Trung tâm công nghệ sinh học Thành Phố Hồ Chí Minh

Trong vài năm trở lại đây, một loạt thuốc được biết đến với chức năng ức chế hoạt tính kinase được phát triển để chữa trị ung thư và một số bệnh khác. Mục tiêu ban đầu của những thuốc này là receptor tyrosine kinases (RTKs) – những receptor nằm trên bề mặt tế bào và hoạt hóa những con đường liên quan tới hầu hết các loại ung thư khi có phân tử tín hiệu gắn lên chúng.

Trong một nghiên cứu mới đây, những nghiên cứu viên ở Viện Biodesign, Đại học Bang Arizona sử dụng một phương pháp mới để sàng lọc một loạt kinases để thử nghiệm hoạt tính của thuốc. Thuốc được sử dụng trong nghiên cứu này là ibrutinib – một chất ức chế của Bruton's tyrosine kinase (BTK) ở tế bào bạch cầu, lần đầu tiên được cấp phép bởi FDA vào năm 2013 cho điều trị bệnh leukemia.

Khi sử dụng một phương pháp hoàn hảo dựa trên nguyên tắc của microarray được sang chế bởi Tiến sĩ Joshua LaBaer- Giám đốc của Viện Biodesign và Trung tâm Virginia G. Piper, cho thấy rằng, ibrutinib cũng gắn với ERBB4 -một thành viên ít được quan tâm trong họ RTK- từ đó có thể ngăn cản con đường dẫn đến sự tăng trưởng và phát triển khối u đặc.

Những kết quả cho thấy ibrutinib hoạt động như một chất có khả năng ức chế hoạt tính kinase của ERBB4, hạn chế sự tăng trưởng của tế bào ung thư người trong phòng thí nghiệm, và giảm kích thước khối u trên chuột thí nghiệm. Sự tính nhạy cảm của ERBB4 với ibrutinib cũng tương tự như với BTK, mục tiêu ban đầu của thuốc này.

Nghiên cứu mở ra một phương pháp sàng lọc mới cho các thuốc có đích tác động mới như các chất ức chế kinase cũng như hiệu quả trong việc sàng lọc các thuốc đã có trong khả năng tác động chọn lọc trên ERBB4, bổ sung thêm một đích tác động vào  BTK. (Sự điều  hòa sai BTK liên quan đến sự tăng sinh bất thường của tế bào B, dẫn đến bệnh leukemia, lymphoma và một số bệnh khác).

Tiến sĩ LaBaer nói: “ Chúng tôi rất hào hứng bởi vì kết quả này cho thấy rằng những protein được gắn trên array có hoạt động và phản ánh được chức năng tự nhiên của chúng, cho phép chúng tôi có thể nghiên cứu đáp ứng của những protein này với thuốc mục tiêu. Từ đó, cho phép chúng tôi xác định được những phân tử protein có đáp ứng với thuốc và xác định những đột biến đặc trưng nào có thể ảnh hưởng tới tác dụng của thuốc.”

Nghiên cứu này được công bố trên tạp chí chuyên nghiên cứu về ung thư Oncogene.

Phương pháp mới trong nghiên cứu sàng lọc thuốc

Với mục đích tìm hiểu thêm về hoạt động của ERBB4, các nhà nghiên cứu sử dụng công nghệ protein microarray, trong đó trên một bề mặt rất nhỏ được phủ rất nhiều protein khác nhau. Mỗi protein có một vị trí riêng biệt trên bề mặt này. Do đó, một số lượng lớn protein được kiểm tra cùng lúc. Sử dụng phương pháp này, các nhà nghiên cứu viên có thể biết được tương tác của protein với những protein khác, cũng như hoạt động tương tác của chúng với nucleic acid như DNA và RNA hoặc những yếu tố được tìm thấy trong máu, kể cả các tác nhân gây bệnh khác nhau.

Thông thường, việc cố định protein trên bề mặt của microarray không đạt hiệu quả như mong muốn, phụ thuộc nhiều vào trình độ của người thực hiện, vì các phân tử protein rất mong manh, có cấu trúc ba chiều nên phải được gấp cuộn đúng cách mới có chức năng. Thêm vào đó, những protein được sử dụng trên protein array thường là những protein được sản xuất trên những hệ thống biểu hiện không có nguồn gốc từ cơ thể người, và phải thu nhận thông qua quá trình tinh sạch, điều này làm protein không ổn định theo thời gian.

