Na konci 70. let minulého století čerstvý držitel titulu Ph.D. David Lane v laboratoři londýnského ústavu ICRF zkoumal, jak viry spouští nádorové bujení. Spolu s kolegou se pokoušel zjistit, co vlastně virus v buňce provádí. Vědělo se, že jedna virová bílkovina, tzv. antigen T, je pro rozjetí rakovinného bujení nezbytná. Dalším logickým krokem bylo odhalit na jakou molekulu se antigen T v buňce váže.
Doktor Lane doufal, že se tak podaří odhalit nové poznatky o tom, jak rakovina vzniká, a jak by se proti ní dalo bojovat. Provedl elegantní experiment: vzal molekulární udičku, jako návnadu použil antigen T a jal se lovit v roztoku buněčného obsahu. Úlovek na sebe nenechal dlouho čekat (přesně tři hodiny). Jako správný rybář se nejvíc zajímal o velikost toho, co chytil, a tak není divu, že neznámou bílkovinu nazval protein 53 (zkráceně p53) podle hmotnosti molekuly.
Byl to velký úspěch (vědci ho publikovali ve špičkovém časopise Nature), který ani jeho autoři možná nedokázali ocenit. Jak se ukázalo, objevili nejmocnějšího protinádorového hráče, kterého naše buňky mají - a to před všemi druhy rakoviny, nejen té způsobené viry. Objev genu tak předurčil následující hvězdnou kariéru svého objevitele (David Lane byl mimo jiné za své zásluhy ve výzkumu rakoviny v roce 2000 královnou povýšen do rytířského stavu), ale také směr výzkumu v oboru na desetiletí dopředu. Nakrátko dokonce vzbudil naděje, že „boj proti rakovině“ bychom mohli vyhrát jedním rozhodujícím úderem vedeným přes gen TP53 - tedy gen, podle kterého buňka vyrábí důležitý „protein p53“.
Proč? Společným znakem všech forem rakoviny je na prvním místě nekontrolované buněčné dělení. Základem jejího zkoumání odhalování kroků, které „zdivočelé“ dělení umožní. Jak se ukázalo, klíčovým krokem v tomto procesu je poškození několika genů, které větší či menší měrou kontrolují dělení buněk a s tím související procesy.
Gen TP53 je ze skupiny patrně nejdůležitější. Je nejčastěji zmutovaným protinádorovým genem napříč všemi typy rakoviny. Přibližně 40 % všech nádorů tento gen inaktivovalo mutací (u některých typů nádorů - např. ovarií - je to až 95 %) a zbytek často našel jiné způsoby, jak tomuto buněčnému obránci svázat ruce. Naprosto ojedinělý význam TP53 je tedy zřejmý. Není proto divu, že se zároveň jedná o jedno z nejstudovanějších témat v rámci biomedicínského výzkumu (bylo o něm publikováno skoro 88 tisíc vědeckých článků) a je to doslova nejzkoumanější gen současnosti.
TP53 patří přitom do skupiny genů, které neumíme pří léčbě rakoviny příliš využít. V cílené protinádorové terapii dokážeme poměrně dobře zacílit na geny, které svou zvýšenou činností nemoci pomáhají (zrychlují buněčný metabolismus, usnadňují její dělení atp.) Ale TP53 do velké skupiny dnes v medicíně málo využívaných „spojeneckých genů“, které se rozvoji rakoviny snaží zabránit.
Odkud se vzal a co dělá?
Protein p53 značený tentokrát hnědě (drobné oválky – buněčná jádra – v levé mikrofotografii) na histologickém řezu lidským střevem. Mutovaný protein se sice vyskytuje v nádorové tkáni ve vysoké koncentraci, ale jeho schopnost bránit zhoubnému bujení už byla ztracena. Obrázky nádorů s velkým množstvím p53 mátl vědce v 80. letech. Sváděl k mylnému závěru, že p53 je pro-nádorový protein. Až později vyšlo najevo, že se v tomto případě jedná o nefunkční, mutovaný protein.
Předchůdce genu TP53 se poprvé objevuje u jednoduchých mnohobuněčných organismů, například u hlístů (laicky řečeno červů). Jeho funkce je zde ovšem mírně odlišná a dobře demonstruje, co je pro přírodu důležité: prapředek TP53 se u červa stará o kvalitu genetické informace v pohlavních buňkách.
