Противоопухолевая активность вторичных метаболитов морских беспозвоночных

Тип работы:
Реферат
Предмет:
Медицина


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Вестник ДВО РАН. 2006. № 5
А.М. ПОПОВ
Противоопухолевая активность вторичных метаболитов морских беспозвоночных
Обсуждается информация о противоопухолевой активности вторичных метаболитов морских беспозвоночных, в частности алкалоидов — основных активных цитостатиков — из губок, оболочников и др. Рассмотрены возможные механизмы действия морских алкалоидов эктеинасцидина и асцидидемина — новых перспективных противоопухолевых соединений. Проведен анализ собственных исследований противоопухолевой активности и механизма действия различных видов морских алкалоидов (поликарпина, дискорабдина А, макалувамина Е и фаскаплизина), имеющих необычную химическую структуру.
Antitumor activity of secodary metabolites of sea invertebrates. A.M. POPOV (Pacific Institute of Bioorganic Chemistry, FEB RAS, Vladivostok).
The data on antitumor activity of secondary metabolites of sea invertebrates, specifically alkaloids — the major active cytostatics — from sponges, tunicates and other marine invertebrates, are discussed in the present review. Possible mechanisms of activity of bioactive marine alkaloids ecteinascidin (ET-743) andascididemin (AD), the novel anticancer drugs, are considered. The analysis of own researches of antitumor activity and mechanism of action of various marine alkaloids (fascaplysin, discorhabdin A, makaluvamin E and polycarpin) and their synthetic analogs (thiacarpin) is also carried out.
В недрах Мирового океана открывается все больше естественных богатств, которые до последнего времени глубоко не исследовались и не находили широкого применения. Одним из «драгоценных кладов» следует считать вторичные метаболиты морских беспозвоночных, которые по разнообразию химических структур и спектру биологической активности едва ли уступают вторичным метаболитам наземных растений и морских макрофитов. Интерес к вторичным метаболитам из морских гидробионтов стимулируется открытием большого количества новых соединений, в очень низких концентрациях ингибирующих пролиферацию опухолевых клеток.
В последние годы эффективные цитостатики и селективные ингибиторы ключевых биохимических процессов в клетке, выделенные из морских беспозвоночных, находят все более широкое применение в современной клеточной биологии и медицине [1, 9]. Особые надежды возлагаются на природные соединения из морских гидробионтов, действие которых направлено на новые клеточные мишени, в решении одной из основных проблем современной клинической онкологии — множественной лекарственной резистентности опухолей [10]. Большинство из интересных низкомолекулярных метаболитов морских беспозвоночных, после установления их структуры, были синтезированы методами органического синтеза [13].
В таблице представлены потенциальные противоопухолевые препараты различной химической природы (алкалоиды, депсипептиды и др.) из морских беспозвоночных, которые
ПОПОВ Александр Михайлович — доктор биологических наук, зав. группой изучения биологически активных добавок (Тихоокеанский институт биоорганической химии ДВО РАН, Владивосток).
проходят разные стадии клинических испытаний. Особое внимание среди них привлекают морские алкалоиды. Мне представилось важным более подробно остановиться на характеристике противоопухолевой активности и механизмов действия эктеинасцидина-743 (ЕТ-743) и асцидидемина (АД), которые уже прошли основные этапы клинических испытаний в Европе и США. Механизмы действия этих алкалоидов на опухолевую клетку отличаются от известных противоопухолевых генотоксических препаратов. Этим фактом можно объяснить высокую эффективность экстеинасцидина и асцидидемина при действии на отдельные полирезистентные опухоли, что открывает перспективы к успешному применению морских природных соединений в качестве нового поколения химиотерапевтических средств.
