Proč léčba některých dětských nádorů selhává? Odpověď můžou přinést mitochondrie, říká biolog Jan Škoda

Molekulární biolog Jan Škoda zkoumá dětské nádory. Na Přírodovědecké fakultě Masarykovy univerzity a v Mezinárodním centru klinického výzkumu hledá nové cesty, jak bojovat proti jejich rezistenci vůči léčbě. Spolupracuje s lékaři i patology a dlouhodobě se snaží převádět poznatky z laboratoře do klinické praxe. Spolupracoval také s předními institucemi, jako jsou Children’s Hospital of Philadelphia či University of Sydney. Jak by mohl jeho výzkum přispět k účinnější léčbě nádorů? A mohla by se jednou stát součástí protinádorové terapie antibiotika? Otázky kladl stážista PR na ICRC Jack Barefoot.

Molekulární biolog Jan Škoda

Proč jste si jako oblast svého výzkumu vybral právě onkologii?

Vždycky jsem chtěl dělat vědu, která má skutečný dopad na lidské zdraví. Ještě před doktorátem mě zaujala cytogenetika, která zkoumá onemocnění na úrovni abnormalit v našich chromozomech, tedy pomyslných balíčcích, do kterých je uspořádána naše DNA. Je to obor, jehož poznatky je možné přímo využít v nemocnicích, například v diagnostice a podobně. Měl jsem velké štěstí, že jsem se dostal do týmu zaměřeného na dětskou onkologii a začal se tak věnovat cytogenetice v kontextu dětských nádorů. Ve své bakalářské práci jsem pak zkoumal, jak se při kultivaci nádorových buněk in vitro v laboratoři vyvíjejí různé cytogenetické abnormality – zda skutečně odpovídají tomu, co pozorujeme přímo ve vzorku nádoru, nebo jestli se vyvinou jen vlivem laboratorních podmínek.

Během toho jsem si uvědomil, jak moc toho o dětských nádorech ještě nevíme. Nejen z hlediska diagnostiky, ale hlavně o tom, jak je léčit cíleněji a šetrněji. Nádory u dětí se totiž od nádorů u dospělých ve spoustě věcech liší. Nádory, které jsou u dospělých pacientů běžné, se u dětí téměř nevyskytují. U dětí se objevují velmi specifické typy, které často souvisejí s poruchami vývoje během embryonálního období, růstu orgánů nebo prudkého růstu v pubertě. Tomu odpovídají i dvě nejčastější věková období, kdy se nádor u dítěte vyskytne. Embryonální nádory se objevují u velmi malých dětí. Druhý vrchol přichází zhruba po 12. roce, kdy přibývá nádorů postihujících svaly a kosti.

Ale o tom, proč vznikají, zatím víme jen velmi málo. A právě to mě motivovalo – hledat charakteristické znaky typické pro dětské nádory, abychom mohli léčit lépe a s menšími vedlejšími účinky, než jaké má běžná chemoterapie.

Podle čeho se rozhodujete, na které konkrétní znaky nebo vlastnosti nádoru se zaměříte?

Existuje několik přístupů. První, co člověka napadne, je zaměřit se na molekuly, které se v nádorových buňkách vyskytují nejčastěji nebo ve výrazně vyšším množství než ve zdravých buňkách. Právě na těchto genech nebo proteinech mohou být nádorové buňky závislé. Dalším cílem mohou být obecně molekuly zapojené do  buněčných procesů, které jsou kvůli genetickým změnám narušené a pomáhají tak nádoru růst. Problém ale je, že některé z těchto molekul se mohou běžně vyskytovat ve vysokém množství i ve zdravých tkáních. Pokud bychom zasáhli i je, mohlo by to poškodit zdravé buňky. Vědci dnes pečlivě ověřují, které molekuly jsou skutečně typické především pro nádory. 

S výhodou se lze také zaměřit na cíle, které sice najdeme ve vícero typech buněk, ale aktivní jsou jen za určitých podmínek. A právě proto se věnuji mitochondriím. Jde o velmi specifické struktury, v buňkách mají řadu důležitých funkcí – například regulují buněčnou smrt. Mitochondrie se v nádoru často chovají jinak než ve zdravé buňce. Přišli jsme na to, že když jejich aktivitu u některých typů nádoru narušíme, spustí se specifická reakce. Naše experimenty ukázaly, že buňky určitých nádorů poté rychle odumírají.

