Диссертация (1097599), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Сегодня стало понятно, что для решения многих проблем ЛОТтребуется развитие и применение интегрального подхода системной биологии.Среди компьютерных методов, разрабатываемых для системного анализабольшого объема экспериментальных и клинических данных, в настоящее времяинтенсивно развиваются методы компьютерного моделирования сложныхсигнальных сетей клетки, как дополнительного инструмента для повышенияэффективности совместных экспериментальных и клинических исследованийновых стратегий ЛОТ.

Преимущества использования методов компьютернойсистемной биологии в ЛОТ заключаются в разработке моделей сигнальныхпутей клетки на основе интеграции современных биофизических методовферментативнойкинетики,методовнелинейнойдинамикисложныхрегуляторных систем и биоинформационных методов анализа генетическойрегуляции в раковых клетках.Сегодня в области компьютерной системной биологии ведутся разработкикомпьютерных моделей сложных сигнальных сетей и проводятся исследованиямеханизмов их регуляции в норме и патологии. В результате интенсивныхисследований выявлены основные регуляторные механизмы сигнальных сетей,реализующиеся за счет положительных/отрицательных прямых/обратных связей7в системе, выделены структурные модули усиления и стабилизации рецепторныхсигналов в сигнальных сетях, определены логические элементы интеграции идискриминации параллельных и последовательных сигналов, обнаруженыэлементы переключения сигнальных, генетических и метаболических клеточныхпутей в зависимости от внешних условий.

Во многих университетских центрахпо системной биологии и фармакологических компаниях (GSK, Roche, Genentechи др.) полученные результаты по функционированию и регуляции сигнальныхсетей клетки непосредственно используются для поиска и анализа новых белковмишеней для ЛОТ и анализа эффективности новых ЛП. В частности, на основекомпьютерного моделирования сигнальных путей фармакологическая компанияMerrimack Pharmaceuticals, USA разработала ингибитор ErbB3 рецепторовдвойного действия, ММ-121, проходящий в настоящее время клиническиеиспытания.К настоящему времени область компьютерной системной биологии в областилекарственной онкологии развиваются преимущественно по направлениюмоделирования сигнальных путей клетки и исследования различных режимов ихфункционирования в норме, когда ингибирование отдельных рецепторов исигнальных белков при действии ЛП, как правило, приводит к эффективномуподавлению выходного сигнала полной системы.

Применение разработанныхмоделей к исследованию ответов сигнальных систем на действия ЛП в раковыхклетках, в общем случае, не дает надежных результатов. Это связано ссущественными изменениями функционирования многих сигнальных путей и ихгенетической регуляции в раковых клеток, происходящими в результатеонкомутаций, а также активации компенсаторных механизмов раковых клетокпри их адаптации к ЛОТ, что ведет к развитию лекарственной резистентности.В связи с этим актуальным является задача развития методов моделированияфункционирования сигнальных систем при их модификациях в результатеонкомутаций в опухолевых клетках и их применение к разработке эффективных8стратегийлекарственнойонкотерапии,направленныхнапреодолениялекарственной резистентности.Цель и задачи исследованияЦелью настоящей работы является разработка компьютерных методовмоделирования ингибирующего действия новых лекарственных препаратов наклеточные сигнальные пути опухолевых клеток при онкомутациях и применениеразвитыхметодоввсовместныхэкспериментальныхиклиническихисследованиях, направленных на создание новых стратегий в лекарственнойперсонализированнойонкотерапииипреодолениелекарственнойрезистентности при различных онкомутациях в раковых клетках.

Длядостижения поставленной цели в работе решались следующие задачи: Разработка компьютерной модели активации RAS/RAS/MEK/ERK (ERK) иPI3K/PTEN/AKT/mTOR/S6K1 (PI3K) сигнальных путей, контролирующихпролиферацию и апоптоз в раковых клетках. Определение параметровмодели на основе in vitro экспериментальных данных для линий опухолевыхклеток яичников с различным набором онкомутаций генов, кодирующихсигнальные белки. Применениеразработанноймоделидлятестированиядействиялекарственных препаратов, ингибирующих клеточных рецепторов ErbB2,3 иPI3K сигнальный путь в линиях опухолевых клеток яичников. Разработкаматематическихметодовисследованиямолекулярныхмеханизмов потери чувствительности и возникновения резистентностираковых клеток к действию лекарственных препаратов, ингибирующихклеточные рецепторы, при различных онкомутациях генов, кодирующихбелки в PI3K сигнальном пути опухолевых клеток. Разработка методов комбинированной лекарственной терапии с целью9подавления резистентности к ингибиторам клеточных рецепторов приразличных онкомутациях генов, кодирующих белки в PI3K сигнальном пути. Разработка методов исследования генетической регуляции в сигнальныхсистемах клетки на основе биоинформацинного анализа экспериментальныхданных по изменению экспрессии генов при активации сигнальных систем идействии лекарственных препаратов. Развитие методов исследования систем обратных связей и генетическойрегуляции в ERK и PI3K сигнальных путях на основе анализа возникновениюосцилляторных режимов в сигнальных системах, вызванных влияниемонкомутаций и действием ингибиторов сигнальных белков. Применениеразвитыхметодовкомпьютерногомоделированиядляисследования эффективности ингибиторов протеин-киназ в ERK и PI3Kсигнальных путях: ингибитора mTOR1 комплекса, ингибитора PI3K киназыи ингибитора двойного действия в клеточных линиях опухолей яичников. Разработка методов исследования эффективного действия ЛП в in vivoэкспериментах на опухолях ксенотрансплантатных мышей на основе анализаэкспериментальных биоинформационных данных по изменению экспрессиигенов в раковых клетках, вызванных лекарственной интервенцией. Применение развитых методов моделирования сигнальных систем дляразработки комбинированной лекарственной терапии с целью преодолениялекарственнойрезистентности,вызванноймодификацией(репрограммированием) сигнальных путей при генетической активацииадаптационных механизмов клетки в результате действия лекарственныхпрепаратов.РазработкамоделиNRF2-сигнальнойрегуляцииантиокислительнойсистемы клетки и ее применение к описанию окислительного стресса,вызванного действием ингибиторов ErbB2 рецепторов в клеточных линияхрака яичников.10Научная новизна.