Trong nghiên cứu này, một kĩ thuật mới được biết dưới tên NAPPA được sử dụng. Thay vì cố định protein đã được tinh sạch trên bề mặt microarray, NAPPA trước tiên cố định DNA mạch vòng (plasmid) chứa gen mã hóa cho protein mục tiêu và tổng hợp protein trực tiếp trên vị trí DNA được cố định bằng cách bổ sung dịch chiết tế bào người nhằm hỗ trợ cho quá trình gấp cuộn protein tự nhiên. Từ đó, NAPPA array có thể cung cấp một hệ thống biểu hiện và sàng lọc protein hiệu quả.

Tiến sĩ Femina Rauf, tác giả chính của nghiên cứu nói, “Bạn có thể biểu hiện protein có chức năng chỉ trong một tiếng rưỡi, điều này thật tuyệt vời. Chúng tôi sử dụng dịch chiết tế bào người để biểu hiện protein, do đó chúng tôi mong đợi có thể thu nhận những protein được gấp cuộn đúng và có chức năng. Chúng tôi đặc biệt phấn khích bởi vì họ RTKs là những protein màng, chúng thường khó biểu hiện nhưng vẫn cho kết quả tốt trong nghiên cứu này.”

Con đường phân tử tế bào liên quan đến ung thư

Những thuốc chống ung thư dựa trên nguyên tắc ức chế hoạt tính kinase mất nhiều thập kỉ để phát triển và tốn nhiều chi phí nghiên cứu, do đó việc tái sử dụng lại những thuốc hiện có (bằng việc tìm ra những phân tử mục tiêu mới) là một điều rất hấp dẫn.

Những đột biến trên RTKs được tin rằng có ảnh hưởng lớn đến sự phát triển của ung thư. Một nhóm gồm 4 receptor quan trọng: EGFR, ERBB2, ERBB3 và ERBB4, được biết tới là họ receptor tyrosine kinase ErbB, được hoạt hóa bởi yếu tố tăng trưởng biểu mô (epithelial growth factors). Những phân tử đặc biệt này có vai trò quan trọng trong sự trưởng thành và phát triển của tế bào.

Những bệnh nhân có khối u mang thụ thể ERBB bị đột biến thường có triệu chứng lâm sàng và khối u phát triển nặng hơn. Vì lý do này, những thụ thể tyrosine kinase rất được quan tâm trong cộng đồng y học như là các ứng cử viên cho sản xuất thuốc trúng đích trong nhiều loại ung thư.

Trong khi EGFR và ERBB2 cũng như ERBB3 đã được xác định như những mục tiêu điều trị quan trọng, thành viên cuối cùng của họ RTK là ERBB4 vẫn ít được biết đến. Tuy nhiên, sự quan tâm đến thụ thể này ngày càng tăng, đột biến trên ERBB4 trong vài nghiên cứu gần đây cho thấy có liên quan đến ung thư da và ung thư phổi, ERBB4 cũng biểu hiện bất thường trong ung thư vú, ung thư nguyên bào thần kinh, ung thư ruột kết và ung thư phổi không tế bào nhỏ.

Thêm vào đó, ERBB4 cũng có chức năng trong một số bệnh khác bao gồm teo cơ xơ cứng cột bên (amyotrophic lateral sclerosis) và một số bệnh rối loạn phát triển thần kinh như tự kỉ và rối loạn tâm thần phân liệt.

Tiến sĩ Rauf nói: “Chưa ai có nghiên cứu một cách bài bản về thuốc nhắm vào ERBB4. Những nhà nghiên cứu có xu hướng tập trung vào EGFR và ERBB2 bởi vì chúng là những mục tiêu hấp dẫn trong lĩnh vực ung thư. Những công bố gần đây về những đột biến được tìm thấy trên ERBB4, đặc biệt là trong ung thư phổi và ung thư da, cho thấy rằng receptor này cũng đóng một vai trò quan trọng trong sự hình thành và  phát triển của khối u”.

