Очерк натуральной онкологии

[albert52]

Почему очерк - потому что набросок.

Почему натуральной - потому что попытаюсь основной упор делать не столько на изменения в клетке, сколько на то, как она с этими изменениями живет, как меняется ее натура.

О лечении рака и его последствиях буду говорить настолько, насколько это будет важно для меня.

Введение (даю с моего поста "Новая теория рака"

Что такое рак?

Рак или злокачественное заболевание вообще имеет причину в геноме клетки, иначе он не был бы так распостранен в природе, даже в растительном мире. Раку (или саркоме) также подвержены все возраста и все ткани организма. Так что вопрос в том, какой дефект генома позволяет развиться этому страшному заболеванию.

Мой подход к теории рака заключается в том, что реально никакого дефекта генома нет, а мы платим такую цену за существующий механизм возникновения многоклеточных живых существ, так сказать его побочный эффект.Напомню, что жизнь возникла около 3,5 млд. лет назад в виде простейших клеток, использующих для получения энергии углекислый газ, а его в атмосфере тогда (к ужасу нынешних зеленых экологов) было много, а кислорода мало. Сейчас такие клетки называют анаэробными микробами.Получаемой таким образом энергии хватало только самой клетке и многоклеточных организмов быть в принципе не могло.

В последующем в результате жизнедеятельности таких клеток кислорода в атмосфере становилось все больше и около 1 млд. лет назад появились клетки, использующие для получения энергии сам кислород (их называют сейчас аэробными микробами). Этот способ получения энергии на порядок эффективнее и такие клетки во-первых получали значительно больше энергетической свободы, а во-вторых могли по площади быть намного меньше анаэробных клеток.В результате около 900 млн. лет назад произошло историческое событие, а именно, аэробные клетки вторглись вглубь более крупных анаэробных клеток (помашу ручкой сторонникам паразитарной теории), со временем упростились и занялись в основном выработкой энергии. У животных дальние потомки этих клеток называют митохондриями, в у растений хлоропластами.

В результате появилась энергетическая возможность появления многоклеточных живых существ, геном клеток-хозяев развернулся в хромосомы, а геном квартирантов значительно упростился, но сохранил присущую одноклеточным организмам кольцевидную форму. Кстати, я сторонник митохондриальной теории старения, но это не тема моей публикации.

Геном у всех клеток одинаков, но активность генов у разных клеток разная, т.е. клетки разных типов имеют свой генный профиль. Только три панели генов у всех клеток организма могут быть активными - гены белков клеточноо цикла, инфраструктуры и так наз. "домашнего хозяйства". Из них постоянно активны только гены "домашнего хозяйства", отвечающие за жизненно важные функции клетки; это гистоновые гены, гены tРНК, rРНК и т.п.
Все эти гены образуют своего рода базовые подсистемы в геноме клетки, причем гены инфраструктуры являются потомками генов клетки-хозяина при слиянии клеток около 1 млд. лет назад. Генов же "домашнего хозяйства" по разным оценкам у человека 10-15 тыс. Все другие гены являются надстройкой или генами "роскоши" и они отвечают за специализацию клетки и ее функционирование в целом организме.

Гены инфраструктуры - это единственные, кто для своего функционирования могут использовать энергию, получаемую в цитоплазме клетки, то есть без использования кислорода (память генов). В здоровых клетках работа этих генов целиком подчинена общей задаче клетки и не предусматривает никакой самостоятельности. Но так бывает не всегда. Когда клетка перегружена работой, то у генов инфраструктуры возникает шанс проявить самостоятельность и работать только на самосохранение. Обычно клетка справляется с таким сепаратизмом, иначе существование многоклеточных организмов было бы невозможно. Но бывают ситуации, когда защита не срабатывает, например, когда нарушается координация работы ДНК ядра и митохондрий.

Обычно, когда клетке предстоит работа, из ядра к митохондриям направляются вещества-медиаторы, стимулирующие ДНК митохондрий и клетка получает необходимую энергию. Есть химические вещества, вызывающие сигнальный хаос и нарушающие такое взаимодействие. При их длительном воздействии клетка постоянно испытывает энергетический голод, что открывает дорогу сепаратизму генов инфраструктуры, действующих в данной ситуации по принципу "не до жиру, быть бы живу". Такие вещества называют химическими канцерогенами. Подобно действует и ионизирующее излучение в несмертельных для клеток дозах.

Суть моей концепции рака заключается в том, что о злокачественном перерождении клеток можно говорить тогда, когда у генов инфраструктуры появляется возможность действовать самостоятельно, то есть клетка из строго централизованно управляемой структуры превращается, образно говоря, в акционерное общество с блокирующим пакетом акций у генов инфраструктуры.

[albert52]

Продолжаю.

Из предыдущего моего текста вытекает, что опухолевые клетки определенное время (для разных типов опухолей разное) находятся в состоянии своего рода двоевластия. На начальной стадии развития рака тон задают конечно гены надстройки. Здесь развитие рака можно затормозить, например, насыщением ткани опухоли кислородом или снижением нагрузки на пораженный орган.

Первую возможность показал немецкий ученый Варбург в своих опытах (кстати, Варбург первым выдвинул митохондриальную теорию происхождения злокачественных опухолей). Второй возможностью активно пользуются онкологи, снижая нагрузку на пораженный опухолью орган. Особенно эффективно это в отношении гормонально зависимых органов, прежде всего половой сферы, когда они назначают гормоны - ингибиторы.

Постоянное вмешательство (чем дальше, тем больше) генов инфраструктуры в нормальное функционирование клеток приводит к тому, что органеллы клеток, отвечающие за их специфические функции, все чаще получаются дефектными, как бы недоделанными. Это приводит к тому, что клетки функционально слабеют и организм усиливает их стимуляцию, что усугу***ет их энергетический голод. Возникает так называемый порочный круг. Особенно к тяжелым последствиям приводит повреждение митохондрий, до 85% белков которых имеет хромосомное происхождение. Такое повреждение клеточных органелл в опухолях называют клеточным атипизмом.

Все вышеописанное может происходить в опухолях, не выходящих за пределы пораженной ткани (рак in situ). Все меняется, когда опухолевые клетки начинают размножаться. Отметим, что не всегда размножение клеток опухоли во зло. Размножение клеток на начальной стадии развития опухоли может привести к их нормализации, так как происходит перезагрузка генома. Такой эффект торможения развития опухоли например наблюдается, когда в пораженной опухолью ткани развивается острый воспалительный процесс.

Размножение клеток это сложный процесс, регулируемый особой панелью генов; эта панель генов периодически активируется во всех типах клеток и образует своего рода штаб, контролирующий процесс деления клеток. Необходимость такого штаба очевидна, если только посмотреть, как сложно устроены клетки и насколько сложен процесс их деления. Это у микробов процесс деления намного проще, поэтому и размножаются они намного быстрее.

По окончании деления клеток штаб распускается за счет подавления активности онкогенов. Если же этого не происходит, то клетки размножаются вновь и вновь и естественно не успевают созревать, то есть остаются молодыми. Такое наблюдается в доброкачественных опухолях. В злокачественных клетках на продвинутой стадии деление происходит с многочисленными нарушениями. Особенно пагубно нарушение деления хромосом, так как больше страдают гены надстройки. Во-первых, их просто больше, во-вторых повреждение генов "домашнего хозяйства" обычно приводит к гибели клетки.

Все это приводит как к усилению клеточного атипизма, так и к нарушению строения пораженной опухолью ткани (тканевой атипизм).

Размножение клеток злокачественной опухоли имеет несколько аспектов, касающихся не только самой опухоли, но и как пораженного органа так и организма в целом. Вначале опухолевые клетки не отделяются друг от друга. Если рассматривать опухоли из эпитериальной ткани (рак), то в норме клетки образуют один или несколько рядов за счет специфического расположения мест сцепления (состоят из особых белковых комплексов). В процессе опухолевой прогрессии эти комплексы повреждаются или меняют свою локализацию. В результате ряды клеток смешиваются, часто образуя беспорядочное скопление клеток. Функционально это наиболее сказывается на опухолях из железистого эпителия.

В дальнейшем сцепление клеток слабеет настолько, что отдельные клетки мигрируют вглубь интактной ткани или попадают в кровь, а в случае рака сначала в лимфу. Такие клетки могут образовывать метастазы, если попадают в места с хорошим кровоснабжением и подходящим микроокружением. Там они восстанавливают или синтезируют заново белковые комплексы сцепления, что позволяет им имитировать с разной степенью успеха ткань, из которой они вышли.

Метастазы это плохо. Но клетки метастазов сохраняют остатки совести (двоевластие сохраняется, хотя и заметко сдвигается в сторону генов инфраструктуры, так как клетки метастазов в этом отношении по понятной причине в своей массе более продвинуты, чем в материнской опухоли). Их активность через гены надстройки может тормозить организм, сами клетки может поражать иммунная система, так как они расположены в неположенном месте. Кстати, удаление материнской опухоли может привести к ослаблению противодействия со стороны организма в целом и спровоцировать усиление роста метастазов.

Медицина не без успеха ищет способы воздействия как на материнскую опухоль, так и на метастазы, в результате чего даже наличие метастазов не всегда означает летальный исход. Но мы сейчас поговорим о значительно более опасном чем метастазы противнике, появляющемся в терминальной стадии заболевания, которую он кстати и вызывает. В научной, да и в научно-популярной литератере об этом противнике почему-то почти не говорится. Только с точки зрения моей теории он может получить достаточное освещение.

В опухолях, начиная с третьей стадии болезни, можно встретить мелкие недифференцированные клетки. Если в материале биопсии ты увидешь эти клетки, то это КОНЕЦ, можно писать некролог. Такие клетки появляются, когда в результате многократных, с каждым разом все хуже проходящих делений клетки остатки генов надстройки, издав последний предсмертный вопль, навсегда замолкают и остаются только гены инфраструктуры. Впрочем, какие это теперь гены инфраструктуры, если кроме них больше никаких активных генов нет, двоевластие закончилось!

