Диссертация (1097599), страница 15
Текст из файла (страница 15)
В расчете изменялась за счет измененияактивностей PTEN (черная линия), PI3K (синия линия), AKT (красная линия)и PTEN в отсутствии CK2/GSK3 ферментов в модели (черная прерывистаялиния).На основе полученных результатов был введен индекс резистентностисигнальной системы R90 = pAKT90/pAKT0, показывающий относительныйуровень активации AKT сигнала (pAKT) при 90% ингибировании рецепторногосигнала. На Рис. 3-6 приведен расчет индекса резистентности R90 в зависимости95от параметра , который характеризует различные режимы функционированиясистемы. При 1 индекс резистентности R90 =1, что соответствует 80%ингибированию выходного сигнала pAKT при 90% ингибировании рецепторногосигнала. Уменьшение управляющего параметра ведет к возрастанию индексарезистентности R90, что показывает потерю чувствительности системы кингибирующему действию лекарственного препарата.
На Рис. 3-6 приведенырасчетыR90,соответствующиеразличныммутациям,приводящимквозрастанию резистентности системы: мутации PTEN, приводящие к потереактивности фосфатазы PTEN (черная линия), мутации гена PIK3CA, приводящиек повышенной активности киназы PI3K, а также при повышенной экспрессиикиназы AKT. Как видно из сравнения полученных результатов, наиболее резкийпереход «чувствительность-резистентность» происходит при потере активностифосфатазы PTEN при т.е. при 50% потере активности PTEN. В данномрасчете это связано с пост-трансляционной модификацией PTEN (Goltsov et al.,2013).
Как обсуждалось ранее, в модели учтено, что активность PTENопределяется степенью фосфорилирования фосфатазы: фосфатазы PTENактивна в полностью дефосфорилированном состоянии. Как показано в (Goltsovet al., 2012) при уменьшении экспрессии PTEN баланс активной и неaктивнойформPTENнарушается,врезультатечеговозрастаетконцентрацияфосфорилированной неактивной формы, что приводит к дополнительномупадению фосфатазной активности и эффективному уменьшению параметра .Этот эффект приводит к резкому скачку в индексе резистентности по сравнениюс влиянием изменений активностей PI3K и AKT. Чтобы показать это, былвыполнен расчет без учета реакций фосфорилирования/дефосфорилированияPTEN,которыйпродемонстрировалисчезновениерезкогоперехода96«чувствительность-резистентность» в зависимости индекса резистентности отпараметра .
(пунктирная линия на Рис. 3-6).Расчеты показали, что при увеличении управляющего параметра >1PI3K/PTEN/AKT система подавляет входной рецепторный сигнал, оказываядополнительный ингибирующий эффект к действию ингибитора рецепторов.Высокие значения управляющего параметра могут быть получены вэкспериментах на клетках с высокой активностью PTEN при его амплификацииPTEN гена (Kitano, 2004), уменьшении активности PI3K киназы при ееингибировании (Vlahos et al., 1994) и уменьшении активности AKT киназы приее ингибировании или мутации (Noske et al., 2007).3.6.
Моделирование действия комбинационной терапии, направленнойна подавление резистентности в сигнальных системах клеткиДля определения эффективных комбинаций лекарственных препаратов,восстанавливающих чувствительность к анти-рецепторной терапии, разработанматематический метод, основанный на анализе чувствительности характеристиквыходных сигналов системы к изменению ее входного сигнала и к вариациикинетическихпараметровсигнальнойсети.Вразвиваемомподходепредполагается, что изменения кинетических параметров сигнальной системыклетки могут происходить в результате соматических мутаций сигнальныхбелков, приводящих к изменению их активности, а также в результате репрессиии экспрессии генов при канцерогенезе или адаптации раковых клеток конкотерапии.
Метод был применен для восстановления чувствительностисигналаAKTкингибиторуHER2рецептора,пертузумабу,путемкомбинированной терапии.Для подавления резистентности PI3K/PTEN/AKT сигнальной системы к97действию ингибиторов рецепторных сигналов, возникающей при мутацияхгенов PIK3CA и PTEN в раковых клетках, был предложен метод модификациивыходной характеристики «мутированной» системы с целью восстановления ееисходных характеристик, при которых она обладает чувствительностью кингибиторам рецепторных сигналов.
Метод основан на предположении, чтопереход«чувствительность-резистентность»всигнальнойсистемеприизменении управляющего параметра является обратимым и система можетбыть переведена из резистентного состояния при малых в режимчувствительности путем увеличения . Идея метода проиллюстрирована на Рис.3-7, на котором приведена расчётная зависимость резистентного индекса R90,связанного с уровнем pAKT, в зависимости от управляющего параметра иэкспериментальные данные концентрации активной киназы pAKT дляразличных раковых клеток с разным уровнем экспрессии PTEN. Как видно,уменьшение управляющего параметра при падении уровня экспрессии PTENпереводитсигнальнуюсистемуизобластичувствительности(крецепторным сигналам в область резистентности при <, что соответствуетпрямому перехода «чувствительность-резистентность» (красная стрелка на Рис.3-7.
Предполагается, что в системе возможно реализовать обратный переход«чувствительность-резистентность», если увеличить управляющий параметр засчет внешнего воздействия и вернуть его значение в область . Этот обратныйпереход показан на Рис. 3-7 черной стрелкой.Учитывая полученную выше зависимость параметра от активностей трехбелков PTEN/PI3K/AKT (ур. (3.5)) в работе рассмотрен один из возможныхспособов увеличения параметра за счет уменьшения активность PI3 киназы приее ингибировании.98Рис. 3.7.
