Роль ферментативной активности в реализации антипролиферативного эффекта L-аспарагиназ

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ

Покровский В.С. 1, Комарова  М.В.2, Александрова С.С. 3, Покровская  М.В.3, Калишьян М.С. 1,  Каршиева С.Ш.1, Трещалина Е.М. 1

1 ФГБНУ «Российский онкологический научный центр им. Н.Н. Блохина», Каширское ш., д. 24, Москва, Российская Федерация, 115478

2 ФГАОУ ВО «Самарский государственный аэрокосмический университет им. акад. С.П. Королева (национальный исследовательский университет)», Московское ш., д. 34, Самара, Российская Федерация, 443086

3 ФГБНУ «Научно-исследовательский институт биомедицинской химии им. В.Н. Ореховича», ул. Погодинская, д. 10, стр. 8, Москва, Российская Федерация, 119121

Для переписки: Вадим Сергеевич Покровский, канд. мед. наук, Каширское ш., д. 24, Москва, Российская Федерация, 115478; тел.: +7(499)324-14-09; e-mail: vadimpokrovsky@gmail.com

Для цитирования: Покровский В.С., Комарова М.В., Александрова С.С. и др. Роль ферментативной активности в реализации антипролиферативного эффекта L-аспарагиназ. Клиническая онкогематология. 2015;8(2):120–8.

РЕФЕРАТ

Актуальность и цели. Начиная с 70-х годов прошлого века и по настоящее время L-аспарагиназы E. coli (EcA) и Erwinia chrysanthemi (ErA) используются в составе схем противоопухолевой химиотерапии острых лимфобластных лейкозов. В последние годы появились сообщения об их эффективности в комбинированной терапии NK/T-клеточных и кожных Т-клеточных лимфом. Целью исследование было изучить взаимосвязь антипролиферативной и ферментативной активности L-аспарагиназ различного происхождения.

Методы. Выполнено проспективное исследование ферментативной и антипролиферативной активности in vitro/in vivo ряда новых L-аспарагиназ: Yersinia pseudotuberculosis (YpA), Rhodospirillum rubrum (RrA), Wollinella succinogenes (WsA), Erwinia carotovora (EwA) в сравнении с L-аспарагиназой Escherichia coli (EcA). Для оценки кинетических параметров рассчитывали Km, kcat и Vmax. С целью анализа цитотоксической активности использовались клеточные линии перевиваемых опухолей человека, а для оценки противоопухолевой активности — мышей-самок линии DBA2 массой тела 18–24 г с внутрибрюшинно трансплантированным лимфаденозом Фишера L5178Y (3–12-й пассаж) из банка ФГБНУ «РОНЦ им Н.Н. Блохина».

Результаты. Использование L-аспарагиназы II типа (EcA, EwA, YpA и WsA) позволило выявить отчетливую тенденцию: с повышением Km увеличивалась IC50 (r = 0,66; p = 0,007). В диапазоне разовой дозы 2000–8000 МЕ/кг лучшими по выживаемости и излечению оказались L-аспарагиназы с Km = 0,017 и 0,054 ммоль/л по сравнению с L-аспарагиназами с меньшей ферментативной активностью, что подтверждено соответствующими значениями относительных рисков в регрессионной модели Кокса. По результатам попарного сравнения кривых Каплана—Мейера и метода регрессии Кокса лучший профиль соотношения Km и антипролиферативной активности in vitro/in vivo показала WsА. По сравнению с препаратами L-аспарагиназ с Km = 0,017 ммоль/л (EcA и YpA) у мышей с L5178 WsА риск неизлеченности статистически значимо снижался в 4–6 раз при диапазонах разовой дозы 500–1000 и 2000–8000 МЕ/кг (относительный риск 0,16 и 0,28) соответственно.

Заключение. Полученные результаты позволили установить прогностическое значение L-аспарагиназной активности ферментов для проявления достоверной антипролиферативной in vitro/in vivo. В то же время статистический анализ показал, что для отдельных ферментов или дозовых диапазонов этот прогноз не является абсолютным. В частности, для диапазона высоких эффективных доз более 12 000 МЕ/кг такая взаимосвязь может отсутствовать.

Ключевые слова: L-аспарагиназа, противоопухолевая активность, ферментативная активность, механизм действия.

Получено: 8 ноября 2014 г.

Принято в печать: 28 января 2015 г.