Такие клетки быстро возращаются к той форме, которая была почти миллиард лет назад, до того как в них внедрились аэробные клетки (см. выше). Эти клетки принципиально не могут использовать для получения энергии кислород, да и зачем это им, когда вокруг столько еды. Они могут только жрать и размножаться, размножаться и жрать, никакими обязательствами они не отягощены. За такое поведение я называю их лангольерами в честь героев романа Стивена Кинга и созданного на его основе телевизионного фильма. Кто не помнит, в фильме самолет через щель в пространстве попадает в прошлое и в конце его пассажиры сталкиваются с мохнатыми зубастыми летаюшими шарами, которые все быстро поедают. Хорошая иллюстрация моей теории, в которой все может заканчиться такими вот лангольерами. Но если в романе и фильме все заканчивается благополучно и самолет с пассажирами, хотя и не без потерь, возвращается в настоящее, то в случае рака через такую щель проникают лангольеры и тогда начинается настоящая трагедия. Эти клетки не образуют метастазов, а стаями разносятся по организму и нападают на органы, буквально изрешечивая их и вызывая недостаточность органов. Каждую такую клетку можно сравнить с кометой, сама клетка является головкой кометы, а длинный хвост образуют токсичные недоокисленный продукты обмена.

Организм этим клеткам не может ничего противопоставить, для иммунной системы это тени, так как их оболочка состоит из протобелков и никаких антигенных детерминант не содержит. Антибиотики для подобных паразитов тоже не подберешь, так как это не полноценные микробы, а только донельзя дегенерировшие клетки организма. Возникшая в результате их деятельности сильнейшая интоксикация в совокупности с системной органной полинедостаточностью быстро приводят к смерти больного.

Добавлено через 1 минуту
Выше дан концепт моей теории злокачественных опухолей. Эта теория оригинальна (подобных в интернете я не встретил) и может по новому осветить многие спорные моменты в теории и практике онкологии.

Во-первых, она дает представление, почему многие больные раком после многих месяцев и даже лет более или менее успешной борьбы с этим заболеванием, даже при наличии метастазов, вдруг начинают быстро сдавать и гаснут буквально на глазах.

Во-вторых, она обьясняет возможность спонтанного излечения опухоли, что не так часто, но встречается. В этом слечае исчезновение опухоли можно обьяснить не только гибелью опухолевых клеток, но и их нормализацией, когда сепаратизм генов инфраструктуры по какой-то причине подавляется.
После излечения рака возможны рецидивы. Их обьясняют наличием в ткани дремлющих раковых клеток, хотя биопсия их не выявляет. По моей теории выздоровшие раковые клетки проходят курс реабилитации и как внешне, так и функционально не отличаются от изначально здоровых клеток. Но гены инфраструктуры помнят вкус свободы и при первой возможности взбрыкиваются, ускоренно заново возобновляя раковую прогрессию.

В-третьих, усиленное сосудообразование в раковых опухолях скорее имеет компенсаторное значение, когда организм пытается за счет лучшего питания опухолевых клеток, и в первую очередь за счет лучшего снабжения их кислородом поддержать гены надстройки (генного профиля клетки) в их борьбе за первенство. С этим, кстати, связан тот факт, что у людей с нарушением толерантности к глюкозе, связанным со снижением усвояемости тканями организма сахара, повышается риск развития злокачественных заболеваний. Отметим, что на раковых клетках увеличивается количество рецепторов к инсулину, что также отражает борьбу генов надстройки за свое выживание.

[albert52]

Сейчас я хочу коснуться тех теорий рака, которые представляют интерес для меня с точки зрения моей теории. Эпиграфом к этому экскурсу я хочу поставить высказывание немецкого ученого Вирхова: " никто, даже под пыткой, не смог бы сказать, что же такое на самом деле раковая клетка».

Томас Сейфрид с коллегами также замечает, что «невозможность ясно определить происхождение рака во многом предопределяет невозможность значительно уменьшить количество смертей от болезни». Данные ВОЗ и американской CDC подтверждают этот тренд цифр: распространенность заболевания в целом растёт, смертность незначительно падает.

Прямым предшественником моей теории я считаю митохондриальную теорию рака Отто Варбурга.

В 1924 г. Отто Варбург, исследуя образование молочной кислоты в здоровых и злокачественных (опухолевых) клетках обнаружил, что раковые клетки расщепляют глюкозу до молочной кислоты легче и быстрее, чем это делают нормальные клетки. По данным Варбурга, опухолевая ткань продуцирует молочную кислоту со скоростью в восемь (!) раз больше, чем работающая мышца. Производство лактата с такой скоростью полностью обеспечивает опухолевую ткань энергией (хотя на две молекулы лактата приходится всего две молекулы АТФ). На основе этих данных Варбург предположил существование так называемого «ракового обмена». В настоящее время гликолитический фенотип раковых клеток — это, по сути, универсальный маркер заболевания.

В отличие от них, «здоровые» клетки генерируют энергию за счёт окисления пировиноградной кислоты. Пировиноградная кислота является конечным продуктом гликолиза и окисляется в митохондриях. Следовательно, по мнению Варбурга, раковые клетки возникают вследствие снижения митохондриального дыхания. Варбург наблюдал у нормальных и раковых клеток принципиальное различие в соотношении использования бескислородного и кислородного гликолиза. Это наблюдение стало известно как эффект Варбурга.

Варбург: «Подобно тому как заболевание чумой обусловлено совокупностью, казалось бы, не связанных друг с другом факторов (жарой, наличием насекомых и крыс), но вызывается одной лишь причиной — бациллой чумы, возникновение рака связано с целым рядом факторов. Этот процесс вызывают каменноугольная смола и облучение, мышьяк и низкое парциальное давление кислорода в клетках, уретан и песок. Но непосредственной причиной, к которой ведут все прочие перечисленные факторы, является необратимое нарушение дыхания клеток». Грубо говоря, "первопричина рака — это замена дыхания с использованием кислорода в теле нормальной клетки на другой тип энергетики — ферментацию глюкозы» — цитата из лекции Отто Варбурга.
Идея Варбурга была настолько захватывающая, что в 1926 году наш герой стал главным кандидатом в «шорт-листе» потенциальных нобелиатов. Однако Нобелевский комитет все же решил дать премию Йоханнесу Фибигеру, который якобы открыл вызывающих рак червей (в 1931 году Отто Варбург получил Нобелевскую премию за открытие природы и функций дыхательных энзимов, ныне известных как цитохромоксидаза).

В 1950—1970-е годы эта гипотеза имела большую популярность, однако последующие исследования показали, что раковые клетки могут иметь любой тип энергообеспечения, в том числе и свойственный нормальным клеткам.
В онкологии под эффектом Варбурга понимают тенденцию большинства раковых клеток производить энергию преимущественно с помощью очень активного гликолиза с последующим образованием молочной кислоты, а не посредством медленного гликолиза и окисления пирувата в митохондриях с использованием кислорода как в большинстве нормальных клеток. В клетках быстро растущей злокачественной опухоли уровень гликолиза почти в 200 раз выше, чем в нормальных тканях. При этом гликолиз остаётся предпочтительным даже в условиях, когда кислород в избытке.

Мой комментарий: Для меня в его теории самым важным пунктом является то, что раковые клетки продолжают активно использовать гликолиз для получения энергии даже тогда, когда кислород присутствует в тканях в достаточном количестве.Сейчас это связывают с усилением таких биосинтетических процессов в раковых клетках, которые способствуют их росту и делению, что кстати и в норме характеризует незрелость клеток.

Отмечу еще, что сейчас ученые стали задаваться вопросом: может ли метаболизм раковых клеток стать долгожданной ахиллесовой пятой рака? Даже Джеймс Уотсон, один из отцов молекулярной биологии, убежден, что ориентированность на метаболизм – более перспективный подход для современных исследований рака, нежели генно-ориентированные методы.

[albert52]

Молекулярно-генетические исследования раковых клеток переживают в последние десятилетия настоящий бум и можно уже гордиться их результатами. Мутационно-онкогенная теория рака осветила многие вопросы патогенеза рака, на основании которых созданы и еще создаются достаточно эффективные лекарства, и как я уже подчеркивал, диагноз рака далеко не всегда сейчас является приговором.

Поэтому я хочу дать очень краткую сводку достигнутых результатов(кого интересуют подробности, могут легко найти их в Интернете). Около 1% генов человека (всего их до 100 000 в клетке, из них активных 20-25 тыс.) так или иначе связаны с канцерогенезом. Мутации в этих генах могут служить предпосылкой для развития неопластического процесса, и они часто обнаруживаются в опухолевых тканях больных и в многочисленных культивируемых раковых линиях клеток. Эти гены делятся на два класса, как по характеру своего действия, так и по типам кодируемых белков. Первый класс - это протоонкогены или доминантные онкогены. Их продукты, как правило, участвуют в позитивном (стимулирующем) контроле клеточного деления и роста. Второй класс составляют супрессоры опухолей или рецессивные онкогены, называемые также антионкогенами. Кодируемые этими генами белки часто являются негативными регуляторами клеточного деления и роста и в норме обладают противоопухолевым эффектом.

В настоящее время, можно с уверенностью утверждать, что генетические нарушения в работе онкогенов и антионкогенов, участвующих в контроле клеточного цикла и в репарации ДНК, являются фундаментальными в патогенезе подавляющего большинства злокачественных опухолей человека.

Для возникновения трансформированного клеточного клона необходимо как минимум 5-9 мутаций в разных онкогенах и антионкогенах. Если учесть скорость мутационных процессов, подобное накопление мутаций в одной и той же клетке представляется событием маловероятным. Очевидно, что на каком-то из промежуточных этапов трансформации опухолевый клон приобретает способность к ускоренному мутагенезу, то есть свойство «геномной нестабильности».

Вывод: суть молекулярно-генетических изменений в опухолях сводится к трём компонентам: 1) активирующие мутации в онкогенах; 2) инактивирующие мутации в антионкогенах; 3) геномная нестабильность.
В результате клетки трансформированного клеточного клона приобретают способность автономно делиться неограниченное количество раз, избегая при этом апоптоза, то есть запрограмированной гибели клеток.