Потенциальные противоопухолевые препараты, выделенные из морских беспозвоночных
Исследуемые препараты Химическая структура Источник получения Механизм действия Потенциальная опухоль-мишень Стадия испытания
Эктеинас- цидин-743 (ЕТ-743) Тетрагидро- изохино- линовый алкалоид Асцидия Ecteinascidia turbinata Селективное ингибирование промотора транскрипционной активации ключевых генов, важных для клеточной пролиферации и резистентности Ингибирование экцизионной репарации нуклеотидов ДНК Уникальный способ связывания с ДНК Мягкие тканевые саркомы, рак груди, яичника и легкого Фаза ІІЬ
Асцидидемин (АД) Пиридо- акриди- новый алкалоид Асцидия Cystodytes dellechiajei Интеркалирование в ДНК, преимущественно в участки, обогащенные ГЦ последовательностями, и ингибирование активности топоизомеразы II Действие на выход Са2+ из сар-коплазматического ретикулума Индуцирование образования АФК с последующей фрагментацией ДНК Рак прямой кишки и груди, различные лейкозы, резистентные опухоли Фаза II
Дидемнин Депсипеп- тид Асцидия Trididemnum solidum Не установлен Лейкозы, мела-нома-В16 Фаза ІІ
Аплидин Депсипеп- тид Асцидия Aplidium albicans Регулирует в «нижней части течения» экспрессию гена фактора роста сосудов эндотелия и блокирует его секрецию Ингибирует палмитоил-тиоэ-стеразу Блокирует клеточное деление и индуцирует апоптоз Медуллярная тиреоидная карцинома, нейроэндокринные опухоли, меланома, неходжкина лимфома Фаза І/ІІ
Кахалалид Ф Депсипеп- тид Моллюск Elysia rufes-cens Ингибирует активность трансмембранной тирозинкиназы егЬ-2 и экспрессию гена фактора роста опухоли (TGF-a) Нарушает лизосомальные мембраны клеток Индуцирует апоптоз Рак простаты, груди Фаза І
Бриостатин Сложный С25-макро- лид Асцидия Bugula ner-itina Селективный ингибитор нетипичной изоформы протеин-киназы С Рак груди и яичника Фаза І
Асцидидемин (АД) — пентациклический ароматический алкалоид, который по химической структуре относится к классу пиридоакридона. АД впервые был выделен из средиземноморской асцидии Cystodytes dellechiajei, собранной в районе Балеарских островов (Средиземное море), а впоследствии из окинавских видов оболочников рода Didemnum [12]. Этот цитотоксический метаболит структурно связан со значительным числом биологически активных веществ, выделенных из морских организмов, — меридином, 2-бромолептокли-нидоном, шермиламинами, А и В, цистодистинами А, В и С [8]. АД проявляет высокую эффективность в отношении человеческих линий клеток рака прямой кишки и груди, а также различных линий лейкозных клеток [7]. Важно то, что АД почти одинаково токсичен в отношении штаммов опухолевых клеток как чувствительных, так и резистентных к противоопухолевым препаратам, используемым в клинике. Клиническое применение АД на людях показало, что этот морской алкалоид является достаточно безопасным препаратом, он привлекает внимание необычным спектром цитотоксической активности [8, 15].
Морские алкалоиды, которые, как и АД, принадлежат к классу пиридоакридона, обладают не только противоопухолевым, но и антимикробным действием. Наличие плоских полициклических ароматических колец определяет способность этих соединений интер-калировать между парами оснований ДНК и ингибировать функцию ферментов, участвующих в процессах синтеза ДНК и регуляции экспрессии генов [1, 8].
Анализ клеточного цикла лейкозных клеток показал [7], что в присутствии АД опухолевые клетки накапливаются в G1-фазе. В культурах опухолевых клеток, обработанных этим алкалоидом, наблюдается фрагментация ДНК, характерная для апоптотических клеток. Здесь медиатором апоптоза, индуцируемого АД в линиях лейкозных клеток HL-60 и P388, является каспаза-3.
Исследованиями механизма действия АД обнаружено, что этот алкалоид вызывает нарушение транспорта Са2+ из внутриклеточных депо (саркоплазматический ретикулум и митохондрии) в цитоплазму [8]. Однако главной его мишенью является ДНК. АД преимущественно интеркалирует в участки ДНК, обогащенные ГЦ последовательностями. В определенной степени механизм действия АД связан со стимуляцией дробления ДНК посредством топоизомеразы II (топо II). Дробление ДНК топоизомеразой I (топо I) в присутствии АД значительно слабее, чем камптотецином (мощный ингибитор топо I).
