Ингибиторы теломеразы: перспективы создания инновационных лекарственных препаратов для лечения малярии

INHIBITORS OF TELOMERASE: PROSPECTS OF DEVELOPMENT OF INNOVATIVE DRUGS FOR MALARIA TREATMENT

Lola Morozova

Сandidate of medical Sciences, associate professor, I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation (Sechenov University), Russia, Moscow

Anatoly Kondrashin

Candidate of medical Sciences, leading researcher, I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation (Sechenov University), Russia, Moscow

Natalia Turbabina

Head of the research Department, I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation (Sechenov University), Russia, Moscow

Ekaterina Stepanova

Junior researcher, I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation (Sechenov University), Russia, Moscow

Maria Maximova

Junior researcher, I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation (Sechenov University), Russia, Moscow

Ekaterina Solovyoeva

student, I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation (Sechenov University), Russia, Moscow

Denis Zhdanov

student, I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation (Sechenov University), Russia, Moscow

Natalia Fomina

Doctor of clinical laboratory diagnostics, I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation (Sechenov University), Russia, Moscow

Morozov Evgeny Nikolaevich

Сandidate of medical Sciences, associate professor, I.M. Sechenov First Moscow State Medical University of the Ministry of Health of the Russian Federation (Sechenov University), Russia, Moscow;Russian medical Academy of postgraduate education, Russia, Moscow

Аннотация. В настоящее время комбинированная терапия малярии на основе артемизинина продолжает оставаться высокоэффективной, но ее применение находится под угрозой из-за появления и распространения лекарственной устойчивости паразитов во многих странах Юго-Восточной Азии. Первоочередной задачей ВОЗ является сохранение эффективности этой терапии, и поэтому необходима разработка новых препаратов и новых комбинаций. В решении этой задачи могут быть использованы ингибиторы теломеразы, которые на сегодняшний день экспериментально наглядно показывают эффективность в лечении протозоозов, в первую очередь малярии.

Abstract. Artemisinin-based combination therapy continues to be highly effective in the treatment of P.falciparum malaria. However, its use is under threat due to emergence and spread of drug resistance particularly in the countries of the South-East Asia. As defined by the World Health Organization, there is an urgent need to develop new drugs and its combinationsto challenge such a threat. One of such possibility is the use of inhibitors of the telomerase enzyme, the efficacy of which was recently demonstrated in the therapy of various parasitoses, including malaria

Ключевые слова: малярия; лекарственная устойчивость; теломеры; теломераза; ингибиторы обратной транскриптазы.

Keywords: malaria; drug resistance; telomeres; telomerase; reverse transcriptase inhibitors.

Малярия остается одной из серьезных проблем здравоохранения, так как  это комплексное заболевание с широко варьирующимися эпидемиологическими и клиническими проявлениями в разных частях мира.

По данным Всемирной организации здравоохранения, малярия встречается в 91 стране, где риску заражения подвергаются около 3,3 млрд человек. Ежегодно регистрируется до 287 млн случаев малярии, из них 90% приходится на Африку, 3% – на Юго-Восточную Азию и 2% – на восточную часть Средиземноморья. От этой инфекции умирает до 680 тыс. больных, в основном дети до 5 лет и беременные женщины. В настоящее время 79 стран мира являются высокоэндемичными и находятся в стадии борьбы с малярией, 12 стран – в предэлиминационном периоде, 16 стран достигли элиминации малярии на своих территориях, и 27 стран получили статус «свободных от малярии», подтвержденный сертификатом ВОЗ [28].

В последние годы под эгидой ВОЗ была начата глобальная кампания ликвидации этой инфекции, и в результате проведенных интенсивных мер воздействия на эпидемический процесс малярии уровень заболеваемости и смертности от этой инфекции значительно снизился. Одну из важнейших ролей в улучшении ситуации по малярии сыграла прорывная разработка, результатом которой стало создание нового препарата Артемизинин китайским фармакологом, специалистом в области традиционной медицины, профессором Ту Юю. Учитывая, что у возбудителя P. falciparum возникла резистентность к предыдущим поколениям противомалярийных средств – хинину, хлорохину и другим производным хинолина и акридина, то данная разработка в комбинировании с другими противомалярийными препаратами произвела прорыв в лечении тропической малярии, тем самым снизив от нее смертность. Следует отметить, что профессору Ту Юю за эту научно-исследовательскую работу была присуждена в октябре 2015 г. Нобелевская премия «За открытие новых методов лечения малярии» [21].

В настоящее время комбинированная терапия на основе Артемизинина продолжает оставаться высокоэффективной, но его применение находится под угрозой из-за появления и распространения лекарственной устойчивости паразитов, в частности P. Falciparum, во многих странах Юго-Восточной Азии – в Камбодже, Таиланде, Вьетнаме, Мьянме и Лаосе, и если эта лекарственная устойчивость распространится дальше или появится в Африке, то тогда миллионы людей будут опять подвержены риску [27].

Согласно Глобальной технической стратегии ВОЗ первоочередными задачами являются сохранение эффективности комбинированной терапии на основе Артемизинина, разработка новых препаратов и новых комбинаций как для стран, в которых малярия является эндемическим заболеванием, так и для глобального сообщества по борьбе с малярией. В решении этой задачи могут быть использованы разработанные методы генной терапии, так как механизм возникновения резистентности к препаратам обусловлен приобретением новой генетической информации или изменением уровня экспрессии собственных генов возбудителя. В настоящее время одним из таких перспективных подходов в лечении онкологических заболеваний является применение ингибиторов теломераз, в функции которых входит блокирование способности неограниченного деления клеток злокачественной опухоли, что ведет к ее разрушению [1; 3; 4; 7; 12].