Хочу отметить, что все вышеперечисленное, за исключением в определенной степени геномной нестабильности, характерно и для развития доброкачественных опухолей. Можно конечно возразить, что многие онкогены принимают участие и в дифференцировке клеток. Однако, известно, что частота спонтанных мутаций отдельных генов человека в расчете на один ген крайне низка и составляет одну мутацию на 100 тысяч генов. То есть, с точки зрения мутационно-онкогенной теории для запуска клеточного онкогенеза необходимо или внешнее воздействие, приводящее к мутации генов, или, как я уже упоминал, ускоренный внутренний мутагенез.

Таким образом, с моей точки зрения, современная молекулярная онкология пока не может ответить на два важных вопроса:

- во-первых, когда генные мутации приводят к развитию доброкачественной, а когда к злокачественной опухоли? Описано не так много случаев, когда доброкачественная опухоль переходит в злокачественную, обычно при наследственных формах рака.

- во-вторых, злокачественная трансформация клетки обычно начинается с клеточного атипизма (рак in situ), и только много позже такие клетки начинают интенсивно размножаться. С развитием современных методов диагностики установлено, что случаев таких латентных форм рака намного больше, чем клинически выявленных. Так какую же роль при этом играют мутации онкогенов?

Моя теория дает ответы на эти вопросы. Для начала обратимся к вопросу появления сепаратизма генов инфраструктуры. С чего все начинается?
Наглядный пример: при попадании пищи в рот в крови повышается уровень инсулина и больше глюкозы попадает в эпителиальные клетки желудка. В норме при этом геном ядра посылает медиаторы к митохондриям, они усиливают свою работу и глюкоза даже при медленном гликолизе успевает переработаться. Если, как я уже упоминал, этот механизм не срабатывает, то глюкоза и промежуточные продукты гликолиза накапливаются в клетке. Лактат при этом образуется, но слишком медленно.

Конечно, если бы на месте эпителия оказались анаэробные клетки, то проблемы бы не было. Они бы мигом сожрали эту глюкозу и попросили бы добавки. Но эпителий так не может, поэтому клетка вспоминает, что предки генов инфраструктуры что-то такое могли и просит эти гены помочь. Послушные гены инфраструктуры встряхивают стариной и кое-как (еще нет навыка) справляются с задачей. Второй раз у них получается лучше, а в третий раз даже просить уже не надо. Так клетка своими руками создает генный сепаратизм, а справиться с ним нелегко, спросите у политиков. Даже если взаимодействие между ядром и митохондриями восстанавливается, то часть поступающей в клетки глюкозы проходит по пути быстрого гликолиза и превращается в лактат. Образующейся при этом в клетке энергии не хватает для качественного строительства внутриклеточных органелл и появляется внутриклеточный атипизм. Он выражен умеренно, а тканевой атипизм еще слабее, поэтому такой латентный рак остается в основном проблемой опухолевых клеток, а не организма в целом.

Все меняется, когда начинается индуцированная канцерогенами мутация протоонкогенов. В первую очередь образующиеся онкогены влияют на клеточный цикл и клетки начинают быстро размножаться. Мутация других протоонкогенов в отсутствие размножения клеток микшируется защитными системами клетки. Постоянно делящиеся клетки испытывают большие нагрузки, кроме того, клеткам в процессе деления нужен строительный материал, и в качестве него они могут использовать образующийся в большом количестве лактат. Таким образом, мутации играют на руку генам инфраструктуры, усиливая их сепаратизм. Клетка идет вразнос, возникают мутации протоонкогенов метаболического характера(геномная нестабильность) и защитные системы клеток не успевают нейтрализовывать последствия их действия. Все это приводит к усилению клеточного и развитию тканевого атипизма, т.е. появлению полноценной раковой опухоли.

Кстати, Отто Варбург дожил до 70-го года и когда к нему в лабораторию приходили скептики, он приводил их к электронному микроскопу, показывал полуразрушенные митохондрии и вопрошал: "скажите, пожалуйста, на что способны эти бренные останки?". Он был неправ, так как во-первых, на этой стадии уже действовали онкогены, а во-вторых, митохондрии еще что-то могли, правда все меньше и меньше.

Таким образом, на первый поставленный мной вопрос ответ простой: если клетка не имеет сепаратизма генов инфраструктуры, то активация онкогенов обычно ограничивается только клеточным циклом, то есть развиваются доброкачественные опухоли. Если же сепаратизм в наличии, то мутации генов идут вширь и вглубь, что приводит к развитию клинической формы рака.

[albert52]

Среди онкологов сейчас модна теория опухолевых стволовых клеток (ОСК). Она опирается на 2 факта:

во-первых, клетки большинства органов живут меньше, чем требуется для развития полноценной опухоли. Так твердо установлено пожизненное существование только для нервных клеток и предполагается для клеток миокарда. Клетки скелетных мышц, а также глубокого слоя эпителия желудка и эпителия крипт толстой кишки живут до 15 лет, клетки долек печени - от 300 до 500 дней, костей - до 10 лет, эпидермис кожи - 2 недели. Правда, как предупреждает профессор Гладышев, не стоит обольщаться, что ваша печень полностью обновляется каждый год, а вся кожа легко меняется раз в месяц.

— Часто все упрощают, но в жизни многое происходит по-другому: скажем, некоторые клетки биологически способны обновляться, но по факту такая клетка живет в своем органе и, если убрать ее, то заместится другой клеткой хоть в течение дня, а если не трогать — может сидеть 10 лет и не меняться. Еще бывает, что один и тот же тип клеток в одном месте организма за какое-то время полностью поменялся, а в другом месте живет как ни в чем не бывало. Какие факторы на это влияют, пока во многом остается загадкой внутренней саморегуляции организма.

Как бы это ни было, но стволовые клетки существуют не только в костном мозге, где их впервые обнаружили, но и во внутренних органах. А если есть стволовые клетки, то есть и ниши, в которых они существуют. Специальные клетки ниш следят за их состоянием и при необходимости стимулируют их размножение, причем одна из образующихся клеток остается в нише, а другая выходит наружу и продолжает размножаться дальше.

во-вторых, было установлено, что как в доброкачественных, так и в злокачественных опухолях, например, при лейкозах, раке молочной и предстательной железы, интенсивно размножается только небольшая часть опухолевых клеток, которые имеют маркеры стволовых клеток. Впрочем, в злокачественных опухолях размножающихся клеток намного больше, и даже неразмножающиеся условно дифференцированные клетки сохраняют отчетливый атипизм и могут снова дедифференцироваться.

Мой комментарий: срок жизни нормальных клеток не имеет такого большого значения (если они живут, конечно, больше месяца), так как как только клетки опухоли начинают размножаться, то у них начинается свой отчет времени. А как я уже указывал, для нарушения клеточного цикла бывает достаточно мутации одного или двух протоонкогенов, это тебе не метаболические протоонкогены. А когда клетки выходят из стволовой ниши, то риск мутаций для них резко повышается. Впрочем, сепаратизм генов может развиться и у стволовых клеток, эту возможность я тоже не исключаю.

Кстати, установлен интересный факт: опухолевые клетки на ранних стадиях рака часто имеют больше генных мутаций, чем на более поздних стадиях. Я полагаю, что есть мутации, более сильно сдвигающие равновесие между генами инфраструктуры и надстройки, то есть влияющие на раковую прогрессию, в результате чего клетки с такими мутациями быстрее размножаются и вытесняют другие опухолевые клетки. Так возникают многократно описанные клоны опухолевых клеток.

Вообще, раковые клетки имеют много общего с эмбриональными стволовыми клетками (ESC). Согласно теории ОСК, основная масса опухоли состоит из множества гетерогенных дифференцированных раковых клеток, подпитываемых редкой популяцией ОСК (от 1% до 10%), характеризующихся способностью к самообновлению и дифференцировке. Основная регуляторная сеть для поддержания и самообновления эмбриональных стволовых клеток OCT4, SOX2, KLF4, NANOG и SALL4 аномально экспрессируются в образцах опухолей человека, что свидетельствует о наличии раковых стволовых клеток.

Например, агрессивный рак и ESC имеют общую сигнатуру экспрессии генов, которая включает сотни генов. Поскольку гены ESC не присутствуют в большинстве тканей взрослого человека, они могут быть идеальными кандидатами-мишенями для диагностики и лечения рака. Так, SALL4, член семейства spalt-подобных (SALL) генов (от SALL1 до SALL4) играет важную роль в поддержании плюрипотентных и самообновляющихся свойств эмбриональных стволовых клеток (ESC). После рождения экспрессия SALL4 подавляется и отсутствует в большинстве тканей взрослого человека. Однако SALL4 повторно экспрессируется при различных формах рака.

[albert52]

Подавляющее большинство эпителиальных опухолей (раков) различной органной локализации (легкие, предстательная железа, молочная железа) ограничиваются поражениями in situ, которые могут оставаться недиагностированными в течение жизни человека. Это соответствует моей концепции двухэтапного канцерогенеза (см. выше). Большинство генетических изменений, обнаруживаемых в инвазивных и метастатических опухолях, уже присутствуют в фенотипически еще неизмененных клетках, а также клетках с фенотипом предопухолевых изменений (очаговая гиперплазия, мета- и дисплазия) задолго до развития рака. Ткань с накопленными генетическими и эпигенетическими изменениями определяют как поле канцеризации, или опухолевое поле.

Многоступенчатая геномная модель канцерогенеза начинается с приобретения клеткой одной или нескольких геномных или эпигеномных аберраций, обеспечивающих ее пролиферативное превосходство (см. выше). Затем формируется клональное поле подобных клеток, еще сохраняющих нормальный фенотип и не нарушающих гистоархитектоники ткани. Трансформация нормальных клеток в опухолевые посредством этих механизмов не обязательно означает развитие рака, так как пролиферация опухолевой клетки может быть прервана апоптозом (если его механизмы не повреждены) и тесно связана с работой гена р53. С накоплением генетических изменений, способствующих увеличению пролиферативного потенциала, и нарастанием фенотипических различий между клональными популяциями одна или несколько клеток приобретают признаки злокачественной трансформации – способность к эпителиально-мезенхимальному переходу, инвазии и метастазированию.