В работе впервые развиты методы компьютерногомоделирования молекулярных механизмов резистентности сигнальных путейпролиферации раковых клеток к ингибирующему действию лечебныхпрепаратов при различных мутациях генов, кодирующих белки в сигнальныхпутях раковых клеток. При этом впервые получены следующие конкретныерезультаты:1. Показана эффективность применения нового лекарственного препарата,пертузумаба (ингибитора ErbB2 рецепторов), для ингибирования PI3Kсигнального пути в линиях опухолевых клеток яичников.

Определенмолекулярный биомаркер эффективного действия данного ЛП: соотношениеэкспрессии рецепторов ErbB3/ErbB2.2. Установлено,чтовPI3Kсигнальномпутипроисходитпотерячувствительность к ингибитору ErbB2 рецепторов при 50% потереактивности фосфатазы PTEN в результате мутаций или делеции гена PTEN.Показано, что мутации PTEN являются компенсаторным механизмом,вызывающим активацию PI3K сигнальной системы при ингибированиирецепторных сигналов в опухолевых клетках.3. Полученные результаты подтверждены в in vitro экспериментах наклеточных линиях опухоли яичников и в клинических исследованиях нагруппе онкологических пациентов с мутациями гена PTEN.4.

На основе анализа выходных характеристик сигнальной системы определенбиомаркер эффективности ингибитора ErbB2 рецепторов при мутацияхбелков в PI3K сигнальной системе: соотношение активностей белков PTEN,PI3K и AKT.5. Применение анализа чувствительности выходных характеристик сигнальнойсистемы к разработке методов комбинированной онкотерапии дляподавления резистентности к ингибиторам клеточных рецепторов при11различных мутациях генов, кодирующих белки в PI3K сигнальном пути.6.

Установлено,чтоингибированиеPI3Kкиназывосстанавливаетчувствительность PI3K сигнальной системе к действию ингибитора ErbB2рецептора при онкомутациях генов PTEN, PIK3CA и AKT1,2. Эффективностькомбинации ингибиторов ErbB2 рецепторов и PI3K киназы подтверждена вin vitro экспериментах на клетках опухоли яичников.7. Разработка методов исследования генетической регуляции в кинетическихмоделях сигнальных систем на основе биоинформационного анализаэкспериментальных данных по изменению экспрессии генов, вызваннойактивацией сигнальных систем и действием лекарственных препаратов.8.

Показано, что отрицательная обратная связь в ERK сигнальной системемодулируется генетической регуляцией и приводит к осцилляциямвыходного сигнала в данной системе при нарушении генетической регуляции.Установлено существование положительной связи между ERK и PI3Kсигнальными путями на основе исследования возникновения осцилляторныхрежимов, вызванных действием ингибиторов и онкомутаций.9. Развиты методы для тестирования ингибиторов киназ в PI3K сигнальномпути: ингибиторов mTOR1 комплекса, PI3K и ингибитора двойного действиядля линий клеток опухолей яичников с различными мутациями в сигнальныхсистемах. Установлено, что действие рапамицина приводит к эффективномуингибированиювыходногосигналаS6K1киназыиподавлениюотрицательных обратны связей в PI3K сигнальной системе, что вызываетактивацию промежуточного AKT сигнала в данной системе.

Показано, что висследуемых клетках активации AKT является биомаркером эффективногодействия ингибитора mTOR1 комплекса.10.Показано, что для анализа длительного действия лекарственных препаратовнеобходимо учитывать эффекты модификации (репрограммирования)сигнальных путей в результате изменение экспрессии генов, вызванных12действием лекарственных препаратов.Научная и практическая значимость. Развитые компьютерные методынепосредственноиспользованывсовместныхэкспериментальныхиклинических исследованиях эффективности действия новых лекарственныхпрепаратов в онкотерапии, которые были проведены в Центре ИсследованияРака Эдинбургского Университета и West General Hospital Эдинбурга.Результаты работы применялись при планировании in vitro экспериментов ианализа промежуточных и окончательных экспериментальных результатов.

Характеристики

Список файлов диссертации