Изучение механизма цитотоксичности АД с использованием резистентных линий опухолевых клеток показало [7], что этот алкалоид обладает гораздо меньшей ингибирующей активностью в отношении нормальных лейкозных клеток Р388, чем в отношении клеток P388cpt5, резистентных к камптотецину. В то же время АД оказывает практически равное цитотоксическое действие на две линии лейкозных клеток HL-60: чувствительные и резистентные к митоксантрону (ингибитор топо I и II). Поэтому авторы [7] делают вывод: топоизомеразы вряд ли являются главными клеточными мишенями для АД.
Альтернативный механизм цитотоксического действия АД предложен американскими и новозеландскими учеными [14]: действие АД может быть связано с тиол-зависимым окислительным дроблением ДНК, индуцируемым этим алкалоидом. В пользу этого механизма говорит следующее. Добавление в инкубационную среду физиологических концентраций дитиотреитола в присутствии АД приводит к значительной фрагментации ДНК-плазмиды. Тиол-активируемого дробления ДНК не наблюдается в отсутствие кислорода, а при наличии в среде инкубирования активного «скевенжера» (улавливателя) гидроксильных ионов — бензойной кислоты и каталазы, утилизирующей пироксиды, — имеет место нейтрализация цитотоксического эффекта АД.
Экспериментальные результаты подтверждают прямое восстановление иминохиноно-вой части молекулы АД и генерацию активных форм кислорода (АФК) как основной механизм его цитотоксичности. Антиоксиданты in vitro защищают ДНК от дробления и цитотоксичности, нейтрализуя действие этого алкалоида. Кроме этого, показано, что клетки,
у которых отсутствует способность восстанавливать нарушения в ДНК, вызванные воздействием АФК, проявляют большую чувствительность к АД, чем клетки с нормальной репарационной системой. Под действием АД клетки продуцируют белки, связанные с окислительным стрессом, что еще больше подтверждает факт продукции АФК этим морским алкалоидом [14, 15].
Таким образом, механизм действия АД может быть связан с индуцированием образования избыточного количества АФК, которые вызывают нарушения в клеточном геноме, фрагментацию ДНК и гибель клеток по одному из путей апоптоза.
Тетрагидроизохинолиновый алкалоид эктеинасцидин-743 (ЕТ-743) впервые выделен из оболочника Ecteinascidia turbinata, обитающего в Карибском море на корнях мангровых деревьев [18]. ЕТ-743 в низких концентрациях активен против различных линий опухолевых клеток человека in vitro, а также обладает противоопухолевой активностью in vivo. Данные по фармакокинетике ЕТ-743 и результаты его фармакологических испытаний указывают на то, что это соединение может быть использовано как противоопухолевое средство с приемлемым резервом безопасности [10].
Чувствительность опухолевых клеток к ЕТ-743 была намного выше при прохождении G1-фазы клеточного цикла. При действии этого алкалоида на опухолевые клетки не регистрировали разрывы ДНК или образование поперечных связей ДНК-белок. ЕТ-743 вызывает значительное увеличение содержания белка p53 в опухолевых клетках, что, однако, не связано с цитотоксической активностью ЕТ-743: при сравнении чувствительности к этому алкалоиду нормальной культуры клеток фибробластов эмбрионов мышей p53(+/+) и дефицитной по этому белку p53(-/-) была отмечена их практически равная чувствительность к цитотоксическому действию этого алкалоида. Следует отметить, что опухолевые клетки, у которых отсутствуют некоторые репарационные системы, например NER-дефектные клетки (нарушена система экцизионной репарации нуклеотидов), обладают относительно высокой устойчивостью к цитотоксичности ЕТ-743 [9, 10].
При исследовании механизма антипролиферативной активности ЕТ-743 [10] было показано, что этот цитостатик связывается в участках малой бороздки ДНК, формируя ковалентные аддукты в положении-гуанина. Связывание ЕТ-743 с гуаниновыми основаниями усиливает скручивание ДНК и вызывает изгиб в направлении малой бороздки, что отличает его от мощного противоопухолевого агента цисплатина (изгиб ДНК в сторону большой бороздки).