To ale musí být poměrně náročné, mitochondrie se nacházejí snad ve všech lidských buňkách…

Ano, ale přesně v tomto je ta věda krásná! Kromě červených krvinek skutečně každá buňka obsahuje mitochondrie a je závislá na jejich správné funkci. Buňky navíc reagují na určité stresové podněty podobným způsobem. Ve většině případů dokážou obnovit homeostázu, tedy vnitřní rovnováhu, a z pohledu mitochondrie se buňka v podstatě sama „uzdraví“. U nádorových buněk, které mají nadměrně aktivní určité onkogeny, je ale ta reakce mnohem silnější a vede až k odumření buňky. Myslím, že je to dobrá paralela k tomu, proč je běžná chemoterapie tak účinná vůči většině nádorových buněk, ačkoliv bohužel ne všem.

Chemoterapie totiž cílí na rychle se dělící buňky, což je dostatečně jednoduchý princip. Nezaměřujete se na konkrétní signální dráhu, ale na něco, co je podstatou samotného buněčného fungování a díky čemu pak buňka téměř vždy reaguje určitým způsobem.

Výsledek ale vždy záleží na konkrétních podmínkách. Protože se většina nádorových buněk rychle dělí, chemoterapie funguje, tedy alespoň do chvíle, než si buňka vytvoří mechanismy, jak jí odolat. Náš přístup je podobně obecný. Pokud je nádorová buňka více závislá na mitochondriích, dokážeme ji účinně zasáhnout. Ostatní typy buněk zásah mitochondrií zvládnou a přežijí.

„U případů, kde je protein MYCN amplifikovaný, pozorujeme po zablokování mitochondrií masivní odumírání nádorových buněk. A to je opravdu fascinující.“

Podařilo se vám objasnit, proč některé rakovinné buňky reagují na mitochondriálně cílenou léčbu citlivěji než jiné? 

Podle našich zjištění zvyšují citlivost nádorových buněk na tuto léčbu skupiny podobných onkoproteinů, tedy proteinů, které při nadměrné aktivitě podporují nekontrolované dělení buněk. My se nejvíce zaměřujeme na dvě formy, N-MYC a c-MYC. Jde o proteiny, které se ve velkém objevují u velmi agresivních případů neuroblastomu, zhoubného nádoru vznikajícího z nezralých nervových buněk. Tento typ rakoviny postihuje především kojence a děti do pěti let. Ostatně protein N-MYC byl poprvé popsán právě u tohoto typu onemocnění. Často zde dochází k jeho amplifikaci, tedy k tomu, že buňka obsahuje velké množství kopií genu, ze kterého se tento protein vytváří. A právě u případů, kde jsou geny pro proteiny N-MYC nebo c-MYC amplifikované, pozorujeme po zablokování mitochondrií v laboratorních podmínkách masivní odumírání nádorových buněk. A to je opravdu vynikající zpráva.

Další pozoruhodnou věcí je, že k tomu můžeme využít některá běžná a dobře snášená léčiva. Třeba antibiotika. Některé druhy běžně používaných antibiotik jsou navrženy tak, aby zabraňovaly bakteriím vytvářet proteiny, které potřebují k přežití. Kvůli svému evolučnímu původu jsou mitochondrie v našich buňkách do určité míry podobné bakteriím, takže tato antibiotika mohou do jisté míry také inhibovat mitochondriální ribozomy – malé „továrny“, které přímo v mitochondrii vyrábějí proteiny. Skrze zablokování produkce  proteinů tak můžeme cílit na mitochondrie v buňkách neuroblastomu a vyvolat reakci vedoucí k buněčné smrti.

