В лаборатории Чанга химического факультета Принстонского университета совершили прорыв в понимании роли меди в жизнедеятельности клеток, особенно в контексте онкологических заболеваний. Ученые, чья миссия заключается в исследовании влияния металлов-нутриентов на биологию человека, разработали инновационный инструмент для детекции меди в клетках человека. Годом ранее лаборатория фокусировалась на изучении железа, а в текущем 2025 году, внимание было сосредоточено на меди, что привело к созданию уникального зонда, способного выявлять присутствие и активность меди в клеточной среде.
Новый инструмент позволил исследователям глубже проникнуть в механизмы, посредством которых медь регулирует рост клеток, в особенности в случае рака легких. Итогом стало открытие, что медь играет ключевую роль в процессе, названном купроплазией – медь-зависимым ростом клеток. Выявление и понимание этого процесса открывает новые горизонты для разработки терапевтических стратегий.
Исходя из полученных данных, ученые выдвинули перспективную идею о возможности использования хелатирования меди для лечения определенных типов рака легких. Наиболее уязвимыми к такому подходу оказались те виды рака, которые демонстрируют два взаимосвязанных явления: повышенную реакцию транскрипционного фактора на окислительный стресс и пониженный уровень биодоступной меди. В таких случаях, лишение клеток и без того ограниченного количества меди, посредством хелатирования, демонстрирует многообещающие результаты.
Результаты этого важного исследования были опубликованы в авторитетном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) в статье под названием "A histochemical approach to activity-based copper sensing reveals cuproplasia-dependent vulnerabilities in cancer". Работа, вышедшая «на этой неделе», является плодом совместных усилий и представляет собой гистохимическое исследование с применением активности-зависимого сенсорного зонда на линиях клеток опухолей человека, полученных из Национального института рака (NCI).
Недооценивать роль меди невозможно, ведь этот металл – важнейший нутриент, поступающий в организм с пищей и необходимый каждой клетке любого живого организма. Однако, как подчеркивают исследователи, в организме млекопитающих уровень меди должен поддерживаться в строгом балансе, который легко нарушить. Именно поэтому существует острая потребность в инструментах, способных точно оценивать начало и течение купроплазии.
«Медь – важнейший металл-нутриент, и вопрос о том, что важнее – природа или воспитание – в контексте ее потребления и необходимости для всей жизни, всегда актуален», – отмечает Кристофер Чанг, профессор биоорганической химии им. Эдварда и Вирджинии Тейлор. Ученый добавляет, что фундаментальная цель исследований – понять первопричины жизни и смерти клеток при таких сложных заболеваниях, как рак, и найти способы блокировать избыточный рост. Для этого необходимы сложные биомаркеры, и разработанная технология направлена на создание зондов, которые можно вводить в клетки и ткани для выявления раковых клеток, зависимых от купроплазии.
В проведении исследования активное участие принимали коллеги из других научных учреждений. Марко Мессина из Университета Делавэр и Джина ДеНикола из Онкологического центра и исследовательского института им. Х. Ли Моффитта во Флориде внесли значительный вклад в общую работу.
Особое внимание в исследовании уделяется связи между медью и антиоксидантной системой клетки, регулируемой транскрипционным фактором NRF2 (ядерный фактор эритроидного происхождения 2-связанный фактор 2). Известно, что накопление повреждений от свободных радикалов активирует NRF2, который, в свою очередь, запускает экспрессию генов, кодирующих белки, борющиеся с окислительным стрессом. Лаборатория Чанга смогла связать детекцию и катализ меди, чтобы определить регионы, где этот процесс наиболее активен. Высокий уровень меди в клетках может провоцировать окислительный стресс, и ученые выдвинули гипотезу, что раковые клетки с повышенной потребностью в меди должны демонстрировать более высокий уровень окислительного стресса и, соответственно, NRF2. Именно это и было обнаружено в определенных типах рака легких, известных своим высоким уровнем NRF2.
Айдан Пезацки, аспирант лаборатории Чанга и один из ведущих авторов статьи, провел эксперимент на клеточных линиях NCI, обрабатывая их хелатором меди. Сравнивались клетки с низким и высоким уровнем NRF2. Результаты показали, что клетки с более высоким уровнем NRF2 демонстрировали более высокую скорость гибели при воздействии хелатора меди. Предполагаемый механизм заключается в том, что NRF2 секвестрирует медь, а хелатор еще больше истощает ее запасы, вызывая «двойное лишение», губительное для клеток, остро нуждающихся в меди. Это открывает перспективы для использования хелатирования меди в качестве терапевтической стратегии в случаях рака, где медь и так находится в дефиците и жестко регулируется, то есть в раковых клетках с высоким уровнем NRF2.
На данном этапе исследование носит характер «доказательства концепции» и пока не было проведено на образцах человеческих тканей. Тем не менее, разработанная платформа может быть применена в более широком контексте изучения рака и процессов клеточного роста в целом. В перспективе, эти исследования направлены на фундаментальное понимание элементарного баланса в процессах клеточного роста и смерти, что имеет значение для широкого спектра заболеваний и находится под влиянием питания, окружающей среды и образа жизни.