Модель предполагает, что клетки, претерпевшие ранние, но не все необходимые для опухолевой трансформации генетические изменения, и составляют поле канцеризации. Примером опухолевого поля являются предопухолевые заболевания, характеризующиеся повышенным риском развития рака, в частности пищевод Барретта (см. ниже).

Среди важнейших факторов формирования опухолевого поля выделяют старение, действие химических, физических мутагенов и хронического воспаления, а среди механизмов формирования поля большое значение имеют метилирование ДНК и дисрегуляция микроРНК. Изменения в стромальном компартменте ткани (экстрацеллюлярном матриксе, клетках соединительной ткани) могут играть ведущую роль в инициации опухолевого процесса, что определяется появлением особого опухоль-ассоциированного фенотипа фибробластов и макрофагов, а также изменением иммунного статуса ткани.

По мнению одних авторов, поле канцеризации ассоциируется с генетическими и эпигенетическими повреждениями эпителия, граничащего с зоной опухолевого роста, в представлении других оно связано с меняющимся характером экспрессии различных сигнальных молекул (протеаз и их ингибиторов, воспалительных медиаторов и хемокинов), зависящим, в свою очередь, от присутствующей линии фибробластов, макрофагов и накапливаемых в ткани Tregs-лимфоцитов, а также от особенностей локального метаболического (в частности при ожирении и сахарном диабете) и гормонального статуса ткани.

В полях канцеризации регистрируются множественные генетические, эпигенетические и хромосомные изменения, происходящие в гистологически неизмененном эпителии. Повышенное метилирование ДНК в промоторной области генов-онкосупрессоров аналогично механизму делеции хромосомных фрагментов и может способствовать последующему развитию опухоли. Эпигенетически могут быть подавлены и гены, участвующие в репарации повреждений ДНК. Признаком полевой канцеризации являются также мутации митохондриальной ДНК, которые обнаруживаются не только в соседствующем с опухолью эпителии, но еще чаще – в клетках стромы. Так как эпигенетическое подавление генов и митохондриальная дисфункция являются признаками старения, они, вероятно, документируют важную связь между возрастным увеличением риска развития рака и событиями полевой канцеризации. Обнаружено и повышенное метилирование микроРНК с предполагаемой онкосупрессивной функцией, в частности в полях рака желудка.

Гистологически в качестве первых признаков формирования опухолевого поля рассматриваются очаги дисплазии и неоангиогенеза, при этом поле может распространяться на весь орган или составлять его часть. Так, установлено, что в подверженных воздействию солнца, но гистологически неизмененных участках кожи (особенно у стареющих людей) в эпидермисе содержится значительное количество клеток с проонкогенными мутациями р53. Эти клетки определяются в виде кластеров, которые могут увеличиваться в размерах с течением времени. Клеточные популяции с мутациями р53 в гистологически неизмененных тканях также были обнаружены при раке других органных локализаций: в эпителии полости рта, слизистой оболочке бронхов, мочевого пузыря и пищевода.

В качестве важнейших проявлений полевой канцеризации рассматриваются высокая частота мультифокальности рака (множественных поражений первичного происхождения одного и того же или различных гистологических типов), а также синхронные или метахронные опухоли, которые чаще остаются неучитываемыми и неоцениваемыми событиями. Существует большая сложность в установлении различий между действительно независимыми первичными поражениями и поражениями, являющимися результатом отдаленного распространения опухоли.

Как правило, при эпидемиологической оценке мультифокальные опухоли одной органной локализации считаются как один вид рака, а предраковые поражения обычно вообще исключаются из статистики рака, поэтому статистика первично-множественных поражений в действительности значительно занижена. Этот вывод подтверждается огромным числом (до 30–40 % случаев) выявления предраковых и злокачественных поражений при аутопсии в случаях смерти от других причин.

[albert52]

Основные положения концепции опухолевог поля были также прослежены на примере плоскоклеточного рака кожи (ПКРК), характеризующегося высокой частотой очагов дисплазии и cancer in situ в перитуморозной зоне. В модели ПКРК концепция полевой канцеризации имеет два важных аспекта для управления канцерогенезом. Во-первых, ПКРК возникает из множественных очагов предраковых изменений, но наличие рака хотя бы одной области сопровождается повышенным риском возникновения рака в других областях. Во-вторых, клинический рецидив ПКРК после полного хирургического иссечения может представлять собой развитие нового первичного рака, и риск рецидива может коррелировать со степенью злокачественности поля. Установлено, что пациенты с ПКРК от двух до девяти анатомических областей имеют двукратно повышенный риск рецидива по сравнению с пациентами с раком одной области. Поражение раком десяти и более областей сопровождается 12-кратным увеличением риска местного рецидива.

Важнейшей движущей силой эпидермального канцерогенеза является ультрафиолетовое (УФ) излучение, которое прямо (при длине волны 290–320 нм) или косвенно (при длине волны излучения 320–400 нм) повреждает ДНК клеток эпидермиса, обусловливая соматические мутации: инактивирующие – в генах-онкосупрессорах и активирующие – в онкогенах. Установлено, что и рак, и актинический кератоз, относящеся к важнейшим предопухолевым изменениям кожи и представляющие собой очаги эпидермальной дисплазии, имеют сходные генетические мутации, среди которых чаще встречается утрата функции генов-онкосупрессоров – ТР53 и NOTCH1, которая определяется в 95 % случаев при ПКРК и в 75 % случаев актинического кератоза. При этом чем больше очагов aктинического кератоза в одной анатомической области, тем выше риск развития ПКРК. Вторым эффектом УФ-излучения, способствующим эпидермальному канцерогенезу, оказывается локальная (местная) иммуносупрессия.

Как уже установлено, показатель иммунного статуса влияет на формирование полей канцеризации при опухолях различной органной локализации. В частности, иммунокоррегирующая терапия приобретает большое значение в лечении очагов лейкоплакии, которая рассматривается как предопухолевое заболевание полости рта.

Воспаление может оказывать как стимулирующее, так и подавляющее влияние на канцерогенез, что определяется фенотипической пластичностью макрофагов, выполняющих различные функции при остром и хроническом воспалении. Так, изменения при тесно связанном с хроническим воспалением актиническом кератозе могут быть эффективно устранены при лечении агонистами толл-подобных рецепторов (TLR), вызывающими мощную острую воспалительную реакцию, которая оказывает подавляющее действие на развитие рака.

В очаге воспаления макрофаги могут дифференцироваться в так называемый «убивающий» фенотип М1, осуществляющий элиминацию микробов и раковых клеток, и «разрешающий» фенотип М2, направленный на разрешение или сдерживание острого токсического воспаления и связанный с «тлеющим» хроническим воспалением, которое способствует опухолевой трансформации. В подтип M2 макрофаги дифференцируются при воздействии противовоспалительных цитокинов: IL-4, IL-10, IL-13 или трансформирующего фактора роста бета (TGF-β).

В целом активированные макрофаги M1 проявляют бактерицидную, иммуностимулирующую и подавляющую опухоль активность, в то время как макрофаги M2 участвуют в разрешении воспаления, процессах ремоделирования ткани и играют протуморогенную роль. Опухолевая микросреда, характеризующаяся как гипоксическая, обусловливает активацию генов, ответственных за фактор, индуцируемый гипоксией 1-альфа (HIF-1), являющийся, в свою очередь, модулятором поляризации макрофагов в M2 фенотип.

[albert52]

Наш дальнейший рассказ начнем с описания одного конкретного случая рака, а именно развитию аденокарциномы на фоне пищевода Барретта (ПБ).

Пищевод Барретта представляет собой состояние, при котором метапластический цилиндрический эпителий замещает многослойный плоский эпителий, в норме выстилающий дистальный отдел пищевода. Название это скорее ироническое, поскольку дано по имени английского хирурга Нормана Барретта (Norman Barrett), который в своей работе (1950) утверждал, что пищевод не может быть выстлан цилиндрическим эпителием. Пищевод Барретта имеет клиническое значение, т. к. тесно связан с желудочно-пищеводным рефлюксом и, в меньшей степени, с дисплазиями и аденокарциномой пищевода и пищеводно-желудочного перехода.

Метаплазия клеток нижней части пищевода рассматривается, как состояние, вызванное хроническим кислотным повреждением, эзофагит, и не является очерченным заболеванием. У 80-90% пациентов с ПБ преобладает смешанный кислотно-билиарный рефлюкс и основным фактором, определяющим развитие ПБ является многолетний анамнез ГЭРБ: при длительном воздействии кислоты и компонентов желчи на слизистую оболочку пищевода стволовые эпителиальные клетки, расположенные по ходу базальной мембраны плоского эпителия и протоков эзофагеальных желез, могут дифференцироваться не в характерный для пищевода многослойный плоский эпителий, а в более устойчивый к воздействию кислоты и желчных кислот цилиндрический эпителий.

Так, кишечная метаплазия секретирует анионы, включая бикарбонат, на уровнях, более чем в пять раз превышающих уровень плоскоклеточного эпителия пищевода, а также выделяет густую прилипшую слизь. Секреция слизи может нарушаться в пищеводе Барретта при повышенном риске прогрессирования до аденокарциномы пищевода, в том числе с признаками хромосомной нестабильности и анеуплоидии.
Клетки пищевода Барретта имеет плотные соединения клаудин-18, которые обеспечивают большую защиту от проникновения кислоты, чем дефицитные клаудин-18 плотные соединения плоского эпителия пищевода, а также сверхэкспрессирует гены, участвующие в защите и восстановлении слизистой оболочки ,

Отметим морфологическую гетерогенность сегмента ПБ: в его пределах могут одновременно обнаруживаться различные варианты метаплазированного цилиндрического эпителия - кардиального отдела и дна желудка, и кишечный эпителий. Дисплазия и развитие рака у пациентов с пищеводом Барретта напрямую связаны в основном с кишечной метаплазией. Правда существуют два вида кишечной метаплазии (КМ) – полная (тонкокишечная), содержащая интестинальные эпителиоциты и клетки Панета и неполная (толстокишечная), содержащая только бокаловидные клетки. Неполная толстокишечная метаплазия обладает наибольшим злокачественным потенциалом.

У пациентов с эндоскопически выявляемым пищеводом Барретта желудочно-пищеводный рефлюкс чаще осложняется изъязвлением, образованием стриктур пищевода и кровотечением.