При связывании с ДНК основной мишенью для ЕТ-743 могут быть промоторы, регулирующие клеточный цикл, в частности ключевые участки закрепления ядерного фактора NF-Y. Этот алкалоид препятствует нормальному формированию комплексов между указанным фактором транскрипции и ССААТ-боксом промотора. NF-Y активирует экспрессию генов через звено ССААТ, представленное у 25% эукариотических промоторов, и состоит из трех разных субъединиц, каждая из которых необходима для связывания с ДНК. NF-Y контролирует экспрессию генов, в нуклеотидной последовательности которых закодирован синтез других регуляторов клеточного цикла, например фактора транскрипции YA, модулирующего время прохождения клеточного цикла [9, 10]. Следует подчеркнуть, что многие известные противоопухолевые агенты (адриамицин, камптотецин, амсакрин, этопозид и другие) так же, как и ЕТ-743, оказывают генотоксическое действие, но связываются с другими внутриклеточными мишенями [11].
Таким образом, ЕТ-743 — первый цитостатик морского генеза, ингибирующий транскрипцию и специфически связывающийся с ДНК-промотором. В пользу первичного действия этого алкалоида на процесс транскрипции говорят два факта: 1) ингибирование пролиферации опухолевых клеток происходит крайне быстро (в течение 1 мин инкубации с ЕТ-743) — 2) ингибирование транскрипции наблюдается при физиологических дозах (в наномолярных концентрациях). Кроме этого, ЕТ-743 селективно блокирует in vitro
связывание фактора транскрипции белков теплового шока HSP70 и ядерного фактора NF-Y с ССАТ-боксом промотора. Эти факты говорят в пользу того, что ET-743 относится к генотоксическим агентам, которые специфически блокируют промоторный участок ДНК и тем самым ингибируют процессы транскрипции [9, 10, 18].
Перечисленные выше данные позволяют заключить, что механизмы действия ЕТ-743 и АД уникальны. Они отличаются от механизма действия известных противоопухолевых антибиотиков, взаимодействующих с ДНК. Этим фактом можно объяснить высокую эффективность указанных алкалоидов при действии на резистентные опухоли, что отрывает перспективы их широкого использования в качестве новых химиотерапевтических средств.
Использовав уникальную возможность сбора различных видов морских гидробионтов во время экспедиционных рейсов научно-исследовательских судов (НИС) «Профессор Бо-горов» и «Академик Опарин», сотрудники ТИБОХ ДВО РАН провели масштабный и направленный скрининг более чем 1 000 экстрактов из морских гидробионтов, обитающих в различных районах Тихого, Атлантического и Индийского океанов. Результатом стало выявление новых эффективных ингибиторов пролиферации опухолевых клеток. Основное внимание уделялось экстрактам, содержащим вещества, эффективно ингибирующие включение [3Н]-тимидина в кислотонерастворимую фракцию опухолевых клеток in vitro и проявляющих противоопухолевую активность in vivo. На каждой стадии фракционирования отобранных экстрактов осуществляли направленное биотестирование. Ингибирующее действие (ИД) оценивали по дозе вещества в образце (ИД50, мкг/мл), вызывающей 50%-ное ингибирование включения [3Н]-тимидина в биосинтез нуклеиновых кислот по сравнению с контролем. В качестве тест-системы использовали штамм асцитных опухолевых клеток Эрлиха, адаптированный к росту in vitro и широко применяемый для первичного отбора потенциальных противоопухолевых соединений. Экстракты, имевшие при первичном тестировании величину ИД50 & lt- 20 мкг/мл, рассматривались как потенциально перспективные. Индивидуальные соединения, полученные в результате направленного биотестирования, у которых ИД50 было & lt- 10 мкг/мл, проходили испытания на противоопухолевую активность in vivo [1].
При первичном отборе БАВ в качестве биологических тестов, помимо опухолевых клеток, мы использовали нормальные первичные культуры — эритроциты и лимфоциты (спленоциты). Эти модели позволили in vitro отобрать вещества, обладающие первичным цитотоксическим, мембранотропным, иммунотропным действием, и определить степень селективности цитотоксической и антипролиферативной активности исследуемых экстрактов в отношении опухолевых клеток по сравнению с нормальным контролем [1].
