Работы, принесшие Азизу Санджару Нобелевскую премию: механистическая репарация ДНК
В этой статье
7 октября 2015 года Шведская королевская академия наук объявила, что Нобелевская премия по химии этого года присуждена трем ученым: Томас Линдаль, Пол Модрич и Азиз Санджар. Обоснование состояло из одного предложения: «За механистические исследования репарации ДНК». Эта статья рассказывает, что стоит за этой фразой, что именно открыл Азиз Санджар и как это открытие сегодня отражается в лечении рака.
ДНК не является стабильной молекулой. По выражению из церемониальной речи Нобелевского комитета, спонтанные химические процессы ежедневно создают в геноме клетки тысячи потенциально разрушительных повреждений . К ним добавляются ультрафиолетовое излучение, химические канцерогены и ошибки копирования при каждом делении клетки. Мы продолжаем существовать благодаря тому, что клетки постоянно исправляют эти повреждения.
Присуждение премии трем ученым не случайно. Каждый из них раскрыл отдельный механизм репарации — они не разделили одно открытие, а прояснили три разные взаимодополняющие системы. Линдаль раскрыл эксцизионную репарацию оснований, Модрич — репарацию ошибочно спаренных оснований, а Санджар — нуклеотидную эксцизионную репарацию . Общее для всех троих — они не ограничились утверждением «репарация существует», а показали какой белок, в какой последовательности и что делает на молекулярном уровне. Именно это означает слово «механистические» в обосновании Нобелевской премии.
| Премия | Нобелевская премия по химии 2015 года |
|---|---|
| Официальное обоснование | «за механистические исследования репарации ДНК» — за механистические исследования репарации ДНК |
| Объявление | 7 октября 2015 |
| Церемония | 10 декабря 2015, Стокгольм |
| Лауреаты | Томас Линдаль (род. 1938, Стокгольм) · Пол Модрич (род. 1946, Ратон, Нью-Мексико) · Азиз Санджар (род. 8 сентября 1946, Савур, Мардин) |
| Учреждения | Институт Фрэнсиса Крика / Clare Hall (Линдаль) · Медицинский институт Говарда Хьюза и Университет Дьюка (Модрич) · Университет Северной Каролины в Чапел-Хилле (Санджар) |
| Размер премии | 8 миллионов шведских крон, разделены поровну на троих |
| Нобелевская лекция Санджара | 8 декабря 2015 — «Механизмы репарации ДНК фотолиазой и эксцизионной нуклеазой» |
Три механизма, три разные проблемы
Повреждения ДНК различаются. Самопроизвольное разрушение основания, включение неправильной буквы при копировании и соединение двух соседних оснований ультрафиолетом — три разные проблемы, которые клетка решает тремя разными командами.
| Механизм | Какие повреждения исправляет? | Кто раскрыл? |
|---|---|---|
| Эксцизионная репарация оснований эксцизионная репарация оснований |
Самопроизвольное химическое изменение отдельного основания — например, превращение цитозина в урацил | Томас Линдаль 1974: фермент урацил-ДНК-гликозилаза |
| Репарация ошибочно спаренных оснований репарация ошибочно спаренных оснований |
Включение неправильной буквы при копировании | Пол Модрич 1989: метильные группы указывают, какая цепь правильная |
| Нуклеотидная эксцизионная репарация нуклеотидная эксцизионная репарация |
Объемные повреждения, искажающие спиральную структуру ДНК: тиминовые димеры, созданные УФ, аддукты химических канцерогенов, аддукты цисплатина | Азиз Санджар 1983: механизм двойного разреза белками UvrA, UvrB и UvrC |
Эффективность раскрытой Модричем репарации ошибочно спаренных оснований можно описать числом: эта система уменьшает частоту ошибок при копировании ДНК примерно в тысячу раз — по выражению церемониальной речи Нобелевской премии, исправляет %99,9 ошибок . О молекулярных основах наследственности можно прочитать об опытах Менделя с горохом, а о технической истории считывания и размножения ДНК — нашу статью о ПЦР можно прочитать.
Что именно открыл Санджар?
Система, раскрытая Азизом Санджаром, — наиболее универсальная команда клеточной репарации. Нуклеотидная эксцизионная репарация занимается не химическим изменением одного основания, а объемными повреждениями, искажающими форму спирали ДНК : образующимися при соединении ультрафиолетом двух соседних тиминов тиминовыми димерами: химическими фрагментами, которые канцерогены табачного дыма присоединяют к ДНК, и — что особенно важно для лечения рака — аддуктами, оставляемыми в ДНК препаратами платины, такими как цисплатин.
Санджар сумел эту систему воссоздать в бактерии. В 1982 году он полностью воспроизвел репарацию в пробирке с очищенными белками и опубликовал результат в 1983 году. Выявленный механизм выглядел так:
Рисунок 1 · Нуклеотидная эксцизионная репарация — механизм, раскрытый Санджаром
Этапы приведены для бактериальной системы (UvrA, UvrB, UvrC); у человека та же логика реализуется большим числом белков. Длина удаляемого фрагмента у этих организмов различается; различие указано в рамке ниже.