V průběhu evoluce se organismy vyvíjely do stále složitějších forem dožívajících se výrazně vyššího věku než jen pár týdnů jako u červů. V tu chvíli začalo být nutné ochránit nejen DNA předávanou potomstvu, ale i ve zbytku tělních buněk – jinak totiž je příliš velká šance, že daný živočich pojde na rakovinu dřív, než se stačí rozmnožit. Velkou část tohoto úkolu na sebe vzal TP53 (Dodejme, že podle dnešních představ o evoluční biologii to nedělal z altruismu: sám se stal pro složité organismy nepostradatelným a je to jeden z nejrozšířenějších a tedy i nejúspěšnějších genů vůbec.)
TP53, respektive protein p53, kterému tento gen slouží jako předloha, funguje jako tzv. transkripční faktor, to znamená, že aktivuje přepis dalších genů. Je to tedy jakýsi velitel, který sám nedělá mnoho, ale má desítky podřízených, kteří vykonávají každý svoji práci podle rozkazu. TP53 přitom reaguje na stresové podněty – zapne se tedy v situaci, kdy se něco pokazí, například se poškodí DNA, když buňku napadnou viry atp. Můžeme ho tak přirovnat k veliteli Integrovaného záchranného systému, který má pod palcem skoro vše od hasičů, údržbářů, zdravotníků až po zásobování potravinami.
Ovšem dobrý velitel je těžko postradatelný. A pokud je vyřazený z funkce, má buňka „problém“. Ztráta velitele znamená sníženou schopnost opravovat DNA, brzdit buněčné dělení nebo spáchat buněčnou sebevraždu, což jsou všechno procesy úzce spojené se vznikem a rozvojem rakoviny. Vysvětluje se tak Laneovo pozorování, že viry se zaměřují na bílkoviny vytvářené podle TP53. Zde take leží odpověď na původní Laneovu otázku, proč jsou viry působící rakovinu tak účinné a nebezpečné. Zjistily, jak umlčet velitele protinádorové jednotky.
Poznáno, ale nejasno
Byť v principu máme o funkci p53 víceméně jasno, pro návrh léčby, která by dokázala obnovit protinádorovou funkci mutovaného p53, to nestačí. Možnou strategií by bylo hledat mezi “podřízenými” p53, nějakého zástupce velitele, který by mohl vyřazený protein nahradit. Abychom mohli prověřit existenci takového hypotetického genu, rozhodli jsme se co nejdůkladněji zmapovat, komu všemu vlastně p53 velí.
Zásadním experimentem, který nám přiblížil funkci genu TP53, byla příprava geneticky modifikované myši, které chyběla kopie tohoto genu od jednoho či obou rodičů. Myši bez TP53 se sice narodily bez na první pohled rozeznatelných defektů, ale záhy začaly hynout na rakovinu. Podobný osud, avšak ve vyšším věku, postihl jejich příbuzné pouze s jednou kopií genu TP53.
Některé týmy už se o to i snažily – výsledky však nebyly uspokojivé. Drobné odchylky v protokolech a experimentálních systémech vnesly do výstupů tolik šumu, že při vzájemném porovnání výsledků se mezi nim dal najít jen naprosto minimální překryv. Pro celý obor je to samozřejmě problém. My jsme se ho pokusili odstranit v publikaci uveřejněné v říjnu 2017 časopisem Genome Research.
Vytvořili jsme velmi robustní přístup použitím čtyřech různých metod identifikace cílových genů namísto obvyklých dvou a zopakovali jsme vše v jedné laboratoři na třech různých nádorech (střeva, prsu a kosti). Tímto způsobem jsme identifikovali stovku genů, které TP53 aktivuje prakticky vždy.
Teď zbývalo odpovědět na otázku, které z těchto genů jsou těmi rozhodujícími v protinádorovém působení TP53. Je to hasič? Policista? Nebo zdravotník? Existuje nějaký jeho vhodný zástupce? Abychom to zjistili, každý z této stvoky genů jsme individuálně vypnuli a sledovali, zda TP53 ztratí alespoň část svých schopností bránit množení nádorových buněk. K našemu překvapení se tak ani jednou nestalo! Buněčné dělení rozjelo pouze a jen vypnutí samotného TP53.