Для предварительного тестирования противоопухолевых свойств экстрактов и индивидуальных соединений in vivo использовали опухоль Эрлиха (асцитный и солидный вариант), которая чувствительна приблизительно к 90% клинически эффективных противоопухолевых средств. Вещества, лечение которыми приводило к увеличению продолжительности жизни более чем на Рис. 1. Предполагаемый механизм цитотоксического действия ^ Л Л, хинолиновых алкалоидов дискорабдина, А и макалувамина Е.
30%, рассматривались как перспек- a — алкалоиды- S+ - окисленная форма субстрата- СОД — супер-тивные для дальнейших расширен- оксиддисмутаза
ных испытаний на различных видах асцитных (лейкозы L1210 и K388) и солидных (карцинома легкого Льюиса и меланома В-16) опухолей [1].
Такой селективный скрининг позволил осуществить выделение и установление структуры индивидуальных веществ, обладающих либо мощной антипролиферативной активностью в отношении опухолевых клеток in vitro, либо противоопухолевой активностью in vivo.
В большинстве случаев вещества с противоопухолевой активностью обнаружены в асцидиях, губках, моллюсках, мшанках и кишечнополостных. Остановимся на медикобиологических свойствах некоторых алкалоидов из губок и асцидий разных районов Мирового океана, которые были выделены во время экспедиционных рейсов химиками-био-органиками ТИБОХ ДВО РАН.
Наибольшего внимания заслуживают алкалоиды-пигменты, часто ответственные за окраску вида-продуцента (зоохромы) и имеющие необычную химическую структуру. Одни из них (дискорабдин А, макалувамин Е и фаскаплизин) в низких дозах (в наномоляр-ных концентрациях) ингибируют пролиферацию различных линий опухолевых клеток, но обладают слабой противоопухолевой активностью [1−6]. Другие (поликарпин, уренидин, выделенный из тропической губки Verongia aerophoba) обладают выраженным противоопухолевым действием [1, 4].
Дискорабдин, А (курилостатин) из тропических и дальневосточных губок родов Latruncu-lia и Prianos и макалувамин Е из тропических губок рода Zyzzya обладают мощной антипро-лиферативной активностью в отношении различных линий опухолевых клеток. Эти хинолиновые алкалоиды имеют механизм действия, не связанный с индуцированием образования дробящих комплексов между ДНК и топоизомеразами (ингибиторы топоизомераз) [20]. Несмотря на значительные различия химических структур дискорабдина, А и макалувамина Е, с одной стороны, и асцидидемина — с другой, эти алкалоиды, очевидно, имеют общие пути биосинтеза. Основу их структуры составляет иминохиноновый фрагмент, и поэтому механизмы действия на опухолевые клетки могут иметь сходный характер [1, 14, 15].
Как показали результаты наших исследований [1−3], важный вклад в цитотоксичность дискорабдина, А и макалувамина Е вносит индуцируемое ими образование АФК. Механизм действия этих хинолиновых алкалоидов может быть связан с прооксидантными свойствами, индикатором которых являются резкое возрастание уровня АФК в клетках и избыточный выход Сa2+ из внутриклеточных депо в цитозоль с последующим включением апоптотиче-ских механизмов гибели клеток. Методом восстановления красителя тетразолиевого синего (НСТ-тест) нами были получены экспериментальные данные об усиленном образовании супероксид-анионов указанными алкалоидами. Наблюдаемое увеличение абсорбции, отражающее процесс восстановления красителя, находится в прямой зависимости от их концентрации и рН среды. Максимальное формирование АФК наблюдается при рН 8,0. Цитотокси-ческий эффект этих алкалоидов нейтрализуется добавлением в среду каталазы — фермента, специфическим субстратом для которого является токсичный супероксид-анион.
Таким образом, полученные результаты говорят в пользу того, что хинолиновые алкалоиды дискорабдин, А (курилостатин) и макалувамин Е способны формировать токсичные супероксид-анионы в среде, и это свойство, вероятно, вносит важный вклад в их высокую цитотоксическую активность в отношении опухолевых клеток (рис. 1).
