вченим краще зрозуміти, чому вони по-різному реагують на лікування тіопурином. Це також показує, як деградація цільового білка відкриває біологічні функції, які можуть залишатися невидимими, якщо дослідники покладаються виключно на традиційні інгібітори ферментів.

Це дослідження було підтримано Європейською дослідницькою радою (ERC) у рамках програми досліджень та інновацій Європейського Союзу «Горизонт 2020», Австрійським науковим фондом (FWF), Віденським науково-технічним фондом (WWTF), Програмою постдокторських стипендій Марії Склодовської-Кюрі, Спільним підприємством Innovative Medicines Initiative 2 (IMI2 JU), Wellcome Trust, Merck Sharp & Dahmé та Janssen Pharmaceutica NV.