Автореферат (1097598), страница 5
Текст из файла (страница 5)
При этом система проявляет резистентность к ингибированиюрецепторного сигнала. Аналогичная выходная характеристика была получена приуменьшении параметра в результатемутации PIK3CA гена и амплификации гена AKT.Для подавления резистентности PI3K/PTEN/AKT сигнальной системы к действиюингибиторов рецепторных сигналов при мутациях генов PIK3CA и PTEN был предложен методмодификации выходной характеристики системы с целью восстановления ее исходныххарактеристик. Идея метода проиллюстрирована на Рис.
4, на котором приведена расчётнаязависимость индекса резистентности R90 в зависимости от управляющего параметра иэкспериментальные данные уровня pAKT для различных раковых клеток с разным уровнемэкспрессии PTEN. Введенный индекс резистентности R90 определен как уровень pAKT сигналапри 90% ингибировании рецепторного сигнала. Как видно, уменьшение управляющегопараметра при падении уровня экспрессии PTEN переводит сигнальную систему из областичувствительности (к рецепторным сигналам в область резистентности при <, чтосоответствует прямому перехода «чувствительность-резистентность» (красная стрелка на Рис.4). Предполагается, что в системе возможно реализовать обратный переход«чувствительность-резистентность», если увеличить управляющий параметр за счетвнешнего воздействия и вернуть его значение в область .
Обратный переход показан на Рис.4 черной стрелкой. Учитывая полученную зависимость параметра от активностей трех15белков PTEN/PI3K/AKT в работе рассмотрен один из возможных способов увеличенияпараметра за счет уменьшения активность PI3К киназы при ее ингибировании.Проведенные расчеты выходной характеристики pAKT(pHER2) при ингибированииPI3K препаратом LY2940002 показали, что чувствительность системы к действию ингибитораErbB2 (HER2) рецептора, пертузумаба, восстанавливается при низкой активности PTEN вобласти ингибирования входного сигнала pErbB2 выше 50% (Рис.
6, линия 5). При этомвеличина ингибирования выходного сигнала pAKT превышает 95% при ингибированииpErbB2 в области выше 80%.Рис. 7. Эффект возникновения и подавления резистентности к действию ингибитораклеточных рецепторов. Теоретические дозовые зависимости pAKT сигнала отконцентрации ингибитора pErbB2 рецептора пертузумаба при его одиночном действии и вкомбинации с ингибитором PI3K киназы LY294002 на исходную сигнальную систему исистему с мутацией PTEN. Показаны дозовые зависимости для исходной системы суправляющим параметром =1 ( ); в присутствии ингибитора PTEN, bpV(pic) (50 nM),0.5 ( );ингибитора PI3K LY294002 (5 M), =1.5 ( ) и в присутствии ингибитораLY294002 (5 M) и bpV(pic) (50 nM), 1 ( ). Концентрация pAKT взята равной расчетномузначению на 30 мин после действия HRG.
Точки – экспериментальные нормированныезначения pAKT концентрации для клеточной линии PE04.Полученные результаты расчетов выходных характеристик системы при переходе«чувствительность-резистентность» были использованы для исследования изменений дозовыхзависимостей сигнала pAKT от концентрации пертузумаба при модификаций сигнальнойсистемы в результате онкомутаций. На Рис. 7 приведены результаты расчетов дозовыхзависимостей pAKT сигнала от концентрации ингибитора pErbB2 рецептора пертузумаба приего одиночном действии и в комбинации с ингибитором PI3K киназы, LY294002.
Расчетыпроведены для исходной сигнальной системы и системы с мутацией PTEN. При потереактивности PTEN происходит сдвиг дозовой зависимости в область высоких концентрацийпертузумаба. При этом значение IC50 для ЛП возрастает с 40 нМ для исходной системы до 1µМ для системы с низкой активностью PTEN (0.5). Полученная дозовая зависимостьсвидетельствует о резистентности системы к действию пертузумаба при его физиологическихконцентрациях в области 100 нМ (экспериментальные точки на Рис.