Почему он работал с бактериями? Это повторяющийся сюжет нобелевской биологии: чтобы понять сложную человеческую систему, сначала находят ее простейшую форму. Сведение репарации у бактерии к трем белкам дало карту для раскрытия человеческой системы с десятками белков. Та же стратегия при открытии CRISPR-Cas9 тоже сработала — защита бактерий от вирусов сегодня превратилась в инструмент редактирования генома человека.
От Савура до Стокгольма: хронология
Путь Санджара — один из самых необычных маршрутов в истории науки. Даты ниже взяты из его нобелевской автобиографии и официальных документов.
В этой хронологии есть деталь, которую легко упустить: когда Санджар начал работу, приведшую к Нобелевской премии, он был постдокторантом и перешел в фундаментальную науку в возрасте за тридцать после двух лет провинциальной врачебной работы в Турции. Это конкретный пример против убеждения, что научная карьера должна развиваться «в правильном возрасте, в правильном порядке». Открытие, принесшее премию, было признано через тридцать два года после самого открытия — типичный промежуток, показывающий расстояние между открытием и наградой в фундаментальной науке.
Метод Maxicell: исправим распространенную ошибку
При упоминании Санджара часто повторяют фразу: «Очистив ферменты, участвующие в репарации ДНК, он разработал названный maxicell метод очистки ». Эту фразу следует исправить в двух местах.
Во-первых: maxicell не является методом очистки. Метод служит для того, чтобы в бактериях, несущих плазмиды, определить, какой белок кодируется плазмидой . Логика такова: recA и uvrA несущие мутации — то есть неспособные восстанавливать свою ДНК — E. coli клетки подвергаются воздействию ультрафиолета. Собственная хромосома бактерии разрушается, а меньше повреждающаяся благодаря небольшому размеру плазмидная ДНК выживает и размножается. Затем добавляют меченую аминокислоту; поскольку в клетке могут образовываться только плазмидные белки, метятся лишь они. Таким образом, метод белки не разделяет, а белки идентифицирует.
Во-вторых: для утверждения «до сих пор используется многими исследователями» источник не найден. Проверяемое и необходимое утверждение таково: согласно нобелевской автобиографии самого Санджара, статья о maxicell — самая цитируемая публикация его карьеры (Sancar A, Hack AM, Rupp WD, Journal of Bacteriology, 1979).
Третья деталь: эта работа выполнена не в лаборатории его научного руководителя Клода Руперта в Далласе, а у У. Дина Раппа в Йеле в лаборатории. Руперт относится к периоду фотолиазы, а Рапп — к периоду эксцизионной репарации.
Это исправление не является незначительной деталью. Понимание того, зачем Санджар разработал maxicell, объясняет, как стало возможно главное открытие: после клонирования генов uvrA, uvrB и uvrC ему нужно было увидеть, какие именно белки эти гены производят. Maxicell обеспечил именно это — после идентификации белки можно было очистить и собрать вместе в пробирке. Метод был инструментом открытия, а не самим открытием.
Фотолиаза: первая любовь Санджара, фермент, которого у нас нет
Научная история Санджара на самом деле начинается с другого фермента. Его научный руководитель Клод Руперт в 1958 году фотолиазу открыл — фермент с необыкновенной способностью: он связывается с тиминовым димером, созданным ультрафиолетом, и с помощью энергии синего света устраняет димер на месте. Без разрезания, удаления и перезаписи — восстановление одним этапом. Санджар клонировал ген этого фермента в 1975 году.
Прошло восемнадцать лет, и на этот раз Санджар со своей группой показал: у человека нет фотолиазы.
Рисунок 2 · Два пути исправления УФ-повреждений — и какой отсутствует у человека
В работе Санджара и его группы 1993 года, E. coli, в экстрактах дрожжей и гремучей змеи фотолиазу легко обнаружили, но в человеческих клетках — нет. Чувствительность метода позволяла выявлять даже 10 молекул на клетку.
Здесь есть прекрасный пример научной честности: исследование, показавшее отсутствие у человека фермента, прославившего его в начале карьеры, Санджар в собственной лаборатории провел и опубликовал. Применение исследований фотолиазы к человеку пришло с другой стороны: родственные представители этого семейства ферментов у млекопитающих криптохромами называются и настраивают биологические часы. Отсюда возникло второе важное направление исследований Санджара, напрямую связанное со временем проведения химиотерапии; мы рассмотрели его в статье о циркадном ритме и химиотерапии рассмотрели.
Что происходит при нарушении репарации? Два заболевания, два урока
Самый прямой способ понять значение репарации ДНК — посмотреть на людей с ее врожденными нарушениями. Здесь два заболевания служат своего рода оценкой двух разных систем репарации.