Зависимость индекса резистентности R90 (pAKT при 90%ингибировании рецепторного сигнала) от управляющего параметра (линия).Красной и черной стрелками показаны прямой и обратный переходы«чувствительность-резистентность». Точки - экспериментальные данныедля различных раковых клеток с разным уровнем экспрессии PTEN. Черныеточки – данные для 12 раковых клеточных линий яичников (Goltsov et al. 2010),синие точки – данные для клеточных линии рака молочной железы (Marty et al.Breast Cancer Res 2008), красные точки – данные для клеток 20 пациентов сэндометриальным раком (синие точки) (Endocrine-related Cancer, 2002).Для моделирования предложенного метода был рассмотрен ингибитор PI3Kкиназы LY294002 (Vlahos et al., 1994) и выполнен расчет влияния ингибитораPI3K киназы на выводные характеристики PI3K/PTEN/AKT сигнальнойсистемы pAKT(pErbB2, ).
На Рис. 3-8 (линия 4) приведен расчет зависимостиуровня выходного сигнала pAKT от нормированной величины входногорецепторного сигнала pErbB2 в присутствии 0.5 µМ ингибитора LY294002.Расчет был выполнен с набором кинетических параметров LY294002,определенным в разделе 2. Как видно, действие ингибитора PI3K приводит кэффективному ослаблению активности PI3K и, соответственно, к уменьшению99Рис. 3-8.
Модификация выходной характеристики PI3K/PTEN/AKT сигнальнойсистемы при мутации PTEN фосфатазы и действии комбинации ЛП.Зависимость выходного сигнала pAKT от входного сигнала pHER2 системыпри нормальном уровне PTEN (линия 1), при его пониженном уровне (линии 1 и2), при действии ингибитора PI3K, LY294002 (линия 4) и придействииLY294002 при пониженном уровне экспрессии PTEN (линия 5). pAKT и pHER2сигналы нормализованы к их максимальным значениям.управляющего параметр который принимает значение 1.5. Выходныехарактеристики системы позволяют проанализировать эффект ингибитора PI3Kна выходную характеристику при 50% уменьшении активности PTEN, котораяимеетступенчатуюформуисоответствуетрезистентномурежимуфункционирования сигнальной системы (см предыдущий раздел).
В результатерасчета было получено, что действия ингибитора PI3K модифицирует выходнуюступенчатую характеристику (линия 3 на Рис. 3-8) в выходную характеристику,имеющую степенную зависимость в области входного сигнала 0 – 0.5 иступеньку при значении ErbB2 в области 0.5 (линия 5 на Рис. 3-8).МодифицированнаяхарактеристикаpAKT(pErbB2,)обладаетчувствительностью к входному рецепторному сигналу в области pErbB2 сигнала1000 – 0.5: ингибирование входного ErbB2 сигнала приводит к ингибированиювыходного pAKT сигнала. Причем степень ингибирования в системе смодифицированной характеристикой существенно выше, чем для исходнойсистемы.Такимобразом,проведенныерасчетывыходнойхарактеристикиpAKT(pErbB2,) сигнальной системы при ингибировании PI3K показали, чточувствительность системы к действию ингибитора рецептора, пертузумаба,восстанавливается при низкой активности PTEN в области ингибированиявходного сигнала, pErbB2, выше 50% (линия 5 на Рис.
3-8). При этом величинаингибирования выходного сигнала pAKT превышает 95% при ингибированииpErbB2 в области выше 80%. В данной модели это происходит за счет обратногоперехода «чувствительность-резистентность» при увеличении управляющегопараметр в результате внешнего воздействия – ингибирования киназы PI3K.Это ведет к восстановлению значения в области соответствующей областичувствительности системы к рецепторным сигналам (черная стрелка на Рис. 3-8).Отметим, что, хотя значение близко к 1 (1) при 50% потере активности PTENи 50% ингибировании PI3K, модифицированная характеристика (линия 5 на Рис.3-8) отличается от характеристики исходной системы с =1 (линия 3 на Рис.
3-8).Полученные результаты расчетов модификации выходных характеристиксистемы, соответствующих переходу «чувствительность-резистентность», былииспользованы для исследования влияния модификаций системы на дозовыезависимости сигнала pAKT от концентрации пертузумаба. На Рис. 3-9 приведенырезультаты расчетов дозовых зависимостей pAKT сигнала от концентрацииингибитора pErbB2 рецептора, пертузумаба, при его одиночном действии и вкомбинации с ингибитором PI3K, LY294002, на исходную сигнальную системуи систему с мутацией PTEN. Как видно из полученных результатов, при потереактивности PTEN происходит сдвиг дозовой зависимости в область101Рис.
3-9. Эффект возникновения и подавления резистентности к действиюингибитора рецепторов. Теоретические дозовые зависимости pAKT сигналаот концентрации ингибитора pErbB2 рецептора, пертузумаба при егоодиночном действии и в комбинации с ингибитором PI3K LY294002 наисходную сигнальную систему и систему с мутацией PTEN. Дозовыезависимости для исходной системы с управляющим параметром =1 ( ); вприсутствии ингибитора PTEN, bpV(pic) (50 nM), 0.5 ( ); в присутствииингибитором PI3K киназы LY294002 (5 M), =1.5 ();в присутствииингибитором LY294002 (5 M) и bpV(pic) (50 nM), 1 ().
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