7). Как показали расчеты,добавление ингибитора PI3K киназы LY294002 (5 M) сдвигает модифицированную дозовую16зависимость в область исходной дозовой зависимости со значением IC50 40 нМ, чтовозвращает первоначальную чувствительность системы к ингибирующему действиюпертузумаба в области его концентраций 100 нМ.Полученные результаты моделирования были проверены в экспериментах,проведённых коллабораторами проекта в Центре Исследования Рака ЭдинбурскогоУниверситета [15, 17]. В экспериментах исследовалось действие комбинации ингибиторовпертузумаба и LY2940002 на активацию AKT сигнала в PE04 клетках, в которых активностьPTEN была снижена действием ингибитора bpV(pic). Было установлено, что ингибитор PI3Kкиназы, LY2940002, приводит к подавлению резистентности pAKT сигнала к пертузумабу,вызванной потерей активности фосфатазы PTEN, и восстанавливает ингибирующее действиепертузумаба (Рис.
8, столбцы 5 и 6).Рис. 8. Результаты компьютерного моделирования следующих процессов: ингибирующегодействия пертузумаба, возникновения резистентности к его действию при низкойактивности PTEN и подавление резистентности при комбинационной терапии. АктивацияpAKT на 30 минуте после добавления 1 нМ HRG (столбец 2), ингибирование pAKT придействии пертузумаба, 2С4 (3).
Действие комбинации двух ингибиторов: пертузумаба иингибитора PI3K, 5 μM LY294004 (4). Отсутствие ингибирующего эффекта пертузумаба приингибировании активности PTEN при действии 50 нM bpV(pic) (5). Восстановлениеингибирующего эффекта пертузумаба при пониженной активности PTEN путем добавленияингибитора PI3K, 5 μM LY294004 (6).
Действие ингибитора LY294004 (7). Действиеингбитора PTEN, 50 нМ bpV(pic) (8). Результаты моделирования показаны черным цветом,экспериментальные данные - серым цветом. Величина pAKT сигнала нормирована на егомаксимальную величину при активации HRG.C целью определения ключевых элементов сигнальной сети, оказывающих наибольшеевлияние на выходной сигнал системы, проведено численное исследование относительнойчувствительности выходного сигнала к кинетическим параметрам сигнальных белков и ихуровням экспрессии, pi:S AKT , p pAKTpipAKT,piгде ΔpAKT – изменение выходного сигнала pAKT при изменении параметра pi на величину Δpi.В работе показывается, что метод анализа чувствительности системы может быть применен17для определения белков, к параметрам которых сигнальная система наиболее чувствительна,и может быть использован на начальных стадиях поиска потенциальных белков-мишеней дляразработки новых лекарственных препаратов.
В работе проведено дальнейшее развитиеметода анализа чувствительности сигнальных систем для случая, когда система находится поддействием лекарственных препаратов или их комбинаций, а также для случая наличия мутацийгенов, кодирующих белки в сигнальной системе. В работе выполнено исследование влияниялекарственных препаратов на величину чувствительности SAKT,p к кинетическим параметрамсистемы и уровням их экспрессии. Исходя и того, что чувствительность SAKT,p не может бытьнапрямую измерена экспериментально, в работе проанализирована связь SAKT,pсчувствительностью выходного сигнала pAKT системы к ее входному сигналу pErbB2 (pHER2):S AKT pAKTpHER 2pAKT.pHER 2Чувствительность SAKT напрямую связана с функцией отклика системы на входной сигнал иможет быть непосредственно получена на основе анализа изменений функции отклика.