V nádorových buňkách lidského střeva byl protein p53 označen pomocí protilátky. Buněčná jádra, kde se většina proteinu p53 nachází, byla označena modrým barvivem, která se váže na DNA.
Abychom si ověřili platnost tohoto pozorování v praxi, analyzovali jsme mutace téměř 4 500 vzorků různých nádorů. Vycházeli jsme z předpokladu, že nejdůležitější „obranné“ geny podřízené genu TP53 rakovina bude logicky „vyřazovat“ nejčastěji, protože důležité je vyřadit klíčové body obrany protivníka, abychom se vrátili k vojenským analogiím. Jinak řečeno: klíčové geny by měly v rakovinou napadených buňkách být zmutované častěji, než ty méně důležité.
Žádný takový gen jsme však nenašli. Zato samotný TP53 byl mutován v 36 % těchto nádorů. Potvrdili jsme takto naše předchozí závěry, že TP53 „velí“ velmi pružnému týmu genů, ve kterém lze jedna jeho součást může snadno „zaskočit“ za jinou, pokud ta z nějakého důvodu nefunguje. Hlavním slabým místem celého protinádorového obranného mechanismu se stává samotný velitel, protože za něj lze jen obtížně najít náhradu. A žádný jeho zástupce neexistuje.
Je to dobrá i špatná zpráva. Špatná pro týmy, které hledají mezi geny řízenými TP53 kandidáty pro cílenou terapii (například pro případy, když ztratíme TP53 kvůli mutaci). A dobrá pro týmy, které se snaží najít způsob, jak mutovaný TP53 opravit nebo nahradit. Oživuje se naděje, že to možná jednou dokážeme „sloním“ postupem. Slon, který má asi stokrát více buněk než člověk a který žije poměrně dlouho, má teoreticky velkou šanci na rakovinu. Ve skutečnosti se to ale nestává. Snad je to i proto, že slon má ve svém genomu 40 kopií genu TP53, zatímco my se musíme spokojit jen s jednou od otce a druhou od matky.
Očekávání střídá zklamání...
Pomineme-li vizi „sloní léčby“ dnes stále hodné vzdálená realitě, už dnes - či přesněji od poloviny minulé dekády - jsou k dispozici experimentální léčiva, která umí cíleně zvýšit v buňkách množství nikoliv genů, ale bílkoviny vyráběné podle návodu zapsaného v genu TP53. (Látka funguje jednoduše řečeno tak, že brání odbourávání bílkoviny p53, který se podle TP53 vyrábí, a ta se tak v buňce postupně začne hromadit.)
Obrovské očekávání, že podání těchto léčiv vyvolá „sebevraždu“ nádorových buněk (autodestrukce množících se buněk je důležitý mechanismus obrany před rakovinou), vystřídalo snad ještě větší zklamání. U velké většiny nádorů samotné zvýšení hladiny bílkoviny p53 vede pouze zastavení buněčného dělení – a to jen do okamžiku, kdy je léčivo přítomno. Jakmile jeho hladina poklesne, nádorové buňky se začnou dělit dále, jako by se nechumelilo.
O autoroviRNDr. Zdeněk Andrysík, Ph.D. vystudoval Masarykovu univerzitu, kde také v roce 2005 obhájil dizertační práci zabývající se karcinogenním působením látek znečisťujících životní prostředí. Působil na Biofyzikálním ústavu AVČR, Výzkumném ústavu veterinárního lékařství a na University of Cincinnati. Posledních osm let pracuje na University of Colorado. |
Tento neúspěch však inspiroval celou řadu následných studií, které zkoumají využití léčiva v rámci kombinované cílené léčby. Během ní by se mělo kýženého protinádorového účinku dosáhnout pomocí více různě cílených látek podávaných najednou. Logika podobného postupu je prostá: pokud je k rozvoji rakovinného bujení zapotřebí mutací několika genů, pak i k jeho zastaveni musíme poškozený systém zasáhnout na více místech zároveň.
Právě tento typ terapie je dnes nejblíže praxi, dokonce už probíhají klinické zkoušky u pacientů s vybranými typy nádorů. Léčba zahrnující genové manipulace je stále hudbou vzdálenější budoucnosti. Ale už dnes je jisté, že TP53 bude určitě slibným cílem i při nich – potenciál už téměř 40 let známého genu se, nám výzkumníkům, jeví ohromný, v praxi přitom zůstává téměř nevyužitý.
