Lenka Trnková skúma rakovinu prsníka. Zisťuje, prečo pri niektorých pacientoch liečba zlyháva

Nádorové bunky získavajú rezistenciu nielen voči chemoterapeutikám, ale podliehajú aj zmenám v génoch.

Doktorka Lenka Trnková z oddelenia molekulárnej onkológie Biomedicínskeho centra Slovenskej akadémie vied, v. v. i., skúma nádory, ktoré odolávajú známym chemoterapeutikám. Spolu s vedeckým tímom zistila, že nádorové bunky, ktoré získavajú rezistenciu voči chemoterapeutickému liečivu paklitaxel, podliehajú okrem genetických zmien aj rozsiahlym zmenám metylácie DNA. Chemické modifikácie DNA rozhodujú o tom, ktoré gény sú zapnuté a ktoré vypnuté. Ak sú tieto vzorce nastavené odlišným spôsobom, niektoré dôležité gény sa vypnú a iné sa, naopak, aktivujú. V nádorových bunkách to môže viesť k tvorbe bielkovín, ktoré im pomáhajú prežiť liečbu.

Odolnosť rakovinotvorných buniek je náhodná

Ako vôbec vzniká rezistencia nádorových buniek voči chemoterapeutikám?

Poznáme dva základné typy rezistencie. Primárnu, ktorá je prítomná ešte pred vystavením nádorových buniek liečbe, a sekundárnu, ku ktorej dôjde až po vystavení buniek danému liečivu. K rezistencii dochádza najmä pre rôzne zmeny v nádorových bunkách, napríklad pre mutácie, na základe ktorých sa vyselektujú odolnejšie klony buniek. Tieto sa ďalej rozrastajú, a tak sa ochorenie rozširuje a postupuje ďalej.

Opísali ste bunkové línie rezistentné voči chemoterapeutickým liečivám paklitaxel a doxorubicín. Ako tieto liečivá fungujú?

Paklitaxel narúša funkciu mikrotubulov, teda vlákien, ktoré sú súčasťou vnútornej kostry buniek, a zohrávajú dôležitú úlohu pri bunkovom delení. Doxorubicín sa zasúva medzi časti DNA, blokuje enzým topoizomerázu II a tvorí reaktívne kyslíkové radikály, čím narúša replikáciu, teda kopírovanie DNA a spôsobuje jej poškodenie.

Prečo časom prestáva byť chemoterapia účinná?

To je práve dôsledok vzniku rezistencie. Nádor tvorí rôznorodá populácia nádorových buniek, niektoré z nich môžu byť na liečbu menej citlivé a ďalej sa množia. Rakovinové bunky sú zároveň geneticky nestabilné, čo prispieva k ich väčšej variabilite a rôznorodosti. Nádorové bunky sú veľmi plastické, čiže majú schopnosť zmeniť svoje vlastnosti v reakcii na vnútorné alebo vonkajšie podmienky. To im umožňuje prispôsobiť sa a odolávať liečbe.

Bunky sa stávajú rezistentnými voči liečivám najmä vtedy, keď zmutujú alebo sa prispôsobia danému lieku. Sú schopné opraviť sa aj po zničení liečivou látkou a rýchlejšie sa rozmnožia. Dokážeme túto rezistenciu nejakým spôsobom vopred predpovedať?

Do určitej miery áno. Niektoré biologické ukazovatele sú prítomné v bunke ešte pred podaním liečiva a umožňujú predpovedať rezistenciu. Môžu to byť určité mutácie či nestabilné genetické informácie. K viacerým zmenám spôsobujúcim odolnosť rakovinových buniek však dochádza až v procese liečby. Mnohé z nich pritom vznikajú náhodne a je ťažšie ich predvídať. Veľa štúdií sa preto zameriava aj na to, aby sa zlyhávanie liečby dalo zachytiť čím skôr.

Epigenetika ovplyvňuje správanie našich buniek

Váš výskum ukazuje, že nádorové bunky, ktoré získavajú rezistenciu voči chemoterapeutickému liečivu paklitaxel, podliehajú nielen genetickým zmenám, ale aj rozsiahlym zmenám metylácie DNA. Viete nám laicky vysvetliť, čo je metylácia DNA?

Ide o epigenetický proces, ktorý ovplyvňuje aktivitu génov bez toho, aby došlo k zmene v samotnej genetickej informácii, čiže v sekvencii DNA. Môžeme si ju predstaviť ako písmená či text, pričom epigenetické procesy ovplyvňujú to, ako dokážeme tento text prečítať.

Pri metylácii DNA dochádza na určitých miestach k pripájaniu chemických značiek nazývaných metylové skupiny, ktoré ovplyvňujú aktivitu génu. Zjednodušene platí, že v prítomnosti týchto chemických značiek často dochádza k zníženiu aktivity, respektíve k vypnutiu génov. Pri ich absencii sa gény, naopak, zapínajú.

Ako tento proces vplýva na liečbu rakoviny?