Ve své práci zmiňujete konkrétně doxycyklin, velmi staré antibiotikum ze skupiny tetracyklinů…

Přesně tak. A upřímně doufám, že by se tato myšlenka mohla poměrně rychle uchytit v klinické praxi. V rámci našeho nového grantu plánujeme provést několik studií na animálních modelech a získat co nejkvalitnější data, která podpoří tento přenos do nemocnic. Tím myslím zahájení klinických studií a potvrzení hypotézy, že jde skutečně o něco, co by mělo být testováno napříč centry dětské onkologie.

Nezvyšovalo by použití doxycyklinu a tetracyklinových antibiotik riziko antibiotické rezistence? Zvlášť pokud by byla používána u dětských pacientů, kteří už mohou být nositeli bakterií?

Ano, určitá rezistence se vyvinout může. Existuje však mnoho dalších tříd antibiotik, takže je možné je při pozdější léčbě bakteriální infekce nahradit jinými. Vzhledem k tomu, že mluvíme o dětských pacientech s rakovinou, si ale myslím, že při zvážení možného přínosu v protinádorové léčbě je riziko případného vzniku rezistence vůči doxycyklinu v této situaci snesitelnou daní…

Výzkumný tým Laboratory Oncology Translational Research působí na ICRC a Přírodovědecké fakultě MU

Pravdou také je, že rezistence vůči tetracyklinům je dnes u mnoha bakterií poměrně běžná… 

Je to tak. Doxycyklin se používá jako nástroj ke studiu celé řady procesů. Existují například systémy regulace genové exprese řízené doxycyklinem, pracuje s ním spoustu laboratoří. Tento lék je dnes využíván tak často, že bych se neobával, že jeho použitím u nádorových terapií přispějeme k rozvoji rezistence na antibiotika.

Zmínil jste, že díky intenzivnímu výzkumu v onkologii není obtížné získat potřebné informace. Ale co financování — jak moc těžké je získat granty? Zvlášť když vezmeme v úvahu politickou a společenskou situaci – probíhající války a jiné faktory, které odlévají veřejné zdroje od vědy pryč?

Abych byl upřímný, osobně se toho docela bojím… Doposud byla situace relativně dobrá. Máte pravdu, že konkurence je silná a že získávání financí bylo obtížné vždy,  alespoň ale existovaly dostupné zdroje. Co bude dál, to nevím. Víte, věda a kultura jsou vždy první oblasti, kde se škrtá. Rád bych zdůraznil, že do onkologického výzkumu jako takového se investuje velké množství peněz, ale výzkum dětských nádorů z toho dostává jen nepatrný zlomek. A to je něco, co by se mělo změnit — a snad se to postupně mění. Jak už jsem zmínil, dětská rakovina je v mnoha ohledech v podstatě jiné onemocnění než rakovina dospělých. 

Naštěstí jsou nádory u dětí vzácné — pouze asi 1 % všech diagnostikovaných nádorů se vyskytuje u dětí. Pro nás jako pro vědce to však znamená, že máme omezený počet dostupných vzorků a že existuje jen pár dalších výzkumných skupin specializovaných jako my na dětské nádory. Proto je sdílení vzorků a nových poznatků mezi jednotlivými centry a laboratořemi nesmírně důležité. 

Poslední léta mě však přesvědčila, že ochota spolupracovat je velká. Žene nás dopředu ta společná touha pomoci dětem. A právě to podle mého názoru odlišuje výzkum dětské rakoviny od výzkumu rakoviny dospělých. V onkologii dospělých je mnohem snazší získat vzorky a vědecky růst, ale člověk musí počítat s velmi tvrdou konkurencí. 

Bioložka Karolína Bořánková zkoumá v týmu Jana Škody agresivní neuroblastomy. Foto: Petr Chlapek

Podobnou osobní zkušenost jsem měl s jednou laboratoří. Výzkumníci pracující v příbuzných oblastech se často navzájem vnímají jako konkurenti a bojí se, že pokud by svá data sdíleli, sdíleli, mohl by jim někdo ukrást nápad. Jsou případy, kdy někdo publikuje článek o jejich tématu dříve, a ony mohou začít znovu od nuly…

Stále existují lidé, pro které je ego důležitější než dopad jejich práce… Ale jak jsem se ujistil na nedávné konferenci o lidských nádorech, motivace výzkumníků v oblasti dětské onkologie je natolik silná, že opravdu chtějí pomáhat a jsou ochotni sdílet své materiály i nápady s ostatními. A to je nesmírně povzbudivé.