В число авторов научной статьи также вошли: Лаура Торренте, Ханна Хумпель, Эрин Ли, София Миллер, Одетт Вердехо-Торрес, Терезита Падилья-Бенавидес, Донита Брэди, Дэвид Киллилеа, Элисон Киллилеа, Мартина Ралле, Натан Уорд и Джун Охата.
Изображение носит иллюстративный характер
Новый инструмент позволил исследователям глубже проникнуть в механизмы, посредством которых медь регулирует рост клеток, в особенности в случае рака легких. Итогом стало открытие, что медь играет ключевую роль в процессе, названном купроплазией – медь-зависимым ростом клеток. Выявление и понимание этого процесса открывает новые горизонты для разработки терапевтических стратегий.
Исходя из полученных данных, ученые выдвинули перспективную идею о возможности использования хелатирования меди для лечения определенных типов рака легких. Наиболее уязвимыми к такому подходу оказались те виды рака, которые демонстрируют два взаимосвязанных явления: повышенную реакцию транскрипционного фактора на окислительный стресс и пониженный уровень биодоступной меди. В таких случаях, лишение клеток и без того ограниченного количества меди, посредством хелатирования, демонстрирует многообещающие результаты.
Результаты этого важного исследования были опубликованы в авторитетном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) в статье под названием "A histochemical approach to activity-based copper sensing reveals cuproplasia-dependent vulnerabilities in cancer". Работа, вышедшая «на этой неделе», является плодом совместных усилий и представляет собой гистохимическое исследование с применением активности-зависимого сенсорного зонда на линиях клеток опухолей человека, полученных из Национального института рака (NCI).
Недооценивать роль меди невозможно, ведь этот металл – важнейший нутриент, поступающий в организм с пищей и необходимый каждой клетке любого живого организма. Однако, как подчеркивают исследователи, в организме млекопитающих уровень меди должен поддерживаться в строгом балансе, который легко нарушить. Именно поэтому существует острая потребность в инструментах, способных точно оценивать начало и течение купроплазии.
«Медь – важнейший металл-нутриент, и вопрос о том, что важнее – природа или воспитание – в контексте ее потребления и необходимости для всей жизни, всегда актуален», – отмечает Кристофер Чанг, профессор биоорганической химии им. Эдварда и Вирджинии Тейлор. Ученый добавляет, что фундаментальная цель исследований – понять первопричины жизни и смерти клеток при таких сложных заболеваниях, как рак, и найти способы блокировать избыточный рост. Для этого необходимы сложные биомаркеры, и разработанная технология направлена на создание зондов, которые можно вводить в клетки и ткани для выявления раковых клеток, зависимых от купроплазии.
В проведении исследования активное участие принимали коллеги из других научных учреждений. Марко Мессина из Университета Делавэр и Джина ДеНикола из Онкологического центра и исследовательского института им. Х. Ли Моффитта во Флориде внесли значительный вклад в общую работу.
Особое внимание в исследовании уделяется связи между медью и антиоксидантной системой клетки, регулируемой транскрипционным фактором NRF2 (ядерный фактор эритроидного происхождения 2-связанный фактор 2). Известно, что накопление повреждений от свободных радикалов активирует NRF2, который, в свою очередь, запускает экспрессию генов, кодирующих белки, борющиеся с окислительным стрессом. Лаборатория Чанга смогла связать детекцию и катализ меди, чтобы определить регионы, где этот процесс наиболее активен. Высокий уровень меди в клетках может провоцировать окислительный стресс, и ученые выдвинули гипотезу, что раковые клетки с повышенной потребностью в меди должны демонстрировать более высокий уровень окислительного стресса и, соответственно, NRF2. Именно это и было обнаружено в определенных типах рака легких, известных своим высоким уровнем NRF2.
Айдан Пезацки, аспирант лаборатории Чанга и один из ведущих авторов статьи, провел эксперимент на клеточных линиях NCI, обрабатывая их хелатором меди. Сравнивались клетки с низким и высоким уровнем NRF2. Результаты показали, что клетки с более высоким уровнем NRF2 демонстрировали более высокую скорость гибели при воздействии хелатора меди. Предполагаемый механизм заключается в том, что NRF2 секвестрирует медь, а хелатор еще больше истощает ее запасы, вызывая «двойное лишение», губительное для клеток, остро нуждающихся в меди. Это открывает перспективы для использования хелатирования меди в качестве терапевтической стратегии в случаях рака, где медь и так находится в дефиците и жестко регулируется, то есть в раковых клетках с высоким уровнем NRF2.
На данном этапе исследование носит характер «доказательства концепции» и пока не было проведено на образцах человеческих тканей. Тем не менее, разработанная платформа может быть применена в более широком контексте изучения рака и процессов клеточного роста в целом. В перспективе, эти исследования направлены на фундаментальное понимание элементарного баланса в процессах клеточного роста и смерти, что имеет значение для широкого спектра заболеваний и находится под влиянием питания, окружающей среды и образа жизни.
В число авторов научной статьи также вошли: Лаура Торренте, Ханна Хумпель, Эрин Ли, София Миллер, Одетт Вердехо-Торрес, Терезита Падилья-Бенавидес, Донита Брэди, Дэвид Киллилеа, Элисон Киллилеа, Мартина Ралле, Натан Уорд и Джун Охата.