Дисплазия у больных с пищеводом Барретта описывается как неопластическое повреждение цилиндриндрического эпителия, ограниченное базальной мембраной желез. Дисплазия может быть обнаружена на ранней стадии развития, когда она ограничена основанием крипты, что ставит под сомнение теорию о том, что ранние неопластические поражения in situ не могут подвергаться поверхностному созреванию. При ПБ дисплазия начинается в базальных клетках крипт, а затем распространяется дальше по криптам с неопластической прогрессией.
ПБ является гиперпролиферативным и обладает клональными молекулярными аберрациями, многие из которых возникают до появления морфологической дисплазии. Например , аномалии содержания ДНК присутствуют в до 30 % морфологически недиспластических биоптатов ПБ.

Пациенты с ПБ, у которых были обнаружены цитологические изменения глубоких крипт, свидетельствующие о дисплазии, но с поверхностным созреванием, продемонстрировали риск злокачественного новообразования, аналогичный риску у пациентов с обычной дисплазией низкой степени. Дело в том, что молекулярные пути, которые контролируют клеточную дифференцировку, отличаются от тех, которые контролируют клеточную пролиферацию (внимание!!!). Предполагается, что стволовые клетки крипт и транзитные амплифицирующиеся клетки наиболее подвержены неопластическим изменениям из-за их пролиферативного потенциала.

В конечном итоге дисплазия крипт диагностируется при обнаружении явно диспластических эпителиальных клеток, ограниченных основаниями крипт, независимо от состояния поверхностного эпителия.

В последние годы на смену понятию "дисплазия" приходит новое - интраэпителиальная неоплазия (ИН). По гистологическим признакам различают дисплазию высокой и низкой степени, в зависимости от уровня нарушения архитектоники желез, полиморфизма и полярности ядер. Так, при дисплазии III степени – клеточная атипия представлена различной величиной и формой клеток и их ядер, гиперхромией ядер, увеличением числа фигур митоза, наблюдаются нарушение архитектоники желез. В среднем, в течение 20-23 лет дисплазия высокой степени развивается у 20-25% больных с КМ и степень риска коррелирует с длиной сегмента ПБ. Дисплазия высокой степени (тяжелая) в трети случаев ассоциирована с уже существующей аденокарциномой.

При наличии дисплазии эпителия ПБ риск малигнизации варьирует в зависимости от степени дисплазии и ее распространенности (количества ее очагов)
- при низкой степени дисплазии – 0,8-1,9% в год;
- при высокой степени дисплазии – 6-12,2% в год;
- при наличии мультифокальной дисплазии эпителия ПБ риск развития аденокарциномы оказывается в 3 раза выше, чем при унифокальной.

У части больных заболевание может длительное время не прогрессировать и лишь у небольшого процента (6% - 25%) пациентов с ПБ с дисплазией эпителия низкой степени развивается дисплазия высокой степени и затем рак. Описаны случаи, когда у пациентов с пищеводом Барретта и высокой степенью дисплазии в течение многих лет не выявлялось никаких признаков злокачественной трансформации. Однако быстрое развитие инвазивного рака встречается довольно часто; рак пищевода имеет тенденцию к метастазированию и нередко является инкурабельным.

Влияние ожирения на развитие ПБ при ГЭРБ опосредовано двумя независимыми факторами: повышением внутрибрюшного давления с учащением гастроэзофагеальных рефлюксов кислоты и желчи в просвет пищевода и синтезом клетками жировой ткани провоспалительных цитокинов, таких как лептин и другие адиполептины.
Существуют данные, что лептин усиливает воздействие кислоты на эпителий при ПБ и индуцирует дозозависимое усиление его пролиферации (до 65% от исходной). При ожирении происходит значительное увеличение содержания периэзофагеальной жировой ткани, из которой освобождаются вышеперечисленные цитокины, которые способствует развитию воспалительных и пролиферативных изменений в слизистой оболочке пищевода.

Известно, что повышение концентрации лептина, синтезируемого в чрезмерных количествах при абдоминальном ожирении у мужчин, коррелирует с ростом частоты ПБ и АКП у мужчин. Данный факт объясняет многократное преобладание мужчин среди заболевших аденокарциномой: при индексе массы тела (ИМТ) более 30 у мужчин риск развития АКП пищевода возрастает в 16 раз по сравнению с мужчинами, имеющими ИМТ менее 22.

Абдоминальное ожирение, помимо стимуляции гастроэзофагеального рефлюкса, все чаще признается как вызывающее состояние системного воспаления низкого уровня, характеризующегося повышенными уровнями провоспалительных цитокинов и рецепторов, таких как IL-6, TNF-альфа и sTNF-ß, альфа-рецептор 2 и С-реактивный белок.

В свою очередь, хроническое состояние системного и локализованного воспаления и окислительного стресса способствует повреждению ДНК, клеточной пролиферации и укорочению теломер, что может увеличить риск развития клонов, содержащих небольшие и крупные геномные изменения, что в конечном итоге приводит к хромосомной нестабильности и аденокарциноме пищевода.

Что касается H. pylori, то обнаружена обратная связь между инфекцией H. pylori и аденокарциномой пищевода; аналогичная обратная зависимость наблюдается в пищеводе Барретта, в основном из-за атрофических процессов в желудке, сопровождающихся снижением выделения соляной кислоты. Механизм увеличения риска аденокарциномы при употр***ении табака может быть связан с увеличением повреждений ДНК, встречающихся в слизистой оболочке Барретта у курильщиков по сравнению с некурящими.

Применение статинов (снижают уровень холестерина) приводит к снижению риска прогрессирования до комбинированных конечных точек дисплазии высокой степени / аденокарциномы на 43%.. Способствует заболеванию также диета с низким содержанием овощей и фруктов.
Антирефлюксная хирургия не снижает риск рака у пациентов с ГЭРБ или пищевода Барретта. Более того, у некоторых пациентов, получавших лечение мощными антирефлюксными препаратами (блокаторы протонной помпы) или перенесших антирефлюксное хирургическое вмешательство, в пищеводе появляются пятнистые зоны, где плоский эпителий растет поверх цилиндрического.

В целом у пациентов с эндоскопически выявляемым пищеводом Барретта частота злокачественной трансформации составляет 0,8 % (1 случай на 125 больных в год), что в 40 раз выше, чем в остальной популяции.

[albert52]

Как я уже упоминал, стволовые клетки пищевода, будучи частично комиттированными, под воздействием кислоты и компонентов желчи могут дифференцироваться не в плоский, а в более устойчивый цилиндрический эпителий. Промежуточной стадией, вероятно, является формирование полиморфного эпителия, имеющего ультраструктурные и цитохимические черты как плоского, так и цилиндрического эпителия.

В ассоциированном с Барреттом онкогенезе окислительное фосфорилирование (ОФ) и гликолиз перепрограммируются на ранней стадии последовательности заболевания, причем ОФ положительно связано с экспрессией р53, а гликолиз отрицательно. р53 подавляет активность ключевых компонентов гликолиза, шунтируя промежуточные продукты высокой энергии в пентозофосфатный путь. Кстати супрессор опухолей р53 играет ключевую роль в защите от рака (эволюционно он сформировался как своего рода "намордник" для генов инфраструктуры). В физиологических условиях вновь синтезированный р53 быстро подвергается убиквитинированию и деградации, что приводит к «бесполезному циклу» и очень низкому «устойчивому» уровню белка.

ТлКМ (толстокишечная метаплазия) является фоном для развития ИН и характеризуется экспрессией мутантного р53 (окислительно-индуцированное повреждение и мутации в гене р53, аннулирующие роль р53 как контрольной точки пролиферации и апоптоза), что делает ее прогностически менее благоприятной. Мутация TP53 важна для самых ранних диспластических клонов.

Также на стадии ИН член семейства NF-κB RelA (или p65) транспортируется в митохондрии и рекрутируется в митохондриальный геном, где он может подавлять экспрессию митохондриальных генов, снижать потр***ение кислорода и клеточные уровни АТФ, тем самым способствуя переключению на гликолиз.

Переход от ИН к аденокарциноме (АК) в ПБ сопровождается усилением пролиферации и относительным снижением апоптоза. Такие изменения в балансе между пролиферацией и апоптозом приводят к накоплению мутаций в опухолевых клетках и к прогрессии опухоли (см. выше).

Потеря способности аккумулировать клаудины (белки адгезии) в области плотных контактов (ПК) в аденокарциноме на фоне ПБ приводит к исчезновению плотных контактов и способствует прогрессии опухоли (пролиферации, инвазии и метастазированию. Синтез данного белка в цитоплазме происходит, но из-за дисфункции цитоскелета нарушается его транспортировка в зону ПК.

Повышенная экспрессия HIF1α и HIF2α была продемонстрирована во всей последовательности метаплазия-дисплазия-аденокарцинома. Барретт-ассоциированное воспаление с помощью канонических провоспалительных медиаторов, таких как интерлейкин-6 (IL6), IL1β и сигнальный преобразователь и активатор транскрипции 3 (STAT3), дополнительно усугу***ет воспаление и способствует AК. Также фактор транскрипции (TF) NF-κB (ядерный фактор "каппа-би") является ключевым медиатором воспаления и способствует выработке IL1β и TNF, причем TNF (Tumor necrosis factor) стимулирует гликолиз.

Вообще, в процесс канцерогенеза ПБ вовлекаются множество генов супрессоров опухолевого роста (р53, р16, FHIT, Rb, АРС), регуляторов клеточного цикла (Cyclin D1, MDM2), факторов роста (EGF-R, TGF-A, с-егЬВ2) и молекул клеточной адгезии (E-cadherin, P-cadherin, a-catenin, p-catenin), а также протеаз (UPA). Все это отражает сложность и противоречивость как канцерогенеза вообще, так и при ПБ в частности.

