Новый гибридный белок на основе DR5‑специфичного варианта TRAIL с усиленными противоопухолевыми свойствами

Аннотация

Цитокин TRAIL отличается своей выдающейся способностью индуцировать апоптоз преимущественно в трансформированных, но не в нормальных клетках. Клинические испытания рекомбинантного внеклеточного домена TRAIL и других агонистов рецепторов смерти DR4 и DR5 первого поколения показали очень ограниченную противоопухолевую активность у пациентов. Для усиления противоопухолевого эффекта в настоящей работе мы получили мультитаргетный рекомбинантный гибридный белок SRH–DR5‑B–p48 на основе DR5‑селективного варианта цитокина TRAIL‑DR5‑B, который оказывает одновременное воздействие на опухолевые клетки (DR5‑B-опосредованный апоптоз) и на микроокружение опухоли, в частности, на подавление ангиогенеза. Для этого был смоделирован и получен рекомбинантный препарат гибридного белка SRH–DR5‑B–p48 с синтетическими пептидами (SRH и p48), являющимися антагонистами к рецепторам VEGFR2 и FGFR1 соответственно. Анализ взаимодействия молекулярных траекторий в молекулярной динамике показал, что пептиды образуют неспецифические временные контакты с доменом DR5‑B. С помощью метода иммуноферментного анализа мы показали, что SRH–DR5‑B–p48 был аналогичен DR5‑B по своему сродству к рецептору смерти DR5, а также проявил высокую аффинность к VEGFR2 и FGFR1 с константой диссоциации в наномолярном диапазоне. SRH–DR5‑B–p48 эффективнее, чем DR5‑B, уничтожал опухолевые клетки различного происхождения и разрушал опухолеподобные структуры в 3D моделях клеток. Кроме того, гибридный белок ингибировал FGF2-опосредованную стимуляцию пролиферации фибробластов. Таким образом, белок SRH–DR5‑B–p48 можно рассматривать в качестве перспективного средства для терапии солидных опухолей различного происхождения.

Сноски

* Адресат для корреспонденции.

Вклад авторов

Д.А. Долгих, А.В. Яголович – концепция и руководство работой, редактирование текста статьи; А.А. Исакова, Е.В. Куковякина, Ц. Юань – проведение экспериментов; А.С. Федулова, А.В. Авакянц, А.К. Шайтан – моделирование белков; М.П. Кирпичников – обсуждение результатов исследования; М.Э. Гаспарян – руководство работой и написание текста.

Финансирование

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (грант № 24-14-00250, https://rscf.ru/project/24-14-00250/).

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

Соблюдение этических норм

Настоящая статья не содержит описания проведённых авторами исследований с участием людей или животных в качестве объектов.

Список литературы

1. Ashkenazi, A., Pai, R. C., Fong, S., Leung, S., Lawrence, D. A., et al. (1999) Safety and antitumor activity of recombinant soluble Apo2 ligand, J. Clin. Invest., 104, 155-162, https://doi.org/10.1172/JCI6926.

2. Twomey, J. D., Kim, S.-R., Zhao, L., Bozza, W. P., and Zhang, B. (2015) Spatial dynamics of TRAIL death receptors in cancer cells, Drug Resist. Updates, 19, 13-21, https://doi.org/10.1016/j.drup.2015.02.001.

3. Di Cristofano, F., George, A., Tajiknia, V., Ghandali, M., Wu, L., et al. (2023) Therapeutic targeting of TRAIL death receptors, Biochem. Soc. Trans., 51, 57-70, https://doi.org/10.1042/BST20220098.

4. Yagolovich, A. V., Gasparian, M. E., Isakova, A. A., Artykov, A. A., Dolgikh, D. A., et al. (2025) Cytokine TRAIL death receptor agonists: design strategies and clinical prospects, Russ. Chem. Rev., 94, RCR5154, https://doi.org/10.59761/RCR5154.

5. Dubuisson, A., and Micheau, O. (2017) Antibodies and derivatives targeting DR4 and DR5 for cancer therapy, Antibodies, 6, 16, https://doi.org/10.3390/antib6040016.

6. Gieffers, C., Kluge, M., Merz, C., Sykora, J., Thiemann, M., et al. (2013) APG350 induces superior clustering of TRAIL receptors and shows therapeutic antitumor efficacy independent of cross-linking via Fcγ receptors, Mol. Cancer Ther., 12, 2735-2747, https://doi.org/10.1158/1535-7163.MCT-13-0323.