Вработе показано, что чувствительность SAKT,p и SAKT связаны: изменение SAKT,p происходит вобласти значений входного сигнала, где существенно изменяется чувствительность SAKT.На Рис. 9 приведены результаты расчета значений чувствительности SAKT,p и SAKT дляPI3K/PTEN/AKT сигнального пути и проведено сравнение полученных величин для системыв отсутствии ЛП, пертузаба, при его действии и его комбинации с ингибитором PI3K киназы,LY2940002, а также для исходной системы и системы при наличии мутаций PTEN.
Показано,что ЛП, ингибирующий входной сигнал системы, приводит к возрастанию чувствительностисигнальной системы как к входному сигналу (SAKT), так и к параметрам сигнальной системы(SAKT,p). На основе полученных данных в работе обсуждается эффект возрастаниячувствительности сигнальной системы к кинетическим параметрам белков как один извозможных компенсаторных механизмов сигнальной системы в результате действиялекарственных препаратов.Проведенные расчеты влияния онкомутаций генов в системе на ее чувствительностьпоказали, что мутации PTEN, вызывающие уменьшение ее фосфатазной активности, приводятк потере чувствительности как к входному сигналу (SAKT), так и к изменению параметровбелков системы (SAKT,p ) (Рис.
9, колонка 3). При этом в системе наблюдается максимальнаяактивность AKT, величина которой не чувствительна к ингибированию входного сигнала придействии ингибитора: пертузумаб не влияет как на выходной сигнал, так и начувствительность системы (Рис. 9, колонка 4).Таким образом, сигнальная система под действием ингибитора рецепторного сигналапроявляют повышенную чувствительность к мутациям, приводящим к резистентности кдействию данного ингибитора.
Результаты проведенных расчетов показывают высокийуровень робастности PI3K/PTEN/AKT сигнальной системы в опухолевых клетках, чтоопределяет низкую чувствительность сигнальной системы как к ингибированию внешнихрецепторных сигналов, так и к изменению внутренних параметров системы за счеткомпенсаторных мутации в онкогенах и генах онкосупрессоров.18Рис. 9. Влияние лекарственных препаратов и мутаций генов, кодирующих сигнальные белки,на чувствительность PI3K/PTEN/AKT системы SAKT и SAKT,p.
Колонки 1-4 показывают,соответственно, значения чувствительности pAKT сигнала для исходной систем, придействии пертузумаба (+2C4), при 50% потере активности PTEN (PTEN(-)) и при действиипертузумаба и мутации PTEN (PTEN(-), +2C4). Колонки 5-8 показывают, соответственно,значения чувствительности pAKT сигнала при дополнительном действии ингибитора PI3K,LY294002. Расчет проведен для чувствительности к параметру модели k31, расчеты длядругих параметров системы дали аналогичные результаты.Результаты проведенных расчетов чувствительности системы также показали, чтодействие комбинации пертузумаба и ингибитора PI3К киназы вызывает уменьшениечувствительность SAKT,p к параметрам сигнальных белков (Рис. 9, колонка 6). Это приводит кподавлению чувствительности системы к потере активности онкосупрессора PTEN примутации: уменьшение экспрессии PTEN не влияет на ингибирующее действие комбинациидвух ЛП.
Этот вывод подтверждается также в расчете действия комбинации двух ЛП:эффективность ингибирующего действия комбинации ЛП не изменяется при мутации PTEN(Рис. 7). Таким образом, комбинация пертузумаба с ингибитором киназы PI3K приводит кповышению робастности ответа системы на ингибирующее действие ЛП при онкомутациях вPI3K/PTEN/AKT сигнальной сети.В четвертой главе излагаются результаты исследований по влиянию лекарственныхпрепаратов на систему отрицательных обратных связей (ООС) и генетическую регуляции всигнальных сетях. Как показали многочисленные экспериментальные и теоретическиеисследования, эффективность некоторых ЛП, ингибирующих сигнальные пути, зависит отрегуляторных обратных связей в системе, которые могут как повышать, так и понижатьэффективность действия ЛП.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