Одним из возможных механизмов ингибирования теломеразы является применение молекул, стабилизирующих G-квадруплекс и тем самым препятствующих присоединению теломеразы к теломерным концам [18; 20; 22]. Было идентифицировано большое количество квадруплекс-стабилизирующих агентов, некоторые из них показали антипролиферативные свойства. Но так как богатые гуанином последовательности находятся и в других участках генома, их связывание может привести к неожиданным эффектам. Именно поэтому в настоящее время ведется поиск высокоселективных стабилизаторов G-квадруплекса [8; 9; 10].

Другим из возможных механизмов считается использование олигонуклеотидов, комплементарных к РНК-компоненту теломеразы. Главная смысловая задача олигонуклеотидов – возможность ингибирования любой теломеразной активности с учетом использования некомплементарной последовательности к матричному участку теломеразной РНК [2; 13; 14; 19]. Исследования показали, что применение некомплементарного дезоксирибонуклеотида, содержащего 185 нуклеотидов TERC, дало положительные результаты при воздействии на теломеры клеточной культуры HeLa. Использование другого дезоксирибонуклеотида, содержащего 2’-5’-аденилат (2-5А), также привело к положительному результату: стимуляции апоптоза в глиоме, раку шейки матки, яичников, мочевого пузыря в короткие временные сроки. Дальнейшее изучение действия олигонуклеотидов на теломеразную активность привело к открытию олигонуклеотида GRN163, который вошел в клиническую практику как самый безопасный и эффективный ингибитор теломеразы, что подтвердилось доклиническими исследованиями [25].

Ингибирование теломеразы в активно делящихся опухолевых клетках ведет к укорочению и нарушению структуры и функций теломер, что вызывает активацию системы ответа на повреждение ДНК и, в конечном итоге, апоптоз опухолевых клеток. Именно поэтому теломераза рассматривается как уникальный маркер опухолевого роста, а также как перспективная мишень для действия лекарственных препаратов [13; 15].

Поскольку возбудители трансмиссивных протозоозов, в первую очередь малярия, имеют линейный геном, аналогичный злокачественным новообразованиям, то представляется возможным использовать ингибиторы теломераз в качестве противомалярийных средств [16; 17; 24; 25].

Экспериментально было показано, что 14 линейных хромосом P. falciparum с G-частыми повторами, наиболее из которых являются GGGTTT/CA (4,35). Основополагающий механизм переменного повторного синтеза остается неизвестным из-за отсутствия информации о последовательности и количестве генов РНК-теломеразы малярийного паразита, однако in vitro показано, что помимо удлинения ранее существовавших последовательностей теломер теломераза P. falciparum также может добавлять повторы теломер на нетеломерные 3'-концы [23]. Эти результаты предполагают, что теломераза P. falciparum способствует сохранению хромосом и формированию de novo теломер на сломанных хромосомах. Данная научная работа указывает на теломеразу малярийного паразита как новую мишень для создания лекарств, которые могут индуцировать старение клеток паразитов.

Bottius E. с соавторами проводили исследования по влиянию ингибиторов обратной транскриптазы азидотимидинтрифосфата (AZT-TP) и дидезокси-ГТФ (ddGTP) на репликацию P.falciparum in vitro. AZT-TP и ddGTP добавляли к аналитической смеси Pf-TRAP с добавлением олигонуклеотида PfTS-I. Оба нуклеозидных аналога снижали количество продукта Pf-TRAP дозозависимым образом, однако количественная оценка продуктов удлинения Pf-TRAP из повторяющихся реакций с фосфоримагером показала, что ddGTP является более мощным ингибитором, чем AZT-TP [6].

В другом эксперименте, где группа ученых исследовала активность теломеразы в гаметоцитах P. falciparum, было показано, что применение таких ингибиторов теломеразы, как 7-deaza-dGTP и AZT-TP, эффективно снижает количество продукта Pf-TRAP. Это доказывает, что теломераза играет важную роль в защите концов хромосом плазмодиев во время репликации, что делает ее удачной мишенью для потенциальных лекарственных веществ и вакцин [26].

В 2016 г. проанализировано влияние двух лигандов G-квадруплекса (TMPyP4 и теломестатина) на активность теломеразы и пролиферацию клеток P. falciparum. Влияние лигандов на активность теломеразы оценивали с использованием анализа активности TRAP, который проводился в присутствии возрастающих концентраций каждого лиганда. В этом исследовании TMPyP4 показал наивысший ингибирующий эффект, достигающий 50% ингибирования при концентрации 5 мкМ. В то же время оба лиганда сокращали рост паразитов, но теломестатин оказывал более сильное влияние. После трех дней эксперимента рост паразитов снизился на 90% [5; 11].

Из вышеперечисленного следует, что ингибирование теломеразы малярийного плазмодия является очень перспективным методом в лечении и профилактике малярии, а имеющиеся на сегодняшний день экспериментальные данные наглядно демонстрируют эффективность этого метода. Поэтому необходимо продолжить исследования по этой теме, так как задача создания современных противомалярийных препаратов сводится к достижению идеальной цели – созданию лекарств, обладающих способностью в виде комбинаций как для радикального излечения малярии, так и для осуществления профилактики инфекции, – другими словами, способных освободить зараженный организм человека от всех форм и стадий малярийного паразита.

Выбор перспективных лекарственных кандидатов, создание инновационных лекарственных средств на основе последних достижений, а именно лекарственных препаратов для лечения малярии на основе ингибиторов теломеразы, и внедрение их в практику борьбы с трансмиссивными протозоозами, в первую очередь малярией, позволит уменьшить число смертельных случаев от этой инфекции и других протозоозов, снизить экономический ущерб от этих заболеваний. Выпуск разработанных препаратов в Российской Федерации обеспечит импортонезависимость России по данному классу лекарственных средств.