Геномная нестабильность, по-видимому, является фундаментальным свойством неопластической прогрессии, которая развивается до появления рака. Хромосомная нестабильность является наиболее распространенным доказанным источником нестабильности генома при раке человека, и ее лучше всего оценить при раке толстой кишки, где она составляет около 75-85% генетической нестабильности, приводящей к раку, по сравнению с нестабильностью микросателлитов, которая включает в себя оставшиеся 15-25%.
В настоящее время имеется большое количество данных, свидетельствующих о том, что большинство аденокарцином пищевода возникает в связи с процессом получения или потери целых хромосом или больших частей хромосом. Недавнее исследование аденокарцином пищевода показало в среднем 97 изменений числа копий (в диапазоне 23-208) на рак, размер которых варьировался от небольших гомозиготных делеций до больших областей хромосом.

Пятилетняя кумулятивная заболеваемость аденокарциномой пищевода составила 79,1% у людей с 9р LOH (потерей гетерозиготности), 17р LOH и аномалией содержания ДНК (тетраплоидия и анеуплоидия) в начале исследования, тогда как у тех, у кого этого не было, был нулевой процент кумулятивной заболеваемости почти восемь лет после базовой эндоскопии. А на долю микросателлитнрй нестабильности приходится примерно 5% аденокарциномы пищевода. Можно сделать вывод. что мутация и метилирование CDKN2A (гена ингибитора циклинзависимой киназы 2A), 9p LOH и 17p LOH, мутации TP53 были драйверами для клональной экспансии предопухолевых клеток. Напротив, все микросателлитные сдвиги и другие события LOH вели себя как нейтральные мутации.

Ведущим кандидатом на химиопрофилактику аденокарциномы пищевода в настоящее время является аспирин; использование аспирина и других нестероидных противовоспалительных препаратов (НПВП) было связано со значительно сниженным риском перехода пищевода Барретта в аденокарциному. Отмечено также значительное уменьшение общей площади пищевода Барретта среди тех, кто принимал целекоксиб (антагонист СОХ-2 и простагландинов).

Добавлено через 1 час 7 минут
Все вышеизложенное по пищеводу Барретта подтверждает мою двухстадийную концепцию канцерогенеза. Дисплазии на фоне КМ соответствуют первой стадии, когда часть генов перестраивает свою деятельность с целью на фоне хронического воспалительного стресса минимизировать функции клетки. Другая, преобладающая часть генов с помощью мощных защитных систем позволяет, так сказать, сохранять клетке лицо.

Когда начинаются мутации этой части генома, особенно среди генов - супрессоров, то в защитных рядах возникают пробоины и клетка начинает деградировать. Среди первой части генома, я называю их генами инфраструктуры, тоже могут возникать мутации, но тогда клетка обычно быстро погибает. Чем сильнее выражены мутации, тем агрессивнее поведение уже раковой клетки, вплоть до стадии лангольеров (см. выше).

Я не придерживаюсь взгляда, что раковые клетки развиваются непосредственно из стволовых клеток. Уже по поводу ПБ я указывал, что зрелый эпителий возникает из частично комиттированных клеток, то есть уже не совсем стволовых. В стрессовых ситуациях, обычно предшествующих дисплазии или, как сейчас правильнее говорить, интраэпителиальной неоплазии(ИП), перед этими клетками стоит та же дилемма, как перед товарищем Суховым, помереть сразу или помучиться. Если клетка выбирает "помучиться", то она должна как-то дифференцироваться. Что она и как - то делает, хотя на высоких стадиях ИП морфологически она уже почти ничем не отличается от раковой. Только молекулярные онкомаркеры позволяют их кое-как различить.

По поводу терминологии. В специальной литературе употребительны термины гены домашнего хозяйства и гены роскоши. Гены домашнего хозяйства кодируют белки-ферменты, которые принимают участие в жизненно важных для клетки метаболических процессах. К ним относятся обеспечение процессов: репликации (удвоения) ДНК, транскрипции, трансляции, а также анаболизма и катаболизма (гликолиз, цикл Кребса, глюконеогенез, расщепление белков, жиров и углеводов, биосинтез аминокислот и нуклеотидов и т. д.). Это понятие шире понятия генов мнфраструктуры, так как гены домашнего хозяйства неспецифичны и могут работать как под руководством генов инфрастуктуры, так и генов надстройки (роскоши).

Что же касается генов роскоши, то мне чудится в этом названии какой-то идеологический подтекст. Так можно оправдать даже канцерогенез, когда гены инфраструктуры, в трудных условиях борющиеся за выживание клетки, могут испывать нечто вроде классовой ненависти к генам, расточительно с их точки зрения тратящих драгоценные ресурсы. Мое название "гены надстройки" более нейтрально и филогенетически правильнее, а то классовая борьба, как показывают история и онкология, к ничему хорошому не приводит.

[albert52]

Следующим у нас идет рак желудка.

Из трех основных типов злокачественных опухолей желудка, аденокарциномы желудка (GC), неходжкинской лимфомы и стромальных опухолей желудочно-кишечного тракта, приблизительно 95% составляют GC, который остается одним из наиболее часто диагностируемых видов рака в мире. У мужчин риск развития РЖ в два раза выше, чем у женщин, 18% случаев РЖ связаны с курением табака; обычно его диагностируют в возрасте 60–80 лет. Наблюдается 5-кратное увеличение риска РЖ в результате комбинированного действия алкоголя и курения.

Опухоли чаще возникают в антруме или нижней трети желудка, наиболее часто на малой кривизне. Некоторые из таких опухолей многоцентровые. Их локализация, видимо, меняется с возрастом, с увеличением проксимальных опухолей и снижением их в антруме.

РЖ подразделяют на 2 основные категории: ранний (early carcinoma) и распространенный (advanced carcinoma). К раннему относят рак, поражающий слизистую оболочку желудка или подслизистый слой, независимо от наличия или отсутствия метастазов в лимфатических узлах, которые можно диагностировать лишь гистологически. Так, важными гистологическими признаками внутрислизистой инвазии являются одиночные опухолевые клетки в собственной пластинке и значительное слияние опухолевых желез разных размеров. При нем 5-летняя выживаемость находится в пределах 90-100 %, тогда как при запущенном РЖ всего 5-20%.

Процесс опухолевой трансформации клеток до первых клинических проявлений РЖ длительный, многоэтапный. Продолжительность «естественной эволюции» РЖ составляет 15-25 лет, что обусловливает возможность его диагностики на ранней стадии, которая может продолжаться с момента обнаружения заболевания от 6 мес до 10 лет и более. Лица с высокой степенью риска заболевания РЖ, у которых морфологически была диагностирована тяжелая интраэпителиальная неоплазия (дисплазия) эпителия, подлежат динамическому наблюдению с обязательным проведением рентгеноскопии и гастроскопии не менее чем 2 раза в год.

РЖ - очень гетерогенное заболевание с морфологической и молекулярной точек зрения. Существующие в настоящее время многочисленные гистологические и молекулярные классификации отражают такую ​​гетерогенность.
На практике применяется ставшая классической классификация, предложенная в 1926 г. R. Borrmann. В этой классификации определены критерии четырех анатомических типов роста распространенного рака:
• тип I - полиповидный тип, обладающий экзофитным ростом в просвет желудка;
• тип II - экзофитный изъязвленный тип опухоли, характеризующийся изъязвлением с приподнятыми краями и четкими границами - так называемый блюдцеобразный рак;
• тип III - язвенно-инфильтративный тип, имеющий вид изъязвления, без четких границ с окружающей слизистой оболочкой желудка и с интрамуральной инфильтрацией желудочной стенки;
• тип IV - диффузно-инфильтративный (infiltrative) тип, распространяющийся поверх -ностно в слизистой и подслизистой оболочке с образованием плоских поражений с наличием мелких изъязвлений или без них. В распространенной стадии образуется диффузное циркулярное утолщение стенки желудка (скирр) на значительном протяжении по типу «кожаной бутылки», зачастую с минимальными изменениями в слизистой оболочке.

Гистологическое строение РЖ отличается многообразием форм аденокарциномы, происходящей из камбиальных эпителиальных клеток слизистой желудка, находящихся в области перешейка желудочных желез. Размножаясь эти клетки как поднимаются в зону покровного эпителия, так и спускаются в главную часть желез; этим железы желудка напоминают крипты толстой кишки.
Во многих случаях обнаруживаются сочетания различных гистологических форм РЖ. По мере инвазии карциномы в глубь стенки желудка комплексы опухолевых клеток зачастую утрачивают дифференцировку и предстают в виде мелких лимфоцитоподобных клеток, образуя тяжи и мелкие трубчатые структуры.

Кардиальная GC делится на две различные этиологические сущности: GC кардии, подобной пищеводу, которая связана с гастроэзофагеальным рефлюксом, курением и диетой и часто встречается в регионах с низким риском GC, и дистальной желудочно-подобной GC кардии, связаной с наличием H. pylori и атрофией слизистой, и является наиболее частым вариантом GC кардии в регионах с высоким риском GC. Аденокарциномы кардии в целом агрессивны и имеют плохой прогноз.

GC некардиального типа в соответствии с классификацией Лорена подразделяются на кишечный, диффузный, смешанный и недетерминированный подтипы. GC кишечного типа характеризуется образованием железистых структур, дистальной локализацией в желудке и обычно встречается у пожилых людей. Она также чаще встречается у мужчин и у лиц с более низким социально-экономическим статусом. Этому типу GC часто предшествует предраковая фаза, которая начинается с перехода нормальной слизистой оболочки в мультифокальный атрофический гастрит. Это первоначальное гистологическое изменение сопровождается кишечной метаплазией, дисплазией и, наконец, аденокарциномой.

Высокая пролиферативная активность клеток «кишечного» рака определяет высокую скорость их роста. Быстрое клиническое течение рака интестинального типа определяет его ранние клинические проявления, а тесная связь клеток ведет к меньшей инвазивности, чем обеспечивается возможность радикальной операции.
Так, интестинальные опухоли, как правило, являются экзофитными, часто изъязвляются, ассоциированы с гастритом тела желудка, с атрофией и кишечной метаплазией. Кишечный тип рака состоит из клеток, формирующих железы; четко формируемые железы формируют высокодифференцированную карциному, а смазанные железы – как низкодифференцированную аденокарцинома.