ERBB4, cũng như các thành viên receptor kinase khác, là một protein màng với một phần nhô ra ngoài bề mặt tế bào để bắt giữ các phân tử tín hiệu trong môi trường ngoại bào, trong khi phần nội bào của ERBB4 chứa vùng có hoạt tính kinase. Khi phân tử tín hiệu bám vào vùng ngoại bào của ERBB4 receptor, vùng nội bào có hoạt tính kinase sẽ gắn phân tử phosphate vào đuôi tyrosine, kích hoạt một loạt phản ứng của con đường truyền tín hiệu. Quá trình này được biết là quá trình phosphoryl hóa protein và đóng một vai trò quan trọng trong vô số hoạt động của tế bào bao gồm sự tăng trưởng và phát triển của ung thư, và trong nghiên cứu này, ibrutinid có thể ngăn cản quá trình này bằng việc ức chế chức năng kinase của ERBB4.

Manh mối cho điều trị ung thư

Trong nghiên cứu này, 108 phân tử protein có hoạt tính kinase khác nhau và 30 phân tử không có hoạt tính kinase được cố định trên miếng NAPPA, bao gồm cả ERBB4 và những RTKs khác. Khi array này được xử lý với ibrutinib, nó tương tác tốt với hai protein riêng biệt. Đầu tiên là BTK - mục tiêu ban đầu của thuốc, đáng ngạc nhiên là ibrutinib cũng bám vào ERBB4 với ái lực tương đương.

Những kiểm tra in vitro được thực hiện để xác nhận hoạt động của ibrutinib với ERBB4. Kết quả nghiên cứu cho thấy, lần đầu tiên, NAPPA có khả năng như một công cụ sàng lọc thuốc hữu hiệu. Kế quả xác định ibrutini là một thuốc tiềm năng để gắn với ERBB4, bước tiếp theo là kiểm tra lại bằng những thí nghiệm thực nghiệm sinh học, đầu tiên là trên những dòng tế bào biểu hiện ERBB4 và cuối cùng là trên chuột.

Trên nhiều dòng tế bào ung thư thử nghiệm, ibrutinib có khả năng ngăn cản quá trình tăng sinh. Tuy nhiên, trên một số dòng tế bào khác, lại có biểu hiện kháng thuốc. Bằng việc giải trình tự RNA, nhóm nghiên cứu tìm ra kiểu biểu hiện gen liên quan tới quá trình kháng thuốc này.

Kết quả cho thấy rằng, sự biểu hiện ở mức độ cao của WNT5A, một yếu tố hoạt hóa của con đường Wnt và biểu hiện thấp của DKK1, một yếu tố ức chế của con đường Wnt, sẽ kháng lại thuốc ức chế hoạt động kinase. Ngược lại, mức độ biểu hiện WNT5A thấp và DKK1 cao thì tế bào sẽ làm tăng tính nhạy cảm của tế bào ung thư với ibrutinib và giảm sự tăng sinh của tế bào khi được xử lý với thuốc. Những kết quả này đang được nghiên cứu trên quy mô lớn hơn, và cung cấp dấu hiệu khả quan rằng biểu hiện của WNT5A- được biết đến như một gen gây ung thư- có thể liên quan đến tình trạng kháng thuốc.

Khi những tế bào có biểu hiện ERBB4 ở mức cao và nhạy cảm với thuốc ibrutinib được chuyển vào chuột, ibrutinib có khả năng làm giảm kích thước khối u, thể hiện tiềm năng cao có thể trở thành thuốc điều trị cho những bệnh ung thư liên quan tới ERBB4.

Kết quả nghiên cứu này có giá trị lớn khi một số thử nghiệm lâm sàng trên bệnh nhân ung thư mô đặc sử dụng thuốc ibrutinib đang được thực hiện. Sự biểu hiện quá mức của ERBB4 được ghi nhận trong nhiều bệnh, bao gồm cả ung thư vú không biểu hiện estrogen, progesterone, và HER-2/neu (triple-negative breast cancer) và ung thư buồng trứng. Sự phát hiện tình trạng kháng ibrutinib sẽ giúp những bác sĩ lâm sàng giải thích được kết quả điều trị của họ và dự đoán được khi nào điều trị bằng ibrutinib sẽ thành công. Có lẽ khả năng sử dụng ibrutinib cho những con đường khác với mục tiêu ban đầu của thuốc có thể mở ra những phương pháp điều trị mới cho bệnh nhân ung thư.

Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2018/02/180205092929.htm