Пигментная ксеродерма — нарушение пути Санджара
Пигментная ксеродерма — нуклеотидной эксцизионной репарации редкое заболевание с генетическим дефектом. То есть механизм, описанный на рисунке 1, не работает. Последствия сами по себе показывают жизненную важность этой системы.
| При пигментной ксеродерме | По сравнению с общей популяцией | Возраст появления |
|---|---|---|
| Немеланомный рак кожи (базальноклеточный и плоскоклеточный) | Более чем в 10.000 раз риск | Медиана 9 лет — примерно на 60 лет раньше |
| Меланома | Более чем в 2.000 раз риск | Медиана 22 года — более чем на 30 лет раньше |
| Опухоли внутренних органов | В 34 раза риск | Примерно на 50 лет раньше |
Медиана продолжительности жизни этих пациентов при наличии неврологических проявлений составляет 29 лет, при их отсутствии — 37 лет. Эти цифры говорят о следующем: ультрафиолетовое повреждение от солнца, даже если мы его не замечаем, каждый день происходит, и существует система, ежедневно его исправляющая. Когда она не работает, рак, который обычно возник бы через шестьдесят лет, появляется в девять лет. О симптомах и стадиях меланомы в нашей отдельной статье можно посмотреть.
Синдром Линча — нарушение пути Модрича
Наличие наследственного дефекта одного из генов, обеспечивающих репарацию ошибочно спаренных оснований (MLH1, MSH2, MSH6, PMS2 или EPCAM), означает синдром Линча . Это наиболее частая причина наследственного колоректального рака.
| Ген | Риск колоректального рака до 70 лет | Риск рака эндометрия до 70 лет |
|---|---|---|
| MLH1 | %46 (мужчины) / %44 (женщины) | %35 |
| MSH2 | %46 (мужчины) / %42 (женщины) | %46 |
| MSH6 | %12 (мужчины) / %20 (женщины) | %41 |
| PMS2 | %3 | %12–13 |
| EPCAM | %75 | %12 |
При чтении этой таблицы следует учитывать два момента. Во-первых, эти показатели «до 70 лет», а не «за всю жизнь» рассчитаны; это разные понятия. Во-вторых — и это наиболее полезная в клинике информация — риск сильно зависит от гена. У носителя MLH1 или MSH2 медианный возраст развития колоректального рака составляет 44 года , тогда как у носителей PMS2 этот возраст 61–66 лет и риск значительно ниже. «Синдром Линча» — не единая картина: пораженный ген меняет частоту наблюдения и решение о профилактической операции. Как определяют интервал между колоноскопиями, в нашей отдельной статье, а решение о профилактической операции у людей с наследственным риском — в нашей статье о BRCA рассмотрели.
Два заболевания дают один урок: рак часто возникает не потому, что «ДНК повредилась», а потому, что повреждение не исправлено . Повреждения и так возникают постоянно — мутации неизбежны. Возникновение рака определяет не само повреждение, а равновесие между повреждением и репарацией. Этот баланс о том, как повреждение ДНК влияет на канцерогенез, подробно рассматривается в нашей статье.
Главное противоречие: и сохранять репарацию, и блокировать ее
По мере понимания репарации ДНК неизбежно возникает вопрос. Раковые клетки тоже используют репарацию ДНК — даже больше здоровых, поскольку им приходится постоянно устранять повреждения от быстрого деления. Значит, блокирующий репарацию препарат может убить опухоль. Но тот же препарат заблокирует репарацию и в здоровых клетках.
Это классическая проблема онкологической фармакологии, называемая терапевтическим окном: диапазоном, в котором препарат повреждает опухоль, но не пациента. Для путей репарации это окно очень узкое. Как удалось преодолеть это противоречие?
Ответ — идея, называемая «синтетическая летальность» (synthetic lethality). Логика такова: при потере каждого из двух отдельных генов по отдельности клетка продолжает жить, но при одновременной потере обоих клетка погибает. Если опухолевая клетка один из этих дефектов уже имеет, выключение второго препаратом убивает только эту клетку — в здоровой клетке оба пути сохранны, поэтому препарат переносится. Иными словами, избирательность препарата определяется не самим препаратом, а дефектом, который уже имеется у опухоли обусловлена.
Рисунок 3 · Синтетическая летальность: почему ингибиторы PARP убивают только некоторые опухоли?
PARP участвует в репарации одноцепочечных разрывов. Гены BRCA входят в путь исправления двуцепочечных разрывов посредством «гомологичной рекомбинации». Схема показывает четыре возможные комбинации этих двух путей.
Эта идея — наиболее наглядный пример превращения нобелевской фундаментальной науки в клиническую практику. Без путей, картированных Линдалем, Модричем и Санджаром, мы не знали бы, какой путь отсутствует в какой опухоли, а значит, какой препарат кому назначать. Отсюда возник один из самых конкретных примеров персонализации лечения рака сегодня.
Что есть в клинике сегодня? Конкретные применения
Фраза «фундаментальная наука когда-нибудь пригодится» обычно остается абстрактной. Здесь это конкретика. Все перечисленное ниже возникло из картирования путей репарации ДНК и представляет собой одобренные сегодня методы лечения.
1. Иммунотерапия опухолей с дефектом репарации
Опухоли с нарушенной репарацией ошибочно спаренных оснований (dMMR) или высокой микросателлитной нестабильностью (MSI-H) накапливают множество мутаций из-за ошибок, которые не способны исправить. Эти мутации создают чужеродные фрагменты белков, делая опухоль «видимой» для иммунной системы.