Диффузный тип рака обладает более низкой пролиферативной активностью, что определяет длительность латентного течения таких опухолей. Слабая связь клеток друг с другом ведет к высокой инвазивности диффузного рака, что определяет больший объем радикального оперативного вмешательства и объясняет более низкий процент 5-летней выживаемости. Такая опухоль быстро проникает в стенку желудка и обычно приводит к утолщению, не будучи видимым в виде язвы (как при кишечном раке желудка). Вариантом диффузного типа является перстневидноклеточная аденокарцинома, опухолевые клетки которой содержат обильный цитоплазматический муцин, смещающий ядро ​​к периферии.

Развитие рака желудка диффузного типа (РЖК) инициируется отслоением опухолевых клеток вокруг пролиферативной зоны эпителия. В то время как клетки, отслоившиеся с апикальной стороны эпителия, теряются в просвете, базально отслоившиеся клетки могут образовывать скопления в собственной пластинке слизистой. Ослабленная функция слипчивых соединений может привести к базально-клеточному расслаиванию либо за счет экструзии (выдавливания) клеток соседними клетками, либо за счет дезориентации оси клеточных делений.
Расслаивание клеток может быть вызвано селективной потерей E-кадгерина в отдельных клетках внутри здорового эпителиального слоя, при этом нарушение регуляции кадгерин-опосредованной адгезии блокирует апикальную экструзию (вовне).

GC диффузного типа плохо дифференцируется, поражает более молодых людей и тесно связана с генетической предрасположенностью (вариант наследственного диффузного GC, который связан с мутациями зародышевой линии в CDH1, гене, кодирующем E-кадгерин). Кроме того, она не связана с формированием предраковых поражений и, как было установлено, распостраняется на всю поверхность желудка. Этот тип GC одинаково присутствует у представителей обоих полов и связан с худшим прогнозом по сравнению с GC кишечного типа.

Смешанный РЖ, определяемый двойным паттерном дифференцировки - железистая / солидная (кишечная) и изолированно-клеточная карцинома (диффузная) демонстрирует двойную метастатическую картину (гематогенные метастазы и перитонеальное распространение с метастазами в лимфатические узлы), предполагая кумулятивный эффект н***агоприятного поведения кишечного и диффузного GC.

[albert52]

Отметим, что гетерозиготные мутации зародышевой линии неоднократно обнаруживались в гене E-кадгерина ( CDH1 ) и гене α-катенина ( CTNNA1 ), что вызывает их инактивацию и, следовательно, снижение сцепления клеток (см. выше). Мутации этих генов считаются главной причиной HDGC ( наследственный диффузный рак желудка). У людей с мутацией в гене CDH1 пожизненный риск диффузного рака желудка оценивается к 80 годам от 67% до 70% для мужчин и от 56% до 83% для женщин. Женщины с мутацией в гене CDH1 имеют также к 80 годам примерно от 39% до 52% риска развития дольчатого рака молочной железы.

Е-кадгерин представляет собой кальций-зависимый трансмембранный гликопротеин, который взаимодействует с внеклеточным доменом с образованием адгезивных соединений, в то время как цитоплазматические домены соединяются с цитоскелетом через β- и α-катенин, чтобы механически соединять актомиозиновые цитоскелеты соседних клеток. Этот белок контролирует эмбриогенез, наблюдает за ростом клеток, регулирует созревание клеток и поддерживает целостность эпителия и архитектуру ткани.
Комплекс cadherin-catenin также служит сигнальной платформой благодаря ассоциации с многочисленными дополнительными белками, включая рецепторы факторов роста и др. сигнальные молекулы. Таким образом, слипчивые соединения регулируют огромное количество внутриклеточных сигнальных путей , а также организацию актомиозинового цитоскелета.

Интересно, что FOCAD, белок, участвующий в фокальной адгезии, также активировался у мутантов, указывая на возможный механизм компенсации, когда межклеточная адгезия была нарушена с потерей функции CDH1. С другой стороны, активируемый белок ASPN находится в строме опухоли и способствует совместной инвазии фибробластов, ассоциированных с раком, и раковых клеток.

Обычно каждая клетка имеет по 2 копии каждого гена: 1 унаследован от матери и 1 унаследован от отца. HDGC следует аутосомно-доминантному типу наследования, при котором мутация происходит только в 1 копии гена. Это называется мутацией зародышевой линии. Следовательно, ребенок, у которого есть родитель с мутацией, имеет 50% шанс унаследовать эту мутацию.

Средний возраст начала HDGC у носителей мутации - 38 лет (диапазон от 14 до 69 лет), если затронутые семьи соответствуют указанным ниже критериям показаний, частота обнаружения мутаций в CDH1 составляет 25-50%. Поэтому мутации в этом гене, вероятно, не единственная причина семейной диффузной карциномы желудка.
В семьях с признаками мутаций риск заболевания низок до 20 лет, поэтому профилактическая гастрэктомия рекомендуется носителям в возрасте от 20 лет (исключения в особенно раннем возрасте появления в семье). В подвергшихся воздействию семьях без признаков мутации результаты патологической биопсии (гастроскопия один раз в год, 30 биопсий) являются показанием для гастрэктомии.

[albert52]

В группу риска развития РЖ следует отнести лиц, с детского возраста имеющих высокие показатели обсемененности слизистой оболочки H. pylori или страдающих заболеваниями, ассоциированными с хеликобактериозом; пациентов, в течение значительного времени страдающих хроническим гастритом (как с пониженной, так и с нормальной или повышенной кислотностью), аденомами (аденоматозными полипами), язвенной болезнью желудка, пернициозной анемией, с резецированным желудком, болезнью Менетрие, а также в случае семейной предрасположенности к РЖ.

Так как в здоровой слизистой оболочке рак практически не возникает, в последние годы сформировалось представление о предраковой патологии желудка, в спектре которой Н. pylori-ассоциированный хронический гастрит занимает центральное место. Впрочем, хотя инфекция H. pylori была признана наиболее важным фактором риска развития GC и классифицирована Всемирной организацией здравоохранения в 1994 году как канцероген класса 1, этиология GC также включает факторы хозяина и окружающей среды. Об этом свидетельствует тот факт, что только у 1–3% пациентов, инфицированных H. pylori, развивается GC, и что прогрессирование до GC у некоторых субъектов происходит даже после уничтожения бактерии.

Имеются данные, что персистенция инфекции Н. pylori увеличивает риск развития рака желудка в 4-9 раз, особенно в случаях инфицирования в детском возрасте; в целом до 80% аденокарцином желудка связаны с Н. pilori-ассоциированным хроническим атрофическим пангастритом. Сообщается, что атрофический гастрит регрессирует в течение одного или двух лет после успешной эрадикации H. pylori. Впрочем, современные представления состоят в том, что Н. pylori скорее действует в качестве промотора, чем инициатора желудочного канцерогенеза.

При инфекции экспрессия эпителиальными клетками IL-8 запускает цитокиновый провоспалительный каскад. Мобилизованные моноциты и нейтрофилы экспрессируют, в свою очередь, IL-10, являющийся одним из мощнейших ингибиторов кислотообразования. Таким образом, IL-10 потенцирует воспалительные изменения в слизистой оболочке и вызывает достаточно выраженную гипохлоргидрию, облегчающую колонизацию Н. pylori в желудке.

Helicobacter pylori - грамотрицательная бактерия, поражающая почти 50% населения человека. В слизистой оболочке желудка большая часть Helicobacter pylori находится в слое слизи, но они также могут прикрепляться к эпителиальным клеткам, что приводит к поддержанию, распространению и серьезности инфекции. Инфекция H. pylori была связана с развитием ряда заболеваний, включая язвенную болезнь (10%), некардиальную GC (1-3%) и лимфому, ассоциированную со слизистой оболочкой желудка (MALT) (<0,1 %).

Более того, эта бактерия ассоциирована с тремя различными фенотипами у инфицированного хозяина:
(1) гастрит с преобладанием поражения дна и тела желудка, который может привести к атрофическому гастриту, гипохлоргидрии и развитию GC; при фундальном и мультифо -кальном гастритах у 1% пациентов ежегодно развивается рак желудка и практически не встречаются дуоденальные язвы.
(2) фенотип язвы двенадцатиперстной кишки, при котором гастрит с преобладанием антрального отдела желудка приводит к повышенной секреции кислоты желудочного сока. Впрочем отмирание париетальных клеток без последующей регенерации начинается в антральном отделе желудка. В нём обнаруживают первичные очаги атрофии. Со временем болезнь прогрессирует, функционирующие железы заменяются кишечным слоем эпителия. Атрофический антральный гастрит при длительном течении опасен перерождением изменённых участков в злокачественную опухоль.
(3) доброкачественный фенотип, при котором бактериальная инфекция вызывает легкий смешанный гастрит, который оказывает незначительное влияние на выработку кислоты желудочного сока.

Также степень воспалительной реакции на H. pyloriв в значительной степени определяется полиморфизмом генов хозяина, кодирующих цитокины и рецепторы цитокинов. Так у лиц с провоспалительным генотипом IL-1 риск РЖ был в 87 раз выше.

Отметим, что на фенотип Н. pylori-accoцииpoванного гастрита влияет секреция соляной кислоты. Если ее уровень низкий, Н. pylori может колонизировать любой отдел желудка, при сохранной (повышенной) кислотности единственным местом, где может выжить микроорганизм, является антральный отдел, для которого характерны более низкие значения рН. В этом случае ведущую роль в развитии конкретного фенотипа будет играть возраст, в котором произошло заражение, поскольку для детей более характерно состояние гипоацидности, а для взрослых - нормацидности.

Поверхностный гастрит с фундальной или мультифокальный локализацией приводит к потере желудочных желез с замещением их фиброзной тканью или (что более типично) метаплазированным эпителием. Именно этот вариант гастрита создаст фон для карциномы кишечного типа.

Динамическое наблюдение за больными, инфицированными Н. pylori, позволило выделить две формы хронического гастрита - хронический поверхностный и хронический атрофический, являющиеся, по сути, последовательными этапами развития хронического геликобактерного гастрита. С другой стороны, большинством специалистов, занимающихся вопросами геликобактерноза, выделяются два фенотипа геликобактерного гастрита - классический антральный и фундальный (мультифокальный). Именно топографические особенности гастрита, а не выраженность воспаления определяют клинические последствия инфицирования Н. pylori.