Читать статью в PDFpdficon

ЛИТЕРАТУРА

  1. Rizzari C, Conter V, Stary J, et al. Optimizing asparaginase therapy for acute lymphoblastic leukemia. Curr Opin Oncol. 2013;25(Suppl 1):S1–9. doi: 10.1097/CCO.0b013e32835d7d85.
  2. Salzer W, Seibel N, Smith M. Erwinia asparaginase in pediatric acute lymphoblastic leukemia. Expert Opin Biol Ther. 2012;12(10):1407–14. doi: 10.1517/14712598.2012.718327.
  3. Gui W, Yang B, Shen Q, et al. Successful treatment with L-asparaginase based regimen for primary pulmonary NK/T cell lymphoma: a case report and review of the literature. Clin Respir J. 2014;9(4):493–6. doi: 10.1111/crj.12156.
  4. Emadi A, Zokaee H, Sausville EA. Asparaginase in the treatment of non-ALL hematologic malignancies. Cancer Chemother Pharmacol. 2014;73(5):875–83. doi: 10.1007/s00280-014-2402-3.
  5. Tse E, Kwong YL. Practical management of natural killer/T-cell lymphoma. Curr Opin Oncol. 2012;24(5):480–6. doi: 10.1097/CCO.0b013e3283556142.
  6. Avramis VI, Panosyan EH. Pharmacokinetic/pharmacodynamic relationships of asparaginase formulations: the past, the present and recommendations for the future. Clin Pharmacokinet. 2005;44(4):367–93. doi: 10.2165/00003088-200544040-00003.
  7. Avramis VI, Tiwari PN. Asparaginase (native ASNase or pegylated ASNase) in the treatment of acute lymphoblastic leukemia. Int J Nanomed. 2006;1(3):241–54.
  8. Panosyan EH, Grigoryan RS, Avramis IA, et al. Deamination of glutamine is a prerequisite for optimal asparagine deamination by asparaginases in vivo (CCG-1961). Anticancer Res. 2004;24(2C):1121–5.
  9. Rotoli BM, Uggeri J, Dall’Asta V, et al. Inhibition of glutamine synthetase triggers apoptosis in asparaginase-resistant cells. Cell Physiol Biochem. 2005;15(6):281–92. doi: 10.1159/000087238.
  10. Tardito S, Uggeri J, Bozzetto C, et al. The inhibition of glutamine synthetase sensitizes human sarcoma cells to L-asparaginase. Cancer Chemother Pharmacol. 2007;60(5):751–8. doi: 10.1007/s00280-007-0421-z.
  11. Ankel EG, Zirneski J, Ring BJ, Holcenberg JS. Effect of asparaginase on cell membranes of sensitive and resistant mouse lymphoma cells. In Vitro. 1984;20(5):376–84. doi: 10.1007/bf02619582.
  12. Liu JJ, Dai XJ, Xu Y, et al. Inhibition of lymphoma cell proliferation by peroxisomal proliferator-activated receptor-g ligands via Wnt signaling pathway. Cell Biochem Biophys. 2012;62(1):19–27. doi: 10.1007/s12013-011-9253-x.
  13. Fidler IJ, Montgomery PC. Effects of L-asparaginase on lymphocyte surface and blastogenesis. Cancer Res. 1972;32(11):2400–6.
  14. Покровский В.С., Лесная Н.А., Трещалина Е.М. и др. Перспективы разработки новых ферментных противоопухолевых препаратов. Вопросы онкологии. 2011;57(2):155–64.
    [Pokrovskii VS, Lesnaya NA, Treshchalina EM, et al. Perspectives of development of new enzymatic antitumor agents. Voprosy onkologii. 2011;57(2):155–64. (In Russ)]
  15. Sidoruk KV, Pokrovsky VS, Borisova AA, et al. Creation of producent, optimization of expression and purification of recombinant Yersinia pseudotuberculosis L-asparaginase. Bull Exp Biol Med. 2011;152(2):219–23. doi: 10.1007/s10517-011-1493-7.
  16. Pokrovskaya MV, Pokrovsky VS, Aleksandrova SS, et al. Recombinant intracellular Rhodospirillum riubrum L-asparaginase with low L-glutaminase activity and antiproliferative effect. Biochemistry (Mosc.). Suppl B: Biomed Chem. 2012;6(2):121–31. doi: 10.1134/s1990750812020096.
  17. Покровский В.С., Анисимова Н.Ю., Покровская М.В. и др. Антипролиферативная активность рекомбинантной L-аспарагиназы Rhodospirillum rubrum. Вестник РОНЦ им. Н.Н. Блохина РАМН. 2011;22(4):24–31.
    [Pokrovskii VS, Anisimova NYu, Pokrovskaya MV, et al. Antiproliferative activity of recombinant Rhodospirillum rubrum L-asparaginase. Vestnik RONTs im. N.N. Blokhina RAMN. 2011;22(4):24–31. (In Russ)]
  18. Трещалина Е.М. Коллекция опухолевых штаммов человека. М.: Практическая медицина, 2009. 171 с.
    [Treshchalina EM. Kollektsiya opukholevykh shtammov cheloveka. (Collection of human tumor strains.) Moscow: Prakticheskaya Meditsina Publ.; 2009. 171 p. (In Russ)]
  19. Трещалина Е.М., Жукова О.С., Герасимова Г.К. и др. Методические рекомендации по доклиническому изучению противоопухолевой активности лекарственных средств. В кн.: Руководство по проведению доклинических исследований лекарственных средств. Ч. I. М.: Гриф и К, 2012. С. 642–57.
    [Treshchalina EM, Zhukova OS, Gerasimova GK, et al. Guidelines for preclinical studies of antitumor activity of medicinal agents. In: Rukovodstvo po provedeniyu doklinicheskikh issledovanii lekarstvennykh sredstv. (Guidelines for preclinical studies of medicinal agents.) Part I. Moscow: Grif & K Publ.; 2012. pp. 642–57. (In Russ)]
  20. Трещалина Е.М. Противоопухолевая активность веществ природного происхождения. М.: Практическая медицина, 2005.
    [Treshchalina EM. Protivoopukholevaya aktivnost’ veshchestv prirodnogo proiskhozhdeniya. (Antitumor activity of substances of natural origin.) Moscow: Prakticheskaya Meditsina Publ.; 2005. (In Russ)]
  21. Chabner BA, Longo DL. Cancer Chemotherapy and Biotherapy: Principles and Practice. Philadelphia: Lippincott-Raven; 2001.
  22. Newson R. Parameters behind “nonparametric” statistics: Kendall’s tau, Somers’ D and median differences. Stata J. 2002;2(1):45–64.
  23. Newcombe RG. Two-sided confidence intervals for the single proportion: comparison of seven methods. Statist Med. 1998;17(8):857–72. doi: 10.1002/(sici)1097-0258(19980430)17:8<857::aid-sim777>3.0.co;2-e.
  24. Borek D, Jaskolski M. Sequence analysis of enzymes with asparaginase activity. Acta Biochimica Polonica. 2001;48(4):893–902.