23 мая 2017 года — поворотный момент в истории противораковых препаратов. FDA одобрило пембролизумаб независимо от органа происхождения опухоли, при единственном условии наличия MSI-H/dMMR. По выражению самого FDA, «это первое одобрение FDA, независимое от ткани/локализации». Впервые противораковый препарат одобрили на основании не типа рака, а его молекулярного дефекта . Одобрение основывалось на данных 5 одногрупповых исследований, включавших 149 пациентов : частота ответа составила %39,6, среди ответивших у %78 ответ продолжался не менее 6 месяцев. Ускоренное одобрение 28 марта 2023 года в полное одобрение было преобразовано.
Самый яркий пример этого подхода наблюдался при раке прямой кишки. Пациентам с местнораспространенным раком прямой кишки и нарушением репарации ошибочно спаренных оснований вместо операции, лучевой и химиотерапии назначали только достарлимаб (в течение 6 месяцев каждые 3 недели) назначали. На момент публикации среди поддававшихся оценке 14 пациентов у 14 получен клинический полный ответ ; никому не потребовались химиотерапия, лучевая терапия или операция, побочных эффектов степени 3–4 не наблюдалось.
Этот результат впечатляет, но его не следует преувеличивать — это наше предостережение. Число оцененных пациентов составляет 14, а на момент публикации медиана наблюдения составляла 6,8 месяца. Рецидивы рака прямой кишки могут возникать спустя годы. Кроме того, этот подход применим только при dMMR таких опухолях; большинство случаев рака прямой кишки к этой группе не относится. Новости с заголовком «Лечение рака прямой кишки без операции» обычно опускают эти два условия. В нашей статье о колоректальном раке можно найти общую схему лечения заболевания.
2. Препараты, нацеленные на дефект репарации: ингибиторы PARP
Клиническое воплощение идеи синтетической летальности, показанной на рисунке 3, — ингибиторы PARP. Первое одобрение этого класса в США 19 декабря 2014 года получил олапариб : для пациентов с распространенным раком, получивших три и более линии химиотерапии и имеющих наследственную мутацию BRCA, яичников — посредством ускоренного одобрения.
За десять лет это единственное показание распространилось на многие виды рака. Среди показаний в актуальной инструкции олапариба — распространенный рак яичников (поддерживающее лечение первой линии и рецидива), сочетание с бевацизумабом при HRD-положительном раке яичников, HER2-отрицательный рак с мутацией BRCA молочной железы (как ранней стадии, так и метастатический), поддерживающее лечение метастатического рака с мутацией BRCA поджелудочной железы и метастатический кастрационно-резистентный рак с мутацией BRCA/HRR предстательной железы имеются.
Наиболее убедительные доказательства получены в исследовании раннего рака молочной железы OlympiA . Пациенты с наследственной мутацией BRCA и ранним раком молочной железы высокого риска — 1.836 пациентов— после стандартного лечения получали олапариб или плацебо в течение года:
| OlympiA — результаты за 3 года | Олапариб | Плацебо |
|---|---|---|
| Выживаемость без инвазивной болезни | %86,1 | %77,3 |
| Выживаемость без отдаленной болезни | %88,0 | %81,0 |
| Общая выживаемость | %92,0 | %89,1 |
Разница в общей выживаемости 3,8 пункта, отношение рисков 0,68 (p=0,009). Здесь относительную и абсолютную разницу следует рассматривать вместе: относительное снижение риска на %32за три года абсолютному выигрышу 3,8 пункта соответствует. Оба показателя верны; выбранный показатель определяет тон новости. На основании этих данных FDA олапариб 11 марта 2022 года одобрило в качестве адъювантной терапии раннего рака молочной железы высокого риска с мутацией BRCA.
3. И реалистичная сторона вопроса
Проблема терапевтического окна не решена на бумаге. В инструкции олапариба миелодиспластический синдром и острый миелоидный лейкоз указаны в предупреждении: в объединенных данных частота составляет %1,2 (среди 2.219 пациентов 26 случаев) и из этих 26 случаев %54 закончились смертью. Средний срок появления — примерно после двух лет лечения. Есть важный смешивающий фактор: все эти пациенты ранее получали препараты платины или другую повреждающую ДНК терапию, поэтому неясно, какая часть риска связана с ингибитором PARP. Действительно, метаанализ 23 рандомизированных исследований, включавший 8.857 пациентов , выявил частоту вторичного рака %0,9 против %0,7 и разница не оказалась статистически значимой. Оба результата верны, и сообщать их следует вместе.
Новые классы препаратов, нацеленных на пути репарации, сталкиваются с той же проблемой. Ингибитор WEE1 адавоcертибв исследовании фазы 2 при рецидивирующей серозной карциноме матки показал частоту ответа %26 — препарат действовал. Но у пациентов в %60,6 случаев возникли побочные эффекты степени 3 и выше и разработка препарата не была продолжена. Ингибитор ATR цераласертиб и другие кандидаты все еще находятся на стадии клинической разработки; при подготовке этой статьи не найдено одобрения FDA ни для одного препарата, нацеленного на ATR, ATM, WEE1 или DNA-PK.
