Подвійний удар для раку: марганець гіперактивує датчик стресу та вбиває пухлини

Вчені з Інституту біофізики Китайської академії наук (CAS), Університету Міннесоти та Національного інституту раку США (NCI) під керівництвом професора Ван Лікуня опублікували дослідження в iScience, яке демонструє, що двовалентні іони марганцю (Mn²⁺) можуть буквально «доводити ракові клітини до самознищення» шляхом надмірної активації датчика стресу ендоплазматического ретикулуму IRE1α та індукування апоптозу через шляхи RIDD та JNK.

Передумови: УПО та роль IRE1α

1. Контроль якості білків. Неправильно згорнуті білки накопичуються в ендоплазматичному ретикулумі (ЕР) клітин, запускаючи «стресову реакцію ЕР» (UPR) через три сенсори: IRE1α, PERK та ATF6.

2. Подвійна природа IRE1α.

• Адаптивна активація: помірний стрес ЕР індукує сплайсинг XBP1 → відновлення гомеостазу.
• Термінальна відповідь: За сильного або тривалого стресу IRE1α дезактивує гілку XBP1 та натомість запускає каскади RIDD- (регульований IRE1α-залежний розпад) та JNK-опосередкований розпад → апоптоз.

Ця подвійність давно захоплює онкологів, але переважаючою ідеєю є пригнічення IRE1α для послаблення адаптивного захисту пухлини. Нове дослідження пропонує протилежний підхід: гіперактивацію IRE1α.

Експериментальний протокол та ключові методи

1. Культура клітин:

   • Рак молочної залози (MCF-7), гепатоцелюлярна карцинома (HepG2) та нормальні контрольні клітинні лінії (HEK293).

   • Додавання MnCl₂ (0–200 мкМ) протягом 24–48 годин.

2. Біохімічна перевірка активації IRE1α:

   • Фосфорилювання IRE1α (вестерн-блот) збільшувалося дозозалежно при 50–100 мкМ Mn²⁺.

   • РНКазну активність (RIDD): Розпад цільових мРНК (Blos1, Sparc) вимірювали за допомогою кПЛР.

   • Шлях JNK: рівні p-JNK та його субстратів (c-Jun) збільшилися у 2-3 рази.

3. Зрощення XBP1s:

   • Тестування за допомогою ПЛР у реальному часі показало, що Mn²⁺ не підвищує рівень сплайсингового варіанту XBP1s, тобто він цілеспрямовано перевантажує термінальну гілку UPR.

4. Апоптоз та виживання клітин:

   • Проточна цитометрія (Annexin V/PI) виявила до 60% апоптотичних клітин після 48 годин обробки 100 мкМ Mn²⁺;

   • МТТ-аналіз підтвердив зниження життєздатності до 30% у ракових лініях при тій самій дозі, тоді як нормальні клітини зберегли 80% виживання.

5. Молекулярний контроль:

   • Генетичний нокаут IRE1α (CRISPR–Cas9) повністю скасував цитотоксичність Mn²⁺, демонструючи залежність від IRE1α.

   • Введення низькомолекулярних інгібіторів JNK (SP600125) зменшило апоптоз приблизно на 50%, що вказує на залучення цієї гілки.

Доклінічні моделі in vivo

1. Мишача модель раку молочної залози:

   • Внутрішньопухлинне введення MnCl₂ (1 мМ, 20 мкл) двічі на тиждень протягом 3 тижнів.

   • Ріст пухлини: У понад 80% випадків пухлини зменшилися або стабілізувалися; у контрольній групі продовжували прогресувати.

2. Токсичність та безпека:

   • Біохімія крові (АЛТ, АСТ, креатинін) залишалася в межах норми.

   • Гістологія органів (печінка, нирки, серце) без виявлених пошкоджень.

3. Експресія апоптотичних маркерів:

   • Підвищена активність каспази-3 та TUNEL-позитивних клітин у пухлинних ділянках.

Значення та перспективи

«Ми вперше показали, що селективна надмірна активація IRE1α за допомогою Mn²⁺ змінює протокол UPR у пухлинних клітинах, надаючи пріоритет апоптозу», – пояснює професор Ван Лікунь. «Це відкриває нову галузь терапії раку, де замість пригнічення захисних шляхів ми їх «перевантажуємо».

• Контрастна речовина та онкотерапія? Марганець вже використовується в контрастних речовинах для МРТ, що може сприяти швидкому переведенню терапії.
• Розробка донорів Mn²⁺: цільові нанодонори, які доставляють Mn²⁺ безпосередньо до пухлини, мінімізуючи системний вплив.
• Поєднання з імунотерапією: посилений апоптоз може збільшити продукцію неоантигенів та покращити відповідь на інгібітори контрольних точок.

Автори наголошують на кількох ключових моментах:

• Нова парадигма для UPR-терапії
  «Ми показали, що замість пригнічення UPR-сенсора IRE1α можна досягти протипухлинного ефекту шляхом його надмірної активації», — каже професор Ван Лікунь (CAS). «Це відкриває нову стратегію для терапії раку, засновану на «перевантаженні» стресу ER».

• Специфічність механізму:
  «Mn²⁺ вибірково стимулює гілки RIDD та JNK гена IRE1α без активації адаптивного шляху XBP1s», – зазначає доктор Лі Чанг (NCI). «Ця «упереджена» реакція забезпечує апоптоз пухлинних клітин з мінімальним впливом на нормальні клітини».

• Перспективи клінічного впровадження
  «Оскільки марганець вже використовується як контрастна речовина в МРТ, у нас є всі шанси швидко адаптувати донорів Mn²⁺ для клініки», – коментує професор Сара Лі (Міннесота). «Наступним кроком є розробка цільових систем доставки до пухлини».

• Потенціал комбінованої терапії
  «Надмірна активація IRE1α може посилити вироблення неоантигенів та покращити відповідь на імунотерапію», – додає доктор Танака (CAS). «Поєднання Mn²⁺ з інгібіторами контрольних точок обіцяє синергетичний ефект».

• Безпека та селективність
  «У наших доклінічних моделях Mn²⁺ не спричиняв пошкодження нормальних тканин і не збільшував системну токсичність», – зазначає доктор Мартінес (Міннесота). «Це має вирішальне значення для переходу до клінічних випробувань».

Це дослідження встановлює новий курс лікування раку шляхом контрольованої активації клітинної стресової реакції та представляє марганець як протипухлинний засіб, здатний перевантажувати механізми виживання ракових клітин.