Взаимодействия хозяина и H. pylori в основном опосредуются факторами вирулентности, прежде всего CagA (цитотоксин-ассоциированный бактериальный белок А), обнаруживаеый только в высоковирулентных штаммах, с частотой от 90 до 95% в странах Восточной Азии и около 40% в странах Запада. CagA, попадая внутрь клетки хозяина, вызывает гипермобильность и морфологические изменения в эпителиальной клетке типа так наз. «фенотипа колибри», напоминающий фенотип клеток, обработанных некоторыми факторами роста.
Именно Cag-A-позитивные штаммы Н. pylori инициируют более высокий уровень пролиферации эпителиоцитов за счет длительной активации пути Ras / ERK MAPK. При этом уровень апоптоза не успевает за пролиферацией, возникает дисбаланс между гибелью клеток и их размножением, что увеличивает возможность "выживания" мутаций, имеющих канцерогенный потенциал.

Увеличение частоты мутаций из-за гиперпролиферации вместе с состоянием хронического воспаления согласуется с определением туморогенеза как «никогда не заживающей раны». В самом деле, хорошо известно, что инфекция H. pylori индуцирует продукцию сильных провоспалительных цитокинов различными типами клеток. Отчасти это объясняется более активной экспрессией IL-8 Cag-А-позитивными штаммами Н. pylori, а следовательно, и более выраженным воспалением. Этот цитокин увеличивает ангиогенез, ЭМП, ремоделирование внеклеточного матрикса и активацию макрофагов. Отметим, что высокая концентрация соли в пище повышает экспрессию cagA для некоторых штаммов H. pylori с уникальным ДНК-мотивом.

Н. pylori приобретается в начале жизни, большинство людей заражается в возрасте до 10 лет при контакте с близкими, которые являются общим источником инфекции. Было высказано предположение, что раннее заражение может быть связано с широким спектром патологий, связанных с инфекцией H. pylori, и с очень устойчивыми уровнями заболеваемости GC в генетически восприимчивых популяциях, которые мигрировали в развитые страны. При отсутствии антибактериальной терапии H. pylori инфекция обычно сохраняется на всю жизнь.
Способность H. pylori выживать и колонизировать желудок связана с рядом механизмов. Самое главное: H. pylori в отличие от других бактерий вырабатывает большое количество фермента уреазы, гидролизующего мочевину до аммиака, который впоследствии взаимодействует с ионами водорода в желудке с образованием аммония. Можно еще отметить "недоступность" бактерии для антител в слое желудочной слизи, невозможность выделения IgG в просвет желудка при относительном дефиците секреторных IgA, а также "антигенную мимикрию" Н. pylori.

Дополнительные факторы вирулентности H. pylori включают babA2, который кодирует бактериальную адгезию с эпителиальными клетками желудка, позволяя проникать бактерии внутрь железы, и вакуолизирующий цитотоксин А, который кодируется геном vacA . Штаммы H. pylori , несущие некоторую комбинацию генов babA2 , cagA и vacA , были связаны с самым высоким риском развития кишечной метаплазии.
Отметим также адгезин, связывающий сиаловую кислоту (SabA) и внешний воспалительный белок (OipA), которые, по-видимому, связываются с рецепторами на поверхности эпителиальных клеток желудка, что снижает скорость выведения бактерий в результате перистальтики.

Тот факт, что более одного штамма H. pylori могут колонизировать слизистую оболочку желудка, дает H. pylori возможность приобретать новые генетические последовательности и подвергаться событиям рекомбинации.

[albert52]

Вставка.

Опухолевый метаболизм под контролем генов инфраструктуры.

Опухолевые клетки процветают в окружающей среде, которая была бы враждебна их нормальным клеточным аналогам. Выживание зависит от выбора клеточных линий, которые содержат модификации двух регуляции генов, тех, которые сдвигают баланс между клеточным циклом и апоптозом, и тех, которые включают пластичность метаболического механизма.

В естественных условиях клетки метазоа окружены обилием питательных веществ. Однако, в отличие от прокариот или одноклеточных эукариот, клетки животных не являются автономными клетками для поглощения питательных веществ. Вместо этого клетки метазоа конкурируют за ограничение уровней факторов роста, которые направляют поглощение питательных веществ. Чтобы выжить в таких условиях, дифференцированные клетки применяют катаболический метаболизм, направленный на максимизацию эффективности продукции АТФ из ограниченных питательных веществ.

Напротив, когда факторы роста в изобилии, клетки увеличивают потр***ение питательных веществ и принимают анаболический метаболизм. Это наблюдается, например, в условиях хронического воспаления, когда воспалительные клетки разных типов выделяют многочисленные цитокины и другие стимулирующие метаболизм вещества. Здесь главную роль играет RAS (обычно KRAS). В сигнальном каскаде RAS связывание GTP или GDP с RAS служит переключателем «включено» или «выключено» для передачи сигналов RAS соответственно. В нормальной клетке RAS связан с GDP и неактивен, если внеклеточные стимулы не вызывают образование активной GTP-связанной молекулы. Впоследствии RAS инактивируется посредством гидролиза его GTP до GDP, главным образом за счет функции белков, активирующих GTPase (GAP).

При мутации его внутренняя активность GTPase теряется, и GAP неспособны связывать RAS, в результате чего RAS в первую очередь связывается с GTP и, следовательно, постоянно активируется. Так как KRAS действует как включатель всех тирозиновых рецепторов, то его постоянная активность в свою очередь постоянно активирует все идущие от этих рецепторов сигнальные пути, в частности RAF (путь киназы MAP), PI3K (путь AKT / MTOR), ERK, RLIP и RALGDS.

Активация пути PI3K / Akt, возможно, является наиболее распространенным феноменом при спонтанном раке человека. Активированный PI3K / Akt приводит к усиленному усвоению глюкозы и гликолизу (см. выше). Ключевым моментом в этой индукции является повышение экспрессии транспортера глюкозы на клеточной поверхности, активация гексокиназы для захвата глюкозы внутриклеточно посредством фосфорилирования и индуцированная Akt фосфофруктокиназа-2-зависимая аллостерическая активация фосфофруктокиназы-1 для фиксации глюкозы в гликолитическом метаболизме.
Тем не менее, путь PI3K / Akt также способствует потоку углерода глюкозы в пути биосинтеза, которые зависят от функционального метаболизма митохондрий. В целом несколько основных потоков, включая аэробный гликолиз, биосинтез липидов de novo и глютамин-зависимый анаплероз, образуют стереотипную платформу, поддерживающую пролиферацию различных типов клеток.

Управление активностью ферментов гликолиза в основном является аллостерическим (если не считать уровня АТФ - его высокий уровень в цитоплазме подавляет гликолиз). Здесь важную роль играет цитрат; при его избыточной продукции митохондриями лишнее переправляется в цитоплазму и с помощью АТФ-цитрат-лиазы (ACL) преобразуется обратно в ацетил-КоА (я уже писал об этом). Сам цитрат является основным отрицательным аллостерическим регулятором гликолиза.
Cверхэкспрессированные ферменты этих путей сами подвергаются селекции и, как следствие, в опухолевых клетках в основном представлены только определенные изоформы (влияние второго центра управления клеткой).
HK (гексокиназа) является примером. Быстрорастущие клетки экспрессируют в основном изоформу HK-II. Предположительно, эта изоформа была выбрана в связи с тем, что HK-II связывается непосредственно с митохондриями и, таким образом, способна захватывать вновь синтезированный АТФ, происходящий из системы АТФ-синтазы, в качестве субстрата.

Пируваткиназа: увеличивая или понижая свою активность, вырабатывает больше или меньше пирувата соответственно. Большинство опухолевых клеток содержат изоформу пируваткиназы PyK M2, которая встречается в виде тетрамера (высокоактивный) или димера (менее активный). Когда клеткам требуется энергия, преобладает тетрамерный PyK M2. Напротив, димерный PyK M2 становится активным, когда клетки вступают в пролиферативную стадию. Контроль экспрессии гена PyK M2 происходит на альтернативном уровне сплайсинга.

Важным игроком в усилении анаболизма является с-Mуc, который как Фигаро вмешивается везде, где только можно. Он активируется когда клетке пребуется усиление биосинтетических процессов, например при воспалении или стрессе разной природы. Также длительная активация сигнальных путей с сопутствующим фосфорилированием всего, что движется, может привести к тому, что I каппа-B-киназа (IKK) фосфорилирует супрессор NF-κB IκBα по двум N-концевым серинам, вызывая его убиквитинирование и протеасомную деградацию; это приводит к ядерной транслокации комплексов NF-κB, преимущественно димеров p50 / RelA и p50 / c-Rel.

Факторы NF-κB связаны с несколькими аспектами онкогенеза, включая стимулирование пролиферации раковых клеток, предотвращение апоптоза и повышение ангиогенного и метастатического потенциала опухоли. Мутации в NF-κB пути с его постоянным активированием способствуют канцерогенезу.

Активизация этих и других факторов транскрипции приводит к тому, что в клетке накапливаются мРНК, требующие своей трансляции в рибосомах. А это уже епархия mTOR1. Здесь с-Mуc действует в связке с mTOR1, которому он поставляет необходимый для синтеза белков биоматериал; сам по себе mTOR1, контролирующий работу рибосом, имеет в этом аспекте короткое дыхание, так как нормально работающей дифференцированной клетке интенсивный биосинтез не нужен. Отмечу, что S6K1 и 4E-BP1 - главные регуляторы трансляции мРНК - являются единственными широко описанными субстратами mTORC1. Комплекс eIF3 способствует mTORC1-зависимому фосфорилированию S6K1, и 4E-BP1, функционируя в качестве каркаса, опосредует взаимодействие фермент-субстрат.

Фосфорилирование S6K1 по Thr389 с помощью mTORC1 необходимо для его активации и фосфорилирования S6 (рибосомный белок 40S S6), усиливая трансляцию мРНК с помощью 5'-концевого олигополипиримидина (5'-TOP). Мишени S6K1 вообще включают рибосомные белки, факторы элонгации и фактор роста инсулина 2.