7. Kretz, A.-L., Trauzold, A., Hillenbrand, A., Knippschild, U., Henne-Bruns, D., et al. (2019) TRAILblazing strategies for cancer treatment, Cancers, 11, 456, https://doi.org/10.3390/cancers11040456.

8. De Miguel, D., Lemke, J., Anel, A., Walczak, H., and Martinez-Lostao, L. (2016) Onto better TRAILs for cancer treatment, Cell Death Differ., 23, 733-747, https://doi.org/10.1038/cdd.2015.174.

9. De Visser, K. E., and Joyce, J. A. (2023) The evolving tumor microenvironment: From cancer initiation to metastatic outgrowth, Cancer Cell, 41, 374-403, https://doi.org/10.1016/j.ccell.2023.02.016.

10. Baghban, R., Roshangar, L., Jahanban-Esfahlan, R., Seidi, K., Ebrahimi-Kalan, A., et al. (2020) Tumor microenvironment complexity and therapeutic implications at a glance, Cell Commun. Signal., 18, 59, https://doi.org/10.1186/s12964-020-0530-4.

11. De Looff, M., De Jong, S., and Kruyt, F. A. E. (2019) Multiple interactions between cancer cells and the tumor microenvironment modulate TRAIL signaling: implications for TRAIL receptor targeted therapy, Front. Immunol., 10, 1530, https://doi.org/10.3389/fimmu.2019.01530.

12. Jiang, X., Wang, J., Deng, X., Xiong, F., Zhang, S., et al. (2020) The role of microenvironment in tumor angiogenesis, J. Exp. Clin. Cancer Res., 39, 204, https://doi.org/10.1186/s13046-020-01709-5.

13. Liu, Z.-L., Chen, H.-H., Zheng, L.-L., Sun, L.-P., and Shi, L. (2023) Angiogenic signaling pathways and anti-angiogenic therapy for cancer, Signal Transduct. Target. Ther., 8, 198, https://doi.org/10.1038/s41392-023-01460-1.

14. Liu, G., Chen, T., Ding, Z., Wang, Y., Wei, Y., et al. (2021) Inhibition of FGF-FGFR and VEGF-VEGFR signalling in cancer treatment, Cell Prolif., 54, e13009, https://doi.org/10.1111/cpr.13009.

15. Mahaki, H., Nobari, S., Tanzadehpanah, H., Babaeizad, A., Kazemzadeh, G., et al. (2025) Targeting VEGF signaling for tumor microenvironment remodeling and metastasis inhibition: therapeutic strategies and insights, Biomed. Pharmacother., 186, 118023, https://doi.org/10.1016/j.biopha.2025.118023.

16. Zhang, P., Yue, L., Leng, Q., Chang, C., Gan, C., et al. (2024) Targeting FGFR for cancer therapy, J. Hematol. Oncol., 17, 39, https://doi.org/10.1186/s13045-024-01558-1.

17. Hu, Y., Ai, L.-S., and Zhou, L.-Q. (2021) Prognostic value of FGFR1 expression and amplification in patients with HNSCC: a systematic review and meta-analysis, PLoS One, 16, e0251202, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0251202.

18. Lian, L., Li, X.-L., Xu, M.-D., Li, X.-M., Wu, M.-Y., et al. (2019) VEGFR2 promotes tumorigenesis and metastasis in a pro-angiogenic-independent way in gastric cancer, BMC Cancer, 19, 183, https://doi.org/10.1186/s12885-019-5322-0.

19. Fan, J., Huang, L., Sun, J., Qiu, Y., Zhou, J., et al. (2015) Strategy for linker selection to enhance refolding and bioactivity of VAS-TRAIL fusion protein based on inclusion body conformation and activity, J. Biotechnol., 209, 16-22, https://doi.org/10.1016/j.jbiotec.2015.06.383.

20. Rozga, P., Kloska, D., Pawlak, S., Teska-Kaminska, M., Galazka, M., et al. (2020) Novel engineered TRAIL-based chimeric protein strongly inhibits tumor growth and bypasses TRAIL resistance, Int. J. Cancer, 147, 1117-1130, https://doi.org/10.1002/ijc.32845.

21. Yagolovich, A. V., Artykov, A. A., Isakova, A. A., Vorontsova, Y. V., Dolgikh, D. A., et al. (2022) Optimized heterologous expression and efficient purification of a new TRAIL-based antitumor fusion protein SRH-DR5-B with dual VEGFR2 and DR5 receptor specificity, Int. J. Mol. Sci., 23, 5860, https://doi.org/10.3390/ijms23115860.

