Отсутствие взаимодействия тамоксифена с ASP351 и PHE404 эстрогенового рецептора может приводить к раку эндометрия

Рак молочной железы — наиболее распространённое онкологическое заболевание среди женщин в мире и второе по частоте среди всех видов рака, включая мужчин. Это также ведущая причина смертности от рака среди женщин [1]. Примерно 70-80% случаев рака молочной железы связаны с положительным статусом гормональных рецепторов [2], таких

• (с) Шкиль Д. О., Алашеев А.Ю., Асаинов Д. Т., Петерсен Е.В., Максимов Ф.Е., 2024

• (с) Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Московский физико-технический институт (пациопальпый исследовательский университет)», 2024

• 2.    Результаты и обсуждение

как рецепторы эстрогена и прогестерона, которые стимулируют рост опухолевых клеток под воздействием стероидных гормонов [3]. Адъювантная антигормональная терапия гормонозависимого рака молочной железы включает три подхода: блокаду эстрогеновых рецепторов с использованием избирательных модуляторов рецепторов эстрогена (например, тамоксифена или торемифена); деградацию рецепторов через препараты, такие как фул-вестрант или элацестрант; и ингибирование синтеза эстрогенов при помощи ингибиторов ароматазы, таких как анастрозол и летрозол [4] (рис. 1). У женщин в пременопаузе стандартом первой линии терапии является тамоксифен [5], в то время как в постменопаузе предпочтение отдают ингибиторам ароматазы [6]. Эти подходы имеют свои особенности. Тамоксифен, будучи избирательным модулятором эстрогеновых рецепторов, действует как антагонист в тканях груди, но стимулирует рецепторы в костях, эндометрии и других органах. У женщин в постменопаузе это может повышать риск развития рака эндометрия [7], поэтому он чаще используется у пациенток в пременопаузе [6]. Ингибиторы ароматазы, подавляя синтез эстрогенов, лишают раковые клетки стимула к росту, что приводит к их гибели. Однако дефицит эстрогенов может способствовать развитию остеопороза [9]. Тем не менее ингибиторы ароматазы доказали эффективность в снижении риска рецидива у женщин в постменопаузе [8]. Пациентки могли бы получить преимущество от костнозащитных свойств модуляторов рецепторов эстрогена, если бы такие препараты были безопасны для эндометрия [10]. Изучались альтернативные модуляторы с целью улучшения профиля безопасности. Ралоксифен снижает риск тромбоэмболий и катаракты по сравнению с тамоксифеном, обеспечивая аналогичное снижение риска инвазивного рака молочной железы у женщин в постменопаузе с высоким риском. Однако вероятность неинвазивного рака при этом несколько выше [11]. Также отмечено значительное снижение частоты рака эндометрия [11].

Рис. 1. Адъювантная антигормональная терапия гормопозависимого рака молочной железы

Лазофоксифен доказал эффективность в снижении риска переломов, сердечнососудистых заболеваний и рака молочной железы, но сопровождался повышенным риском тромбоэмболий [12]. Его влияние на эндометрий было сопоставимо с плацебо [12]. Базедоксифен имеет аналогичный профиль безопасности, снижая частоту остеопороза и рака молочной железы без увеличения риска рака эндометрия [13]. Оспемифен также безопасен для эндометрия у женщин в постменопаузе [14]. Торемифен, модифицированный аналог тамоксифена, применяется для лечения метастатического рака молочной железы (одобрен только в США), но, как и тамоксифен, увеличивает риск рака эндометрия [15]. Различия в профилях безопасности модуляторов, вероятно, связаны с их хи- мической структурой и особенностями взаимодействия с рецепторами в различных тканях. В рамках исследования выполнены молекулярно-динамические симуляции комплексов 4-гидрокситамоксифена (активный метаболит тамоксифена) и ралоксифена с рецептором эстрогена альфа. Целью работы было выявление возможных причин развития рака эндометрия путем анализа структурных особенностей этих молекул.

Для 4-гидрокситамоксифена характерен значительный вклад водородных связей с Glu353, а также заметное взаимодействие с Thr347 (рис. 2). Связывание с Asp351 присутствует, однако выражено слабо и имеет преимущественно ионный характер. Важно отметить существенный вклад гидрофобных взаимодействий с Phe404, Met388 и Leu525, что подчеркивает их роль в стабилизации комплекса.

Protein-Ligand Contacts

Рис. 2. Профиль белок-лигандного взаимодействия для эстрогенового рецептора и 4-гидрокситамоксифена (PDB ID:2JFD)

Рис. 3. Основное окружение 4-гидрокситамоксифена внутри эстрогенового рецептора

При анализе взаимодействий 4-гидрокситамоксифена с учетом только тех контактов, которые сохраняются в течение не менее 30% траектории, становится очевидным, что основными являются взаимодействия с Glu353 и Phe404 (рис. 3). Остаток Glu353 образует устойчивую водородную связь с гидроксильной группой тамоксифена, что способствует стабилизации лиганда в активном центре. Взаимодействие с Phe404 осуществляется за счет тг-тг стекинга между ароматическим кольцом Phe404 и одним из колец трифенилэтиле- нового ядра 4-гидрокситамоксифена, что играет ключевую ролв в обеспечении прочного и специфичного связывания. Аминогруппа 4-гидрокситамоксифена, находящаяся вблизи Asp351, по-видимому, не образует прочных контактов с этим остатком, что может быть связано с отсутствием благоприятных условий для устойчивого ионного взаимодействия.