Итог: идея воздействия на репарацию ДНК работает, но лишь когда известно, какой путь репарации нарушен в опухоли. Слепое воздействие наталкивается на токсичность, как в примере адавоcертиба. Это возвращает нас к главному уроку Нобелевской премии: без знания механизма невозможно разрабатывать препараты.
Второе направление: есть ли у репарации часы?
Исследования фотолиазы Санджара привели к неожиданному направлению. Родственные фотолиазе белки у млекопитающих — криптохромы — не воспринимают свет для восстановления ДНК, а вместо этого биологические часы настраивают. Исходя из этого, лаборатория Санджара задала вопрос: если белки часов и репарации родственны, может ли сама репарация меняться в течение суток?
Ответ оказался положительным. Один из результатов лаборатории таков: мыши, подвергнутые УФB-излучению утром , по сравнению с мышами, получившими ту же дозу вечером , к развитию инвазивного рака кожи примерно в четыре раза более склонны оказались. Та же группа у мышей, получавших цисплатин, картировала репарацию платиновых аддуктов по всему геному с разрешением до отдельного нуклеотида через каждые четыре часа в течение суток.
Для переноса этих данных на человека есть два серьезных препятствия, которые обычно упускают, — это наше предостережение. Во-первых, результаты на мышах получены. Во-вторых, что важнее, мыши — ночные животные: их «утро» и наше утро биологически не являются одной фазой. Поэтому прямые выводы вроде «не загорайте утром, загорайте вечером» или «получайте химиотерапию в такой-то час» из этих данных сделать нельзя. Сама идея — репарация зависит от времени суток — обоснована и заслуживает проверки у человека, но практические советы давать пока рано. Эту тему в статье о правильном времени химиотерапии мы подробно рассмотрели.
Та же осторожность нужна в отношении других новостей, распространяемых под именем Санджара. В Турции одна его работа получила резонанс под заголовком «открытие, которое поможет бросить курить»; что на самом деле показала эта работа, в отдельной статье мы изучили. Любовь к ученому в его стране прекрасна, однако, превращаясь в преувеличение его результатов, она больше всего вредит самому ученому.
XR-seq: составляется карта репарации
Разработанный Санджаром в 2015 году XR-seq метод обозначает переход от механизма к карте. Его идея изящна: при исправлении повреждения человеческая клетка удаляет фрагмент примерно из 30 нуклеотидов . Если собрать и секвенировать эти фрагменты, можно увидеть, какое место генома, когда и с какой интенсивностью исправляется с разрешением до отдельного нуклеотида.
Через год тот же метод применили к цисплатину и получили интересный результат: повреждения цисплатином по геному распределяются почти равномерно, но репарация распределяется совсем не равномерно — сильно различается в зависимости от транскрипционного состояния и структуры хроматина. Следовательно, мутационную нагрузку гена определяет не степень его повреждения, а насколько хорошо он восстанавливается. Почему важно, где в геноме накапливаются мутации, в отдельной статье мы ранее рассмотрели.
Комментарий Академии DROZDOGAN
История Азиза Санджара в Турции чаще всего распространяется как повествование о национальной гордости . Однако самое ценное в другом: врач после двух лет работы в провинции в возрасте за тридцать переходит в фундаментальную науку и механизм, который принесет премию через тридцать лет, воссоздает в пробирке. Это история не о национальности, а о методе.
⚡ Почему это важно
Потому что большая часть того, что сегодня называют персонализированным лечением в онкологии, происходит из путей, картированных этими тремя учеными. Иммунотерапия опухоли MSI-H, ингибитор PARP при мутации BRCA, ранний скрининг при синдроме Линча — все это было бы невозможно без знания того, какие белки и как осуществляют репарацию. Самый конкретный ответ на вопрос «какая польза от фундаментальной науки» — седьмой раздел этой статьи.
✅ Сильная сторона
Работа Санджара относится к самому сложному виду биологии: процесс разобрать на части и собрать заново. Если механизм можно полностью запустить в пробирке с очищенными белками, значит, он действительно понят. Это доказательство, а не предположение. Кроме того, двойной разрез оказался результатом, которого прежде никто не предсказывал, — поэтому фермент получил название «эксцинуклеаза» именно по этой причине.
⚠️ На что следует обратить внимание
В популярном изложении распространены три ошибки. Первая: «Санджар открыл репарацию ДНК» — нет; идея репарации существовала с 1950-х годов, Санджар один механизм раскрыл, а премия за три механизма трем ученым присуждена. Вторая: описание maxicell как «метода очистки белков» — этот метод белки идентифицирует, а не очищает. Третья: прямые рекомендации человеку на основании данных мышей. Все три ошибки можно и нужно исправить; это наши выводы.