Metylácia DNA môže ovplyvňovať aktivitu génov, ktoré sú kľúčové pre účinnosť liečby. Príkladom môže byť utlmenie aktivity génov pre hormonálne receptory, čo môže mať za následok, že pacientka neodpovedá na hormonálnu terapiu.

Dokážeme ovplyvniť tieto procesy?

Epigenetické zmeny sú reverzibilné, to znamená, že je možné ich čiastočne ovplyvniť. V prípade nádorov je však situácia zložitá. Keďže rezistencia je komplikovaný proces, na ktorom sa podieľa viacero mechanizmov, je ťažké ovplyvniť ju prirodzenými spôsobmi. Zdravá životospráva však môže podporiť celkové zdravie nášho organizmu a zároveň pôsobí ako prevencia onkologických ochorení. Práve prevencia je efektívnym nástrojom v boji proti onkologickým ochoreniam.

Kedy a prečo dochádza k takýmto zásadným zmenám ovplyvňujúcim liečbu?

K zmenám v metylácii DNA dochádza už od začiatku tvorby nádoru a postupne sa vyvíjajú spoločne s ochorením.

Akú funkciu má metylácia DNA v zdravom tele?

Metylácia DNA, podobne ako všetky epigenetické procesy, je veľmi dôležitá pre správne fungovanie nášho organizmu. Má významnú funkciu napríklad pri embryonálnom vývoji, keď sa tvoria orgány a tkanivá a pri špecializácii buniek do rôznych typov – kožných, svalových buniek či neurónov. Aj keď bunky v našom tele nesú rovnakú genetickú informáciu, ich prejav a funkcia sú čiastočne regulované práve týmito epigenetickými procesmi.

Dokážeme už od narodenia zisťovať, či sa u človeka časom rozvinie onkologické ochorenie?

Momentálne neviem o tom, že by sme na základe metylácie DNA vedeli onkologické ochorenia predpovedať už od narodenia. V súčasnosti je však možné odhaliť vrodené genetické predispozície, ktoré zvyšujú riziko vzniku rakoviny. V prípade rakoviny prsníka je často spomínaná mutácia v géne BRCA1. Väčšina prípadov rakoviny prsníka je však sporadická, to znamená, že nevzniká pre zdedenú predispozíciu.

Kedy sa tieto zmeny stávajú nebezpečnými pre pacienta s rakovinou?

Už pri vzniku ochorenia dochádza k vypínaniu génov, ktoré za normálnych okolností bránia nekontrolovateľnému rastu nádoru. Môžu sa však aktivovať aj gény, ktoré ho, naopak, podporujú. Tieto zmeny metylácie DNA teda prispievajú k progresii a šíreniu ochorenia.

Proteíny pôsobia ako pumpy a dostanú liečivo von z bunky

Dokázali by sme v budúcnosti ovplyvniť aktiváciu a deaktiváciu génov takým spôsobom, aby bola liečba čo najúčinnejšia?

V súčasnosti sa skúmajú rôzne prístupy využitia liečiv, ktoré ovplyvňujú epigenetické procesy vrátane metylácie DNA. Testujú sa aj ich kombinácie so štandardnou protinádorovou liečbou. Tieto prístupy však majú aj určité výzvy, napríklad ich nešpecifické pôsobenie. To znamená, že okrem nádorových buniek ovplyvňujú aj tie zdravé a pôsobia na veľký počet génov naraz.

Tieto chemické modifikácie DNA rozhodujú o tom, ktoré gény sú zapnuté a ktoré vypnuté. Ako zapínanie a vypínanie génov ovplyvňuje liečbu nádoru?

Na rozdiel od genetických zmien sú epigenetické zmeny vrátane metylácie DNA zvrátiteľné. To znamená, že ich dokážeme terapeuticky ovplyvniť. V prípade metylácie DNA existujú liečivá alebo látky, ktoré ju dokážu znížiť. Tým sa dokážu napríklad aktivovať gény, ktoré bránia rastu nádorových buniek alebo napomáhajú ich rozpoznaniu imunitným systémom. Vplyvom nešpecifického účinku však môže dôjsť k nepriaznivým účinkom. Využitie takýchto liečiv v klinických skúškach pri solídnych nádoroch, ako je aj rakovina prsníka, však neprinieslo jednoznačné výsledky a v bežnej praxi sa zatiaľ nevyužívajú.

Dokázali by sme vďaka týmto procesom predísť tomu, aby chemoterapia zabíjala aj zdravé bunky?

Chemoterapia cieli na rýchlo sa deliace bunky. Väčšinou ide o nádorové bunky, ale patria medzi ne aj niektoré zdravé bunky a zatiaľ nie je možné ich poškodeniu úplne zabrániť. Poznanie epigenetických zmien v nádorových bunkách nám však potenciálne môže pomôcť zlepšiť efektivitu liečby. Okrem epigenetických zmien existujú spôsoby, ako zacieliť na nádorové bunky, napríklad prostredníctvom markerov na ich povrchu. V praxi sa využívajú chemoterapeutické liečivá zabalené v lipozomálnych časticiach, ktoré sa dokážu v nádore akumulovať vo vyššej miere, a zároveň majú nižšie nepriaznivé účinky na zdravé tkanivá.

