Når kroppen angribes af kræft, gælder det om at finde en måde at bekæmpe kræftcellerne, men skåne de raske celler på. Omvendt udvikler kræftceller mekanismer til at undslippe både kroppens respons på kræft og kemoterapi. De naturlige forskelle mellem raske celler og tumorer påvirker kroppens respons på kemoterapi. Forskere har nu udviklet en metode til at adskille kræftceller fra raske celler – kun ud fra deres sammensætning af proteiner. Metoden kan også vise, hvordan cellerne reagerer på eksterne stimuli som fx kemoterapi.
Kræftceller er basalt set almindelige celler ude af kontrol. Cellernes sædvanlige regulering er sat ud af kraft, hvilket får dem til at dele og sprede sig. Fejlreguleringen betyder samtidig, at fordelingen af de 20.000 forskellige proteiner i cellen er stærkt forandret. Den ubalance har den schweiziske forsker Ruedi Aebersold og hans forskerteam specialiseret sig i at spotte, og de er nu blevet så dygtige, at de ikke blot kan skelne kræftceller fra almindelige celler, de kan også måle, hvordan kræftceller reagerer på kemoterapi.
”Ofte er den første reaktion på kemoterapi mod fx prostata-cancer positiv, så det ser ud, som om den virker, men siden opstår der ofte resistens, så der er et behov for kombinationsbehandling. Med vores nye metode kan vi følge den molekylære reaktion meget præcist, så vi konstant kan måle, hvordan kræftcellernes indre reagerer på kemoterapien,” forklarer prof. Ruedi Aebersold fra Institute of Molecular Systems Biology ved Swiss Federal Institute of Technology (ETH) i Zürich.
Millioner af fragmenter
Ruedi Aebersold er en pioner inden for forskningsfeltet proteomics. Mens man inden for genetik – ’genomics’ - kigger på selve arvemassen, så har proteomics fokus på genernes slutprodukt, proteinerne, dvs. både cellernes byggestene og de enzymer, der katalyserer cellens processer. Proteomics giver derfor et øjebliksbillede af cellens faktiske tilstand, og metoden er derfor også særdeles velegnet til at spotte ændringer i cellers sundhed og forskelle på raske celler og kræftceller.
”Tidligere antog man, at man blot kunne måle på de skabeloner, mRNA, som cellerne bruger, når protein skal oversættes fra arvemassens DNA. I dag ved vi dog, at RNA har mange andre funktioner i cellen, så at måle på dem giver ikke et retvisende billede af cellernes tilstand. Mængden af protein, der oversættes fra et RNA, kan heller ikke nøjagtigt forudsiges. Derfor må vi måle proteinerne direkte for at forstå cellens biokemiske tilstand.”
Det er dog langtfra en triviel opgave at screene et bibliotek med tusindvis af proteiner, der produceres på et bestemt tidspunkt i en given mængde kodet af de ca. 20.000 kodende gener i det humane genom. Ruedi Aebersold og hans laboratorium har dog de seneste 20 år udviklet og forfinet en række metoder, hvor de fragmenterer de tusindvis af proteiner og mærker dem radioaktivt via såkaldte ICAT-reagenser eller såkaldt SWATH-massespektrometri. Derefter analyseres de mange millioner af fragmenter via massespektrometri og avancerede computerprogrammer.
”De her snapshots viser os, hvilke celler der indeholder unormale niveauer af visse proteiner, men vi er i dag også i stand til at differentiere celler i forskellige tilstande og systematisk at undersøge, hvordan cellerne reagerer på eksterne stimuli. Vi har netop afsluttet et studie, hvor vi undersøgte effekten af forskellige typer af behandlinger mod prostata-cancer, så vi kan se, hvordan den enkelte behandling fungerer, og om der udvikles resistens mod behandlingen hos den enkelte patient.”
Måske er snyd slet ikke snyd
Det forventes, at den nye metode ikke kun vil føre til udvikling af nye diagnostiske markører for sygdomme, men mindst lige så vigtigt give en mere fuldstændig forståelse af de biokemiske processer, som styrer og udgør menneskecellers fysiologi.
”Tidligere blev forskning udført på et protein ad gangen. Vores teknologi gør det muligt at identificere og kvantitativt analysere mange proteiner samtidig – og direkte i biologiske cellevæv og biologiske væsker – og at udføre analyserne på et højt antal prøver med en høj grad af sikkerhed. Det betyder, at vi i dag kan analysere komplekse prøver på storskala. Ud fra én prøve fra et menneske kan vi i dag på kort tid have et fuldstændigt billede af, hvilke afvigelser den enkelte celle har fra normaltilstanden.”
En uventet sideeffekt af anvendelsen af den meget præcise analysemetode fik Ruedi Aebersolds gruppe, da de forsøgte at analysere prøver fra såkaldte HeLa-kræftceller. Cellerne burde egentlig være ens, bortset fra at de var dyrket i laboratorier forskellige steder i verden, men da forskerne analyserede dem, fandt de store forskelle.
”Det var et meget overraskende resultat, da vi så store forskelle, men det forklarer noget, som vi som forskere har undret os over i årevis, nemlig hvorfor man ikke har kunnet gentage de samme eksperimenter på den samme type af celler og få de samme resultater som ens kolleger et andet sted i verden. Nu ved vi, at det sandsynligvis er små forskelle i cellernes molekylære sammensætning, der forårsager de forskellige svar, snarere end at nogen forsøger at snyde eller er inkompetente.”
Ruedi Aebersold holdt i oktober 2018 oplæg på Copenhagen Bioscience Conferences, der er støttet af Novo Nordisk Fonden. Artiklen “Systems pharmacology using mass spectrometry identifies critical response nodes in prostate cancer” er udgivet i NPJ Syst Biol Appl.