🩺 Практическое значение для пациента
Из статьи следуют три конкретных вывода. (1) Если в вашей семье был колоректальный рак или рак матки в раннем возрасте, синдром Линча следует исследовать; при носительстве меняются частота наблюдения и возраст его начала. (2) Если у вас диагностирован рак молочной железы, яичников, поджелудочной или предстательной железы, об исследовании BRCA и генов репарации спросите, обсуждалось ли оно, — результат может изменить возможность применения ингибитора PARP. (3) При раке кишечника или матки тест MSI/dMMR спросите, проводился ли он; один этот результат способен открыть путь к иммунотерапии. Все три теста сегодня доступны в Турции.
❓ Открытый вопрос
Главное препятствие для препаратов, нацеленных на пути репарации, — не сама мишень, а терапевтическим окном. Пример адавоcертиба ясно это показал: препарат поражал опухоль, но и пациента. Вероятно, расширить это окно помогут не более сильные препараты, а лучший отбор пациентов — возможность заранее определить, какого пути репарации лишена конкретная опухоль. XR-seq Санджара — первый пример такого измерения; войдет ли он в клинику, покажут ближайшие годы.
Вывод: Нобелевская премия по химии 2015 года — одна из наиболее практически значимых премий для биологии рака. Награжденные открытия относятся к 1970-м и 1980-м годам; до клинического применения дошло в 2014–2017 годах. Эта задержка — природа фундаментальной науки, а не недостаток, и научная политика страны измеряется способностью учитывать такую сорокалетнюю дистанцию.
Часто задаваемые вопросы
- За что именно Азиз Санджар получил Нобелевскую премию?
- Официальное обоснование общее для трех ученых: «За механистические исследования репарации ДНК». Вклад Санджара — нуклеотидная эксцизионная репарация: удаление объемных повреждений ДНК, вызванных ультрафиолетом и химическими канцерогенами, белками UvrA, UvrB и UvrC путем одновременного разрезания с двух сторон повреждения и вырезания. Этот механизм он воссоздал в пробирке в 1982 году и опубликовал в 1983 году.
- Он получил премию единолично?
- Нет. Премия Томас Линдаль, Пол Модрич и Азиз Санджар между ними поровну на троих разделена. Каждый раскрыл отдельный механизм репарации: Линдаль — эксцизионную репарацию оснований, Модрич — репарацию ошибочно спаренных оснований, Санджар — нуклеотидную эксцизионную репарацию.
- Санджар открыл репарацию ДНК?
- Нет. Идея о том, что клетки восстанавливают ДНК, известна с середины 20. века. Вклад Санджара — показать на молекулярном уровне, какими белками, в какой последовательности и как осуществляется эта репарация. Слово «механистические» в обосновании Нобелевской премии указывает именно на это различие.
- Что такое метод Maxicell? Это метод очистки белков?
- Нет, это не метод очистки. Maxicell — в бактериальной клетке определить, какой белок кодируется плазмидой позволяющий это сделать метод мечения. Неспособные к репарации бактерии облучают ультрафиолетом; хромосома разрушается, а плазмида остается целой, поэтому метятся только плазмидные белки. По словам самого Санджара, это его самая цитируемая статья (1979).
- Есть ли у человека фермент, исправляющий солнечное повреждение «светом»?
- Нет. Фотолиаза — этот фермент есть у бактерий, дрожжей и многих животных, но у человека отсутствует. Интересно, что показавшую это работу выполнила собственная группа Санджара, начавшего карьеру с фотолиазы (1993). Наша единственная возможность — более медленная и сложная эксцизионная репарация.
- Все ли люди с нарушением репарации ДНК заболевают раком?
- Нет, но риск значительно возрастает. При пигментной ксеродерме риск немеланомного рака кожи по сравнению с общей популяцией Более чем в 10.000 раз, а при синдроме Линча риск колоректального рака до 70 лет в зависимости от унаследованного гена от %3 до %75 составляет. То есть это не «нарушение = рак», а «нарушение = гораздо более высокий и гораздо более ранний риск».
- Можно ли назначать ингибитор PARP всем?
- Нет. Эти препараты действуют при условии, что опухоль уже имеет дефект репарации — обычно мутацию BRCA или аналогичный дефект гомологичной рекомбинации. Если дефекта нет, препарат не действует избирательно на опухоль. Поэтому перед применением необходимо генетическое исследование.
- Какую практическую пользу дают мне эти открытия?
- Три конкретных пункта: при семейных случаях раннего колоректального рака или рака матки — исследование на синдром Линча; при раке молочной железы, яичников, поджелудочной и предстательной железы — тест BRCA; при колоректальном раке и раке матки — тест MSI/dMMR. Все три способны непосредственно изменить выбор лечения.
Словарь
- Репарация ДНК
- Общее название ферментных систем клетки, выявляющих и исправляющих повреждения ее ДНК. Для разных типов повреждений существуют разные системы.
- Нуклеотидная эксцизионная репарация (NER)
- Система, удаляющая объемные повреждения, искажающие форму спирали, путем разрезания с двух сторон повреждения. Механизм, раскрытый Санджаром.
- Эксцизионная репарация оснований (BER)
- Система исправления повреждений, при которых химически изменяется одно основание. Механизм, раскрытый Линдалем.