Zaměřujete se na pre-klinický nebo klinický výzkum? Věnujete se také klinickým studiím? Vzhledem k tomu, jak moc jsou vzácné dětské nádory, by se dalo předpokládat, že většina vaší práce spadá do té první kategorie…

Ano, ale náš výzkum zaměřený na využití již existujících léčiv má velký potenciál v klinickou studii vyústit. Převést myšlenku do praxe pak bude úkolem dětských onkologů. My ověřujeme účinnost léčiva na modelech. Díky úzké spolupráci s oddělením dětské onkologie v Brně máme možnost pracovat s modely odvozenými přímo ze vzorků pacientů. Vytvoříme buněčné linie, které si zachovají biologickou charakteristiku nádoru daného pacienta. A pak sledujeme v reálném čase vývoj nádoru a jeho reakci na léčbu. Může to otevřít cestu k personalizované medicíně. V praxi bychom mohli odebrat nádorové buňky pacienta a testovat je v laboratoři, abychom zjistili, jak reagují na různé léky. Na základě výsledků by pak lékaři mohli zvolit léčbu, která bude s největší pravděpodobností nejúčinnější.

Pracujete také s relabujícími nádory, tedy s nádory, které se pacientům opakovaně vracejí? Jsou tyto nádory vůči léčbě odolnější?

Bohužel ano. V rámci naší spolupráce s vědci z USA jsme publikovali studii zaměřenou na mechanismy rezistence nádoru vůči léčbě. Po relapsu jsou totiž nádorové buňky odolné nejen vůči původně použité terapii, ale i vůči dalším lékům. Tito pacienti pak mají velmi omezené možnosti a prognóza nebývá příznivá… My jsme objevili nový mechanismus rezistence, který vzniká přímo na úrovni mitochondrií. Ty hrají klíčovou roli při rozhodování, jestli nádorová buňka v reakci na léčbu odumře. Když se nádor pacientovi vrátí, mitochondrie v těchto nádorových buňkách už nejsou citlivé na signály, které buněčnou smrt vyvolávají. Rakovinné buňky tak dokážou přežít léčbu. A právě proto jsme se na mitochondrie zaměřili, což nás přivedlo k již zmíněným antibiotikům, včetně doxycyklinu. Následně jsme začali zkoumat příslušné buněčné dráhy a podařilo se nám odhalit mechanismus, díky kterému nádorové buňky na tento typ léčiva reagují.

Vědci pod vedením Jana Škody zkoumají, proč některé nádory odolávají léčbě, a hledají nové způsoby, jak tuto odolnost překonat.

V době, kdy se často diskutuje o tom, kam by měly směřovat veřejné prostředky, se objevuje i otázka podpory vědy. Proč je podle vás důležité investovat do výzkumu a jak byste jeho význam přiblížil člověku, který s vědou nemá žádnou osobní zkušenost?

Myslím, že jednodušší je asi lidi přesvědčit o významu aplikovaného výzkumu, protože tam jde poměrně jasně ukázat konkrétní přínosy. Mnohem obtížnější je pak vysvětlit, proč je důležitý základní výzkum. Přitom vše, co dnes kolem sebe vidíme, vychází z myšlenek postavených právě na základním výzkumu. Bez vědy by neexistovalo nic z toho, co dnes máme. Moderní společnost je postavena na technologickém pokroku.

Pokrok, kterého jsme dosáhli ve zdravotnictví, jde také snadno měřit – prodloužila se průměrná délka života i jeho kvalita. Za tím vším stojí věda – od nových způsobů léčby nemocí až po technologie a zařízení, která nám každý den usnadňují život.. Bez vědy bychom nemohli dělat většinu věcí, které dnes považujeme za samozřejmost.

Už samotná schopnost soustředit se na problém, kriticky přemýšlet a snažit se pochopit, jak věci fungují, utváří to, kým jsme. A když se na to podíváme od základu, právě zvědavost, touha objevovat a posouvat věci vpřed jsou podstatou vědy.

Autor: Jack Barefoot