Однако далеко не всегда высокая активность морских цитостатиков in vitro оборачивается столь же высокой противоопухолевой активностью in vivo. Этому факту можно найти разумное объяснение. По мере прогрессии опухоли часть клеток может приобрести устойчивость к АФК и другим свободным радикалам. Это наиболее частая причина снижения эффективности противоопухолевых средств, которые реализуют свою активность через генерацию АФК.
Некоторые морские алкалоиды активно используются в качестве химических инструментов для углубленного изучения механизмов функционирования основных клеточных белков и
регуляторных ферментов, главным образом протеинкиназ и различных факторов транскрипции, которые принимают непосредственное участие в реализации таких важнейших биологических процессов, как деление, дифференцирование, апоптоз нормальных и опухолевых клеток [1].
Например, пиридодииндольный алкалоид из морских тропических губок БаБсар1уБшор-
Бр. и Smenospongia Бр. фаскаплизин [1, 5] - первый селективным ингибитор циклин-за-висимой киназы 4, ключевого фермента клеточного цикла [19]. Этот алкалоид можно использовать в качестве биохимического зонда при углубленном исследовании роли данной киназы в цикле деления клетки и ее взаимодействий с множеством других белков-регуляторов и контролеров различных стадий этого цикла: с циклин-зависимыми киназами, цикли-нами, факторами роста и ингибирования деления, которые представлены на рис. 2.
Можно привести и другие вторичные метаболиты, выделенные из морских гидробион-тов и широко используемые для всестороннего изучения различных клеточных биохими-
Ф^к-ГОры [)фст п
Рис. 2. Предполагаемый механизм действия пиридодииндольного алкалоида фаскаплизина на деление опухолевых клеток в Gl-фазе клеточного цикла. С^ и С^ - циклин-зависимые киназы, Rb — белок ретинобластомы, Е2Б — белок-супрессор
ческих путей, — это, например, окадаиевая кислота (специфический ингибитор активности фосфатаз) и бриостатин (селективный ингибитор одного из ферментов суперсемейства протеинкиназы С) [1, 17].
Темно-красный пигмент, получивший название «поликарпин» (ПК), был выделен впервые из тропической асцидии Polycarpa aurata. Этот 2-аминоимидазольный алкалоид привлек к себе внимание высоким ингибирующим эффектом в отношении обратной транскриптазы вируса миелобластоза птиц (потенциальный анти-ВИЧ агент) и умеренной противоопухолевой активностью. Установление строения и первичное биотестирование поликарпина дали толчок к проведению работ по синтезу ПК и его синтетического аналога тиакарпина (ТК) [6].
ПК в дозах от 2,5 до 10 мг/кг увеличивает среднюю продолжительность жизни мышей-носителей асцитной опухоли Эрлиха, а также лимфомы P388 на 10−80%. Наиболее выраженный противоопухолевый эффект ПК отмечен в отношении опухоли Эрлиха в дозах 5 и 10 мг/кг (увеличение продолжительности жизни от 40 до 80%) при однократном и многократном применении. При внутрибрюшинном введении разных доз ПК наблюдается значимый противоопухолевый эффект в отношении солидных сингенных опухолей: карциномы легкого Льюиса (LLC) и меланомы В-16. Доза П К, вызывающая 50%-ную гибель мышей (LD50), составляет около 30 мг/кг [6].
Синтетический аналог ПК — тиазольный алкалоид тиакарпин (ТК) менее токсичен (LD50 120 мг/кг) и оказывает максимальное лечебное действие в отношении асцитного варианта опухоли Эрлиха в дозах от 5 до 40 мг/кг. ТК обладает заметной противоопухолевой активностью как в отношении солидных, так и асцитных опухолей. В отличие от ПК, который, как правило, эффективно действует при высоких лечебных дозах, ТК имеет более высокий терапевтический индекс. При внутрибрюшинном введении ТК достаточно эффективно ингибирует развитие солидных форм опухолей — легочной карциномы Льюиса (LLC) и меланомы В-16 [6].