- Репарация ошибочно спаренных оснований (MMR)
- Система, исправляющая неправильно включенные буквы при копировании ДНК. Механизм, раскрытый Модричем; уменьшает частоту ошибок примерно в тысячу раз.
- Тиминовый димер
- Повреждение, возникающее при соединении ультрафиолетом двух соседних тиминовых оснований ДНК. Искажает форму спирали.
- Фотолиаза
- Фермент, за один этап устраняющий тиминовый димер с помощью энергии синего света. У человека отсутствует.
- Криптохром
- Белок семейства фотолиаз, который не восстанавливает ДНК, а настраивает биологические часы млекопитающих.
- Эксцинуклеаза
- Ферментный комплекс, одновременно разрезающий с двух сторон повреждения. Название происходит от открытого Санджаром механизма двойного разреза.
- XR-seq
- Метод картирования места и интенсивности репарации в геноме путем сбора и секвенирования фрагментов, удаляемых при репарации.
- Пигментная ксеродерма
- Наследственное заболевание с врожденным нарушением нуклеотидной эксцизионной репарации, приводящее к раку кожи в очень раннем возрасте.
- синдром Линча
- Наследственный дефект одного из генов репарации ошибочно спаренных оснований. Наиболее частая причина наследственного колоректального рака.
- MSI-H / dMMR
- Свойства опухоли, указывающие на неработающую репарацию ошибочно спаренных оснований. При таких опухолях ответ на иммунотерапию значительно выше.
- Синтетическая летальность
- Ситуация, когда утрата каждого из двух генов по отдельности не убивает клетку, а одновременная утрата обоих убивает. Принцип действия ингибиторов PARP.
- Ингибитор PARP
- Класс препаратов, блокирующих репарацию одноцепочечных разрывов. Избирательно действуют на опухоли с дефектом гомологичной рекомбинации.
- Терапевтическое окно
- Диапазон доз, в котором препарат повреждает опухоль, причиняя пациенту приемлемый вред. У препаратов, воздействующих на репарацию ДНК, это окно узкое.
Примечание о прозрачности.
Подтверждено: Официальное обоснование премии («за механистические исследования репарации ДНК»), даты объявления 7 октября 2015 и церемонии 10 декабря 2015, разделение 8 миллионов шведских крон поровну между тремя лауреатами, годы/места их рождения и учреждения, название нобелевской лекции Санджара от 8 декабря 2015 — все взято из пресс-релиза, информационной страницы, церемониальной речи и страниц лауреатов nobelprize.org. Принадлежность механизмов и даты (Линдаль, 1974, урацил-ДНК-гликозилаза; Модрич, 1989, система, направляемая метилированием; Санджар, 1983, uvrA/uvrB/uvrC). Уменьшение частоты ошибок репарацией ошибочно спаренных оснований «примерно в тысячу раз» и выражение «%99,9» в церемониальной речи. Длина удаляемого у бактерии фрагмента 12–13 нуклеотидов (информационная страница Нобелевской премии и плакат Шведской королевской академии наук). Длина удаляемого у человека фрагмента 24–32 нуклеотида («номинально из 30») — собственная страница лаборатории Санджара и статья XR-seq. Биографические сведения о Санджаре (рождение 8 сентября 1946 в Савуре; поступление в Стамбульский медицинский факультет в ноябре 1963 и окончание первым в выпуске в 1969; врачебная практика в Савуре и Сюргюджю в 1969–1971; лаборатория Клода Руперта в Техасском университете Далласа в 1973; клонирование гена фотолиазы; защита диссертации в июле 1977; лаборатория У. Дина Раппа в Йеле с сентября 1977; статья maxicell в 1979; эксцинуклеаза в 1982–83; переезд в Чапел-Хилл в 1983; профессор имени Сары Грэм Кенан с 1997) — нобелевская автобиография и институциональная страница UNC. Библиографические сведения и аннотация статьи Maxicell (J Bacteriol 1979;137(1):692–693). Работа, показавшая отсутствие фотолиазы у человека (PNAS 1993;90:4389), и чувствительность метода, позволявшая выявлять 10 молекул на клетку. Библиографические сведения XR-seq (Genes & Development 2015;29:948) и исследования картирования цисплатина (PNAS 2016;113:11507). Все показатели пигментной ксеродермы и синдрома Линча взяты из NCBI GeneReviews. Ускоренное одобрение пембролизумаба 23 мая 2017, формулировка FDA «первое одобрение, независимое от ткани/локализации», 149 пациентов, частота ответа %39,6, у %78 ответивших длительность ≥6 месяцев и полное одобрение 28 марта 2023 (fda.gov и cancer.gov). Данные достарлимаба (18 зарегистрированных, у 14 поддающихся оценке пациентов клинический полный ответ %100, 500 mg/3 недели, 6 месяцев, медиана наблюдения 6,8 месяца, событий степени 3–4 нет). Ускоренное одобрение олапариба 19 декабря 2014 и текст показаний (письмо FDA об одобрении), актуальный список показаний (инструкция 2025), одобрение при раннем раке молочной железы 11 марта 2022, результаты OlympiA (1.836 пациентов; iDFS за 3 года %86,1 против %77,3; выживаемость без отдаленной болезни %88,0 против %81,0; общая выживаемость %92,0 против %89,1, HR 0,68, p=0,009). Предупреждение MDS/AML в инструкции олапариба (%1,2; среди 2.219 пациентов 26 случаев; %54 летальных) и результат по вторичному раку метаанализа 23 рандомизированных исследований / 8.857 пациентов (%0,9 против %0,7; незначимо). Данные ADAGIO по адавоcертибу (частота ответа %26, %60,6 степени ≥3, разработка не продолжена) и нахождение цераласертиба на стадии клинической разработки.
