Gen p53 je jedan od najvažnijih u ljudskom genomu: jedina uloga p53 proteina koji ovaj gen kodira je da oseti kada se tumor formira i da ga ubije. Dok je gen otkriven pre više od četiri decenije, istraživači do sada nisu uspeli da utvrde kako tačno funkcioniše. Sada, u nedavnoj studiji objavljenoj u Cancer Discoveri, istraživači sa Instituta Vistar otkrili su ključni mehanizam o tome kako p53 potiskuje tumore.
Koristeći genetsku varijantu p53 i upoređujući ono što ta varijanta nije uspela da postigne sa onim što bi mogao da uradi zdrav gen „divljeg tipa“ p53, istraživači su otkrili mehanizam kojim p53 pokreće imunološku funkciju koja, zauzvrat, ubija tumor.
„Promena paradigme je u tome što smo, umesto da pitamo ‘Šta radi p53’, mogli da koristimo genetsku varijantu sa slabijim funkcionisanjem, ali predisponirajuću za rak kod Afroamerikanaca da nam kažemo ‘Šta p53 ne radi kada ne potiskuje rak ?’“ rekla je dr Maureen E. Murphi, stariji autor rada i zamenik direktora Centra za rak Elen i Ronald Kaplan i profesor Ira Brind i vođa programa Programa za molekularnu i ćelijsku onkogenezu na Institutu Vistar.
Četiri i po miliona ljudi u Sjedinjenim Državama poseduje nasledne ili zametne mutacije u p53, što povećava njihov rizik od raka. Mala podskupina ovih osoba ima mutaciju koja dovodi do Li Fraumeni sindroma, što rezultira razvojem više tumora svakih nekoliko godina, počevši od detinjstva.
Drugi sa različitim p53 mutacijama poseduju ono što se naziva hipomorfi: varijanta gena koja ima sličan, ali slabiji efekat od odgovarajućeg normalnog ili divljeg tipa gena. Ovi ljudi takođe razviju rak, ali je njihov manje agresivan i razvijaju ga kasnije u životu.
Marfi i njen tim odlučili su da nauče kako p53 potiskuje tumore istražujući kako jedan određeni hipomorf ne uspeva da ih potisne. Istraživači su izabrali varijantu specifičnu za Afriku pod nazivom I107H zbog činjenice da Afroamerikanci imaju najveći teret raka od bilo koje etničke grupe na svetu.
Njihova prva hipoteza je bila da bi mogli da koriste hipomorf da pronađu koji su „nizvodni“ geni — koje bi p53 obično uključivao — kritični za suzbijanje tumora. Njihova druga hipoteza je bila da bi tada mogli da pronađu lekove koji bi ubili hipomorfne tumore: Marfijeva grupa je uspela da postigne oba cilja.
Istraživači su počeli korišćenjem CRISPR inženjeringa da naprave mišji model svog hipomorfa I107H specifičnog za Afriku. Kao što se očekivalo, miševi sa I107H razvili su mnoge oblike raka i, kao i kod ljudi koji poseduju ovu varijantu, oni su počeli da razvijaju rak u „srednjem uzrastu“ (tj. nakon 12-14 meseci prosečnog dvogodišnjeg životnog veka).
Zatim su istraživači kreirali ćelijske linije tumora sa svojim hipomorfom I107H, kao i ćelijske linije sa hipomorfom pronađenim u jevrejskoj populaciji Aškenaza, nazvanom G334R. Zatim su uporedili koje gene je uključio normalni ili divlji tip, p53 (da suzbija tumor), ali nisu uključena dva hipomorfa (koji nisu uspeli da potisnu tumor). Gen koji je ispunjavao ove uslove bio je PADI4. Da bi potvrdili, proverili su deset drugih hipomorfa – ni jedna od tih varijanti nije uključila PADI4.
„Kao da je ovo bio ključni ciljni gen p53 koji, svaki put kada imate genetsku varijantu koja vas predisponira za rak, ne može da uključi ovaj gen“, rekao je Marfi. Ona je dodala da ima smisla da bi PADI4 bio umešan, jer ovaj gen pomaže imunološkom sistemu da prepozna tumore. To radi tako što modifikuje komponente tumorskih proteina tako da oni postanu citrulin, što je neprirodna aminokiselina. Kada imuni sistem prepozna citrulin kao strano telo, on napada.
„U suštini, kada tumorska ćelija pređe sa jedne ćelije na dve, a ne bi trebalo, p53 je uzbunjen, uključuje PADI4, a PADI4 kaže: ‘Imuni sistem, bolje dođi po mene’“, rekao je Marfi.
Završne faze Marfijevog istraživanja prevazišle su osnovna istraživanja i bile su usmerene na pomoć pacijentima sa rakom. Prvo, istraživači su koristili Vistar-ov molekularni skrining i ekspresiju proteina da identifikuju lekove koji bi bili efikasni protiv tumora sa hipomorfom I107H dok su poštedeli tumore sa divljim tipom p53.
Zatim su tražili način da predvide koji pacijenti će reagovati na imunoterapiju, a koji ne. Obično, da bi to uradili, bilo bi im potrebno mnogo više uzoraka ljudskog tkiva od Afroamerikanaca nego što su imali. Umesto toga, okrenuli su se mašinskom učenju.
„Unesite Noama Auslandera, doktora nauka, koji je sjajna osoba koja se bavi veštačkom inteligencijom za mašinsko učenje ovde u Vistaru“, rekao je Marfi. „Ona je rekla: ‘Dozvolite mi da pronađem gene koje p53 i PADI4 kontrolišu zajedno koristeći bioinformatičke pristupe i kreiram potpis gena’.“
Da bi to uradio, Auslander je analizirao 60.000 tumora u bazi podataka TCGA i identifikovao pet gena koji su zajedno koregulisani divljim tipom p53 i PADI4 i koje se hipomorf I107H nije mogao uključiti. Daljom analizom, otkrila je da ovaj pet genski potpis predviđa preživljavanje raka, imunološku infiltraciju u tumor i ko će reagovati na imunoterapiju.
Marfi veruje da je identifikacija ovog genskog potpisa putem mašinskog učenja ono što je gurnulo rad njenog tima od naučnog prodora do medicinske promene. „Ne samo da smo rekli da imamo važan ciljni gen p53, već imamo i važan potpis od pet gena koji će nam zapravo reći ko će reagovati na imunoterapiju, a ko ne, a p53 je u srži ovog potpisa. .“
Ona takođe veruje da je ovo istraživanje moglo da bude sprovedeno samo u instituciji kao što je Vistar, jer je saradnja bila presudna. „Ako pogledate autore o ovome, imam imunologe koji su radili imunologiju; imam ljude koji su se bavili mašinskim učenjem koji su radili bioinformatiku; i imam ljude koji su proveravali lekove koji su radili preglede jedinjenja“, rekao je Marfi. „Vistar je samo uzbudljivo mesto gde svi ovde govore: ‘Evo kako mogu da pomognem u vašem istraživanju.’ To čini svu razliku.“