Конкретный механизм действия этих цитостатиков на молекулярном и клеточном уровне пока не ясен. Тем не менее в опытах in vitro в Национальном институте рака (Бе-тесда, США) на ряде мутантных штаммов дрожжей Saccharomyces cerevisiae, утративших определенные протоонкогены, каждый из которых контролирует различные стадии клеточного цикла и репарации ДНК, было показано, что ТК преимущественно останавливает рост клеток, мутантных по гену rad 52. Нарушение этого гена, имеющего важное значение для репарации одно- и двухнитевых разрывов ДНК, в значительной степени увеличивает чувствительность мутантного штамма не только к ТК, но и к известным блокаторам ядерных ферментов (топо I и II) — камптотецину и этопозиду. Как известно [11], действие последних на опухолевую клетку приводит к образованию стабильных комплексов топоизо-мераза-ДНК и развитию апоптотических процессов в опухолевых клетках.
Одной из основных мишеней при УФ-облучении клеток также является ДНК. Возникшие в геноме повреждения индуцируют ответ со стороны клетки, который включает в себя три типа реакций: задержку прохождения по циклу, репарацию ДНК и гибель клеток по механизмам апоптоза. Основные повреждения ДНК, которые вызываются ультрафиолетовым светом (УФС), генотоксинами, АФК и ионизирующим облучением, восстанавливаются с помощью экцизионной репарации [11]. Обработка коротковолновым УФС нести-мулированных мышиных лимфоцитов (спленоцитов) инициирует в них репарационные процессы. Однако введение низких доз тиакарпина ингибирует восстановление разрушенных участков ДНК лимфоидных клеток, индуцированное воздействием УФС [6].
Поэтому можно предположить, что апоптоз клеток в присутствии в инкубационной среде ТК может быть связан с ингибированием экцизионной репарации ДНК (рис. 3). Полученные результаты указывают на перспективность дальнейшего исследования имидазольных алкалоидов типа ПК и его тиазольных аналогов как потенциальных противоопухолевых средств и специфических ингибиторов внутриклеточных репарационных процессов.
Рис. 3. Предполагаемое действие тиакарпина на репарационную систему опухолевых клеток
Таким образом, на современном этапе беспозвоночные животные представляют собой один из наиболее важных природный источников противоопухолевых средств с необычным механизмом действия и широкой перспективой применения при лечении резистентных опухолей. Однако в целом в этих животных содержатся небольшие количества активных вторичных метаболитов, фармакологическое использование которых поэтому во многих случаях проблематично.
Вместе с тем появляется все больше доказательств [16], что биосинтез многих цито-статиков осуществляется бактериями-симбионтами морских беспозвоночных животных, что породило надежды получать потенциальные противоопухолевые агенты, культивируя морские бактерии. Но из-за серьезных технологических трудностей предпочтение в настоящее время отдается клонированию генов, ответственных за биосинтез интересующих БАВ, в других микроорганизмах. Это может сделать противоопухолевые средства морского генеза гораздо более доступными и дешевыми.
Морские цитостатики не только перспективны при лечении онкологических заболеваний, но и пополняют «химический инструментарий» современных исследователей [17]. Этот инструментарий активно привлекается для изучения сложных механизмов клеточного метаболизма и регуляции важнейших биологических процессов, дает ценную информацию о биохимических путях, на которые направлено действие активных вторичных метаболитов морских беспозвоночных, а также благоприятствует быстрому поиску и выделению клеточных рецепторов этих метаболитов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Попов А. М. Биологическая активность и механизмы действия вторичных метаболитов из наземных растений и морских беспозвоночных: дис. … д-ра биол. наук. Владивосток, 2003. 222 с.
2. Попов А. М., Макарьева Т. Н., Стоник В. А. Биологическая активность курилостатина (дискорабдина А) — необычного алкалоида из морских губок // Биофизика. 1991. Т. 36. С. 830−832.
3. Попов А. М., Уткина Н. К. Выделение и противоопухолевая активность пирролохинолиновых алкалоидов из морской губки 2у22уа яр. // Хим. -фарм. журн. 1998. № 6. С. 12−14.