22. Yagolovich, A. V., Isakova, A. A., Artykov, A. A., Vorontsova, Y. V., Mazur, D. V., et al. (2022) DR5-selective TRAIL variant DR5-B functionalized with tumor-penetrating iRGD peptide for enhanced antitumor activity against glioblastoma, Int. J. Mol. Sci., 23, 12687, https://doi.org/10.3390/ijms232012687.

23. Isakova, A. A., Artykov, A. A., Plotnikova, E. A., Trunova, G. V., Khokhlova, V. A., et al. (2024) Dual targeting of DR5 and VEGFR2 molecular pathways by multivalent fusion protein significantly suppresses tumor growth and angiogenesis, Int. J. Biol. Macromol., 255, 128096, https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2023.128096.

24. Brünker, P., Wartha, K., Friess, T., Grau-Richards, S., Waldhauer, I., et al. (2016) RG7386, a novel tetravalent FAP-DR5 antibody, effectively triggers FAP-dependent, avidity-driven DR5 hyperclustering and tumor cell apoptosis, Mol. Cancer Ther., 15, 946-957, https://doi.org/10.1158/1535-7163.MCT-15-0647.

25. Yagolovich, A. V., Artykov, A. A., Dolgikh, D. A., Kirpichnikov, M. P., and Gasparian, M. E. (2019) A new efficient method for production of recombinant antitumor cytokine TRAIL and its receptor selective variant DR5-B, Biochemistry (Moscow), 84, 627-636, https://doi.org/10.1134/S0006297919060051.

26. Wu, J., Chen, L., Chen, L., Fan, L., Wang, Z., et al. (2020) The discovery of potent and stable short peptide FGFR1 antagonist for cancer therapy, Eur. J. Pharm. Sci., 143, 105179, https://doi.org/10.1016/j.ejps.2019.105179.

27. Zhang, Y., He, B., Liu, K., Ning, L., Luo, D., et al. (2017) A novel peptide specifically binding to VEGF receptor suppresses angiogenesis in vitro and in vivo, Signal Transduct. Target. Ther., 2, 17010, https://doi.org/10.1038/sigtrans.2017.10.

28. Hymowitz, S. G., Christinger, H. W., Fuh, G., Ultsch, M., O’Connell, M., et al. (1999) Triggering cell death, Mol. Cell, 4, 563-571, https://doi.org/10.1016/S1097-2765(00)80207-5.

29. Abraham, M. J., Murtola, T., Schulz, R., Páll, S., Smith, J. C., et al. (2015) GROMACS: High performance molecular simulations through multi-level parallelism from laptops to supercomputers, SoftwareX, 1-2, 19-25, https://doi.org/10.1016/j.softx.2015.06.001.

30. Valdés-Tresanco, M. S., Valdés-Tresanco, M. E., Valiente, P. A., and Moreno, E. (2021) gmx_MMPBSA: a new tool to perform end-state free energy calculations with GROMACS, J. Chem. Theory Comput., 17, 6281-6291, https://doi.org/10.1021/acs.jctc.1c00645.

31. Gasparian, M. E., Elistratov, P. A., Drize, N. I., Nifontova, I. N., Dolgikh, D. A., et al. (2009) Overexpression in Escherichia coli and purification of human fibroblast growth factor (FGF-2), Biochemistry (Moscow), 74, 221-225, https://doi.org/10.1134/S000629790902014X.

32. Gasparian, M. E., Chernyak, B. V., Dolgikh, D. A., Yagolovich, A. V., Popova, E. N., et al. (2009) Generation of new TRAIL mutants DR5-A and DR5-B with improved selectivity to death receptor 5, Apoptosis, 14, 778-787, https://doi.org/10.1007/s10495-009-0349-3.

33. Wang, Y., Qian, X., Wang, Y., Yu, C., Feng, L., et al. (2025) Turn TRAIL into better anticancer therapeutic through TRAIL fusion proteins, Cancer Med., 14, e70517, https://doi.org/10.1002/cam4.70517.

34. Goldmacher, V. S., Gershteyn, I. M., and Kovtun, Y. (2024) Beyond ADCs: harnessing bispecific antibodies to directly induce apoptosis for targeted tumor eradication, Antib. Ther., 7, 351-360, https://doi.org/10.1093/abt/tbae029.

35. Gasparian, M. E., Bychkov, M. L., Yagolovich, A. V., Dolgikh, D. A., and Kirpichnikov, M. P. (2015) Mutations enhancing selectivity of antitumor cytokine TRAIL to DR5 receptor increase its cytotoxicity against tumor cells, Biochemistry (Moscow), 80, 1080-1091, https://doi.org/10.1134/S0006297915080143.