Akými najčastejšími spôsobmi sa rakovinové bunky stávajú odolnými voči chemoterapii?

Záleží od typu chemoterapie, keďže rôzne typy chemoterapie majú rozdielne mechanizmy účinku. Medzi časté spôsoby odolnosti rakovinových buniek voči chemoterapii patrí rýchlejší metabolizmus liečiva alebo jeho rýchlejšie odbúravanie. Častým mechanizmom je aj aktívne vypumpovanie látky von z bunky, čo sa môže podieľať na rezistencii voči viacerým typom liečiv.

Ako spomenuté faktory ovplyvňujú účinok liečiva?

Napríklad sa môže zvýšiť hladina proteínov, ktoré spôsobujú vypumpovávanie liečiva von z bunky. Tým v bunke dochádza k zníženej koncentrácii tohto liečiva, takže ho nie je dostatok na to, aby rakovinovú bunku úspešne zničilo.

Aké sú ďalšie možnosti liečby pri rezistencii voči liečivu?

Ak liečba nie je efektívna, pacientovi sa nasadia ďalšie línie terapie. Vhodné možnosti liečby určí lekár, ktorý zohľadňuje typ a štádium ochorenia, vlastnosti a molekulárne charakteristiky nádoru, predošlú liečbu a celkový zdravotný stav pacienta.

Majú vlastnosti skutočného nádoru

Zaznamenali ste odpovede na zlepšenie liečby v predklinických modeloch. Ako bude pokračovať váš výskum a ako dlho bude trvať, kým sa výskum dostane k pacientkam?

Náš výskum prebiehal v laboratórnych podmienkach na predklinických modeloch. Takéto predklinické modely majú trochu iné vlastnosti a nemusia presne rekapitulovať skutočnú situáciu v tele pacienta. Na to, aby boli niektoré z týchto výsledkov využiteľné v praxi, by bolo potrebné realizovať ešte veľa ďalších experimentov. Nateraz naše výsledky skôr slúžia na lepšie pochopenie procesov podieľajúcich sa na vzniku rezistencie voči liečbe. Vo všeobecnosti však platí, že aplikácia takýchto poznatkov do praxe si vyžaduje dlhotrvajúci výskum a klinické skúšky, čo môže trvať aj viac než desať rokov.

Zameriavali ste sa aj na vytvorenie organoidov z rakoviny prsníka. V čom spočíva ich najväčšia výhoda?

Ide o bunkový model, ktorý je odvodený z nádorových buniek z tkaniva pacienta, ktoré sa následne kultivujú v laboratórnych podmienkach. Výhodou organoidov je, že si zachovávajú charakteristiky pôvodného nádoru, napríklad konkrétne mutácie génov, podtypy ochorenia alebo molekulárne charakteristiky. Aj v prípade rovnakého podtypu ochorenia sa totiž jednotlivé nádory v určitých vlastnostiach líšia. Organoidy sú vhodným modelom na štúdium rakoviny práve preto, lebo nám umožňujú lepšie pochopiť ochorenie u konkrétnych pacientov, a teda preskúmať rôzne typy nádorov. To prináša oveľa relevantnejšie výsledky.

Ako vznikajú organoidy?

Časť tkaniva sa spracuje pomocou enzýmov a následne sa izolované nádorové bunky kultivujú v prostredí pripomínajúcom medzibunkovú hmotu v podobe malých kvapôčok.

Dlhodobo ste skúmali rezistenciu rakovinotvorných buniek prsníka, teraz ste sa zamerali na rakovinu pankreasu. Prečo?

Pripojila som sa k výskumnej skupine doktorky Boženy Smolkovej. Jednou z jej hlavných výskumných tém je rakovina pankreasu a epigenetické procesy sprevádzajúce tento typ ochorenia. Rakovina pankreasu je veľmi ťažko liečiteľné ochorenie a väčšinou je diagnostikované veľmi neskoro. Prostredníctvom výskumu sa preto sa snažíme zlepšiť liečbu alebo rýchlejšie diagnostikovať toto ochorenie.

Rakovina pankreasu je agresívny typ rakoviny. Prečo sa tak rýchlo šíri?

Jednou z hlavných príčin je neskorá diagnostika. Pri všetkých onkologických ochoreniach platí, že čím neskôr ich diagnostikujeme, tým je ťažšie ich liečiť.

Je možné toto ochorenie zistiť aj v rámci pravidelných preventívnych prehliadok?

Žiaľ, skríningové testy na skorú diagnostiku rakoviny pankreasu ešte nie sú dostupné. Je to však jedna z oblastí, ktorej sa súčasný výskum intenzívne venuje. Rakovina pankreasu sa prejavuje nenápadne a často nešpecifickými príznakmi. Pacienti by mali spozornieť pri príznakoch, ako je dlhodobá bolesť brucha, chudnutie, problémy s trávením, žltačka či novo diagnostikovaná cukrovka.

(RR)