Не удалось подтвердить: Для года клонирования гена фотолиазы два официальных нобелевских источника приводят разные даты — автобиография Санджара указывает 1975, информационная страница Нобелевской премии — 1976; в статье за основу принят источник от первого лица, а различие прямо отмечено. Единственное выражение Нобелевского комитета о ежедневном числе повреждений — «тысячи»; более определенные циркулирующие числа, например «десятки тысяч», не использованы, поскольку не подтверждаются этим источником. Утверждение, что олапариб — «первый одобренный препарат своего класса», дословно не найдено ни на одной официальной странице; в статье лишь указано, что одобрение от 19 декабря 2014 было первым в этом классе, без заявления «первый препарат». Не удалось подтвердить, является ли ERCC1 валидированным клиническим биомаркером, предсказывающим устойчивость к платине; поэтому в статье нет утверждений об ERCC1. В источниках Нобелевского фонда не найдена дословная фраза, что Санджар — «первый из Турции лауреат Нобелевской премии в научных дисциплинах» (литературная премия Орхана Памука 2006 года подтверждена); поэтому такая характеристика «первый» в статье не использована. Подробный научный справочный документ Нобелевского комитета получить не удалось.
Кому принадлежит критика: Вывод о том, что Maxicell не является методом очистки и утверждение «до сих пор широко используется» не имеет источника; исправление, что работа выполнена в лаборатории Раппа, а не Руперта; предупреждение о невозможности прямого переноса циркадных данных мышей на человека (включая ночной образ жизни мышей); необходимость осторожной оценки достарлимаба из-за числа пациентов и длительности наблюдения; необходимость одновременно приводить относительную и абсолютную разницу OlympiA; оценка ошибочности фразы «Санджар открыл репарацию ДНК» принадлежат нам. Факт присуждения премии за три отдельных механизма, принадлежность механизмов и все числовые данные принадлежат своим источникам.
Схемы выведены из подтвержденных утверждений текста; новых данных они не содержат. Рисунок 3 — идеализированная логическая схема; она не отражает реальную клиническую безопасность, что указано под схемой.
Источники
- The Nobel Prize in Chemistry 2015 — пресс-релиз, информационный текст, церемониальная речь и страницы лауреатов. NobelPrize.org, Шведская королевская академия наук.
- Sancar A. Нобелевская автобиография и нобелевская лекция: «Механизмы репарации ДНК фотолиазой и эксцизионной нуклеазой», 8 декабря 2015.
- Sancar A, Hack AM, Rupp WD. «Простой метод идентификации белков, кодируемых плазмидами». Journal of Bacteriology. 1979;137(1):692–693.
- Li YF, Kim ST, Sancar A. «Свидетельства отсутствия у человека фермента фотореактивации ДНК». PNAS. 1993;90(10):4389–4393.
- Hu J, Adar S, Selby CP, Lieb JD, Sancar A. «Полногеномный анализ глобальной и сопряженной с транскрипцией эксцизионной репарации УФ-повреждений у человека с разрешением до отдельного нуклеотида». Genes & Development. 2015;29(9):948–960.
- «Карты повреждения ДНК цисплатином и репарации в геноме человека с разрешением до отдельного нуклеотида». PNAS. 2016;113(41):11507.
- GeneReviews (NCBI Bookshelf): пигментная ксеродерма; синдром Линча.
- U.S. Food and Drug Administration. «FDA предоставляет ускоренное одобрение пембролизумаба для первого показания, независимого от ткани/локализации», 23 мая 2017; и Национальный институт рака, Cancer Currents, обновления 2017 и 2023.
- U.S. Food and Drug Administration. Письмо об одобрении олапариба (Lynparza), NDA 206162, 19 декабря 2014; актуальная инструкция (2025); «FDA одобряет олапариб для адъювантного лечения раннего рака молочной железы высокого риска», 11 марта 2022.
- Результаты исследования OlympiA и метаанализ вторичного рака при ингибиторах PARP — The ASCO Post.
- Исследование ADAGIO (адавоcертиб) — The ASCO Post, 2025; цераласертиб — информация о препарате NCI DCTD.
Эта статья была полезна?
Ваш отзыв помогает нам улучшать материалы.
Комментарии читателей
Оставьте комментарий
Ваше имя и комментарий публикуются только после одобрения администратором. Ваш адрес электронной почты никогда не показывается посетителям.
Будьте первым, кто оставит комментарий.