4. Попов А. М., Макарьева Т. Н., Федореев С. А. и др. Противоопухолевая и цитостатическая активности низкомолекулярных метаболитов из морских тропических губок // Химиотерапия опухолей в СССР. 1991. Вып. 44. С. 61−66.
5. Попов А. М., Стоник В. А. Физиологическая активность фаскаплизина — необычного пигмента из морских тропических губок // Антибиотики и химиотерапия. 1991. Т. 36, № 1. С. 12−15.
6. Попов А. М., Новиков В. В., Радченко О. С., Еляков Г. Б. Цитотоксическая и противоопухолевая активности имидазольного алкалоида поликарпина из тропической асцидии Polycarpa aurata и его синтетических аналогов // Докл. АН. 2002. Т. 385. С. 693−698.
7. Bonnard I., Bontemps N., Lahmy S. et al. Binding to DNA and cytotoxic evaluation of ascididemin, the major alkaloid from the Mediterranean ascidian Cystodytes dellechiajei // Anticancer Drug Des. 1995. Vol. 10. P. 333−346.
8. Dassonneville L., Wattez N., Baldeyrou B. et al. Inhibition of topoisomerase II by the marine alkaloid ascididemin and induction of apoptosis in leukemia cells // Biochem. Pharm. 2000. Vol. 60. P. 527−537.
9. Erba E., Bergamaschi D., Bassano L. et al. Ecteinascidin-743 (ET-743), a natural marine compound, with a unique mechanism of action // Eur. J. Cancer. 2001. Vol. 37. P. 97−105.
10. Fayette J., Coquard I.R., Alberti L. et al. ET-743: a novel agent with activity in soft tissue sarcomas // Oncologist. 2005. Vol. 10. P. 827−832.
11. Kastan M.B. Molecular determinants of sensitivity to antitumor agents // Bio^em. Biophys. Acta. 1999. Vol. 1424. P. R37-R42.
12. Kobayashi J., Cheng J. -F., Ishibashi M. et al. Ascididemin, a novel pentacyclic aromatic alkaloid with potent antileukemic activity from the Okinawan tunicate Didemnum sp. // Tetrahedron Lett. 1988. Vol. 29. P. 1177−1180.
13. Lindsay B.S., Christiansen H.C., Copp B.R. et al. Structural studies of cytotoxic marine alkaloids: Synthesis of novel ring-E analogues of ascididemin and their in vitro and in vivo biological evaluation // Tetrahedron. 2000. Vol. 56. Р. 497−505.
14. Matsumoto S., Sidford M.H., Holden J.A. et al. Mechanism of action studies of cytotoxic marine alkaloids: as-cididemin exhibits thiol-dependent oxidative DNA cleavage // Tetrahedron Lett. 2000. Vol. 41. P. 1667−1670.
15. Matsumoto S.S., Biggs J., Copp B.R. et al. Mechanism of ascididemin-induced cytotoxicity // Chem. Res. Toxicol. 2003. Vol. 16. P. 113−122.
16. Piel J. Bacterial symbionts: prospects for the sustainable production of invertebrate-derived pharmaceuticals // Curr. Med. Chem. 2006. Vol. 13. P. 39−50.
17. Piggot A.M., Karuso P. Quality not quantity: the role of marine natural products in drug discovery and reverse chemical proteomics // Mar. Drugs. 2005. Vol. 3. P. 36−63.
18. Rinehart K.L., Holl T.G., Fregeau N.L. et al. Ecteinascidins 729, 743, 745, 759A, 759B and 770: potent antitumor agents from the Caribbean tunicate Ecteinascidia turbinata // J. Org. Chem. 1990. Vol. 55. P. 4512−4515.
19. Soni R., Muller L., Furet P. et al. Inhibition of cylin-dependent kinase 4 (Cdk4) by fascaplysin, a marine natural product // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2000. Vol. 275. P. 877−884.
20. Swaffar D.S., Ireland C.M., Barrows L.R. A rapid mechanism-based screen to detect potential anti-cancer agents // Anti-cancer Drugs. 1994. Vol. 5. P. 15−23.

ПоказатьСвернуть
Заполнить форму текущей работой