Protein-Ligand Contacts

H-bonds Hydrophobic I Ionic I Water bridges I Halogen bonds

Рис. 4. Профиль белок-лигандного взаимодействия для эстрогенового рецептора и ралоксифена (PDB ID:7KBS)

Рис. 5. Основное окружение ралоксифена внутри эстрогенового рецептора

Для ралоксифена, согласно полученным данным, основными взаимодействиями с белком являются водородные связи и гидрофобные взаимодействия (рис. 4). Остаток Glu353 формирует стабильную водородную связь с гидроксильной группой ралоксифена, что подчеркивает его важность в стабилизации комплекса. Значительный вклад также наблюдается со стороны His524, который формирует прочные водородные связи с молекулой лиганда, что способствует усилению связывания. Phe404 демонстрирует существенное гидрофобное взаимодействие с ароматической частью ралоксифена, что подтверждает его роль в стабилизации лиганда за счет я-я стекинга. В то же время остаток Asp351 демонстрирует устойчивую связь смешанного характера. Кроме того, важным вкладом являются водные мостики, которые наблюдаются для Leu387 и Phe404, что дополнительно стабилизирует структуру комплекса. Гидрофобные взаимодействия с остатками, такими как Leu525 и Met388, усиливают взаимодействие с гидрофобными частями ралоксифена. Таким образом, взаимодействия с Glu353, His524, Asp351 и Phe404 являются ключевыми для стабилизации комплекса ралоксифена с белком, дополняемыми гидрофобными контактами и водивши мостиками.

На рисунке 5 представлено окружение ралоксифена в комплексе с рецептором. Ключевыми взаимодействиями являются водородная связв с Glu353, образуемая гидроксильной группой ралоксифена, которая играет важнейшую роль в стабилизации лиганда в активном центре белка, и водородная связь с His524 — уникальный фармакофор ралоксифена, отсутствующий у 4-гидрокситамоксифена. Эта связь является одним из наиболее стабильных контактов, обеспечивающих дополнительную фиксацию лиганда. Гидрофобные взаимодействия с Phe404 и Leu387 значительно укрепляют комплекс за счет взаимодействий с ароматической системой ралоксифена, при этом тг-тг стекинг с Phe404 дополнительно усиливает эти гидрофобные взаимодействия, подчеркивая ключевую роль данного остатка.

Комплексы рецептор-лиганд были извлечены из базы данных белковых структур RCSB PDB и предварительно обработаны в соответствии со стандартными протоколами. Для подготовки систем к молекулярно-динамическому моделированию (МД) комплексы были сольватированы с использованием модуля System Builder программного пакета Desmond. Каждая система была помещена в прямоугольную периодическую ячейку, заполненную молекулами воды модели TIP3P, с границами, отстоящими на 12 А от ближайших атомов белка. Для воспроизведения физиологических условий и обеспечения нейтральности заряда системы были добавлены ионы натрия и хлорида до концентрации 0,145 М. Перед основным этапом моделирования производилась минимизация энергии и короткие релаксационные прогоны МД, чтобы устранить стерические столкновения и стабилизировать системы. Эти этапы проводились в соответствии с протоколами по умолчанию Desmond. Моделирование каждой системы проводилось в течение 50 наносекунд с шагом интегрирования 2 фемтосекунды. Координаты атомов сохранялись каждые 2 пикосекунды для последующего анализа траекторий.

Для ралоксифена и 4-гидрокситамоксифена ключевой контакт с Glu353 играет важнейшую роль в стабилизации комплекса. Однако у ралоксифена дополнительно наблюдается устойчивая связь с His524, которая также может усиливать антагонистический эффект. Пока не ясно, является ли эта связь отличительной чертой хемотипа ралоксифена или же она напрямую связана с антагонистической активностью. В случае Asp351 и Phe404 у 4-гидрокситамоксифена эти взаимодействия также присутствуют, но в слабой степени, в то время как у ралоксифена они значительно усилены. Это приводит нас к гипотезе, что недостаточная степень взаимодействия с Asp351 и Phe404 может быть связана с развитием рака эндометрия при использовании 4-гидрокситамоксифена. Таким образом, более детальное изучение механизма связывания и специфичности этих взаимодействий может пролить свет на различия в активности двух соединений. В дальнейшем планируется продолжить изучение селективных модуляторов эстрогеновых рецепторов с целью сбора статистики, чтобы оценить, насколько значимыми являются различия во взаимодействиях с ключевыми аминокислотными остатками, и их влияние на антагонистическую активность.

Работа выполнена при поддержке Минобрнауки РФ, проект № 1024081900029-8.