В мире около 1,5 млн больных онкологией имеют метастазы в костях. Пациенты с раком легких, молочной железы, предстательной железы и щитовидной железы имеют крайне высокий риск развития костных повреждений и связанных с ними осложнений[1].
Основным методом выявления костных метастазов является рентгенологический метод. Однако этот метод имеет свои пределы и возможности. Недостаточно высока и чувствительность этого метода, делающая раннюю диагностику костных метастазов недостаточно точной. При рентгенографии определяются лишь те деструктивные зоны, где деминерализация костной структуры превышает 30%.
Учитывая множественный характер метастатического поражения костей при метастазировании рака, возникает необходимость в исследовании всего скелета, что практически неосуществимо с помощью рентгенографии, и успешно реализуется посредством метода радионуклидной диагностики.
Опухолевая прогрессия и метастатическое распространение являются сложными, многоступенчатыми процессами, включающими динамические взаимодействия между опухолевыми клетками, стромальными клетками и внеклеточным матриксом (ECM). Гипоксия и ECM являются двумя основными неклеточными компонентами микроокружения опухоли, которые влияют на метастазы [2]. Семейство ферментов лизилоксидазы (LOX) является центральным игроком в ремоделировании ECM, связанным с раком.
Гипоксические клетки рака молочной железы вырабатывают избыточное количество LOX, которое играет критическую роль в прогрессировании опухоли и метастазировании.
Лизилоксидаза играет значительную роль в качестве промотора, опухолевой прогрессии и метастазирования. Это делает LOX идеальной мишенью для ранней диагностики метастазирования костей.
В настоящее время Наганом и Каганом предложен радиофармпрепарат на основе субстрата к ферменту лизилоксидаза. Для взаимодействия же кофактор лизилоксидазы лизилтирозилхинона (LTQ) необходима меньшая концентрация, в связи с большей аффинностью, так как кофактор - это небелковое химическое соединение, которое необходимо для активности фермента. [3].
ЦЕЛЬ: Целью данной работы является предложить молекулярную модель РФП на основе кофактора фермента лизилоксидазы лизилтирозилхинона для ранней диагностики метастазирования костной ткани при раке молочной железы.
Исходя из этого, были поставлены следующие задачи:
> Построить квантово-химическую модель меченного кофактора лизилоксидазы - лизилтирозилхинона.
> Изучить квантово-химические свойства меченого кофактора лизилтирозилхинона.
> Провести докинг пролизилоксидазы с меченым кофактором и лизилоксидазы LOXс субстратом (уже существующего РФП).
> Провести сравнительный анализ моделей взаимодействия РФП на основе кофактора и субстрата для LOX.
Функциональная молекулярная визуализация экспрессии фермента LOX in vivo откроет новые возможности для неинвазивного обнаружения, постановки и мониторинга терапии рака. Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) была использована для многочисленных диагностических и прогностических применений при визуализации рака молочной железы, включая мониторинг реакции на лечение.
В ПЭТ используются короткоживущие радиоизотопы (например, фтор-18 [18F]) для динамического мониторинга биохимических процессов в реальном времени, таких как метаболическая и пролиферативная активность на молекулярном уровне. ПЭТ-визуализация экспрессии ферментов LOX in vivo требует разработки LOX-ферментов, нацеленных на лучевые камеры.
В ходе исследования были разработаны 3 возможных квантово-химических модели кофактора лизилоксидазы - лизилтирозилхинона, меченого фтором.
В программе HyperChem 8.0 были проведены полуэмпирические расчеты квантово-химических моделей нативного кофактора лизилтирозилхинона, кофермента с атомом фтора присоединенным по положению С19 (LTQ1), по положению С9 (LTQ2), по положению С1 (LTQ3).
Рассчитали для каждой модели общую энергию, градиент и дипольный момент, используя Динамику Ланжевена, моделирующую присутствие растворителя.
По полученным значениям наиболее близка к модели нативного кофактора квантово-химическая модель LTQ3. Она обладает схожим дипольным моментом и значением общей энергии равным -4377,2 ккал/моль. Также LTQ3 обладает наибольшей аффинностью к проферменту, рассчитанной из соотношения констант диссоциации. Все это говорит о более стабильной геометрии данной модели, сравнимой с геометрией нативного кофактора.
Провели докинг всех моделей кофермента к проферменту, а также модели субстрата 18F- GGGDPKGGGGG к ферменту LOX.
Среди всех квантово-химических моделей кофермента, наибольшей энергией связи обладает LTQ3 равной -5,96 ккал/моль. В образовании комплекса между проферментом и кофактором LTQ3 участвуют 5 водородных связей. Субстрат 18F- GGGDPKGGGGG имеет энергию связи с LOX равную -6,1 ккал/моль.
Представили схему биогенеза кофермента лизилтирозилхинона.
Предложили возможный путь синтеза кофактора LTQ3 и реакции
18 присоединения к нему радиоактивной метки в виде радиоизотопа F.
Как мы можем видеть, наша квантово-химическая модель кофактора LTQ3 обладает схожим значением энергии связи с энергией связи субстрата 18F- GGGDPKGGGGG. Исходя из всего вышесказанного, можно предположить, что кофермент LTQ3 покажет хорошие результаты в исследованиях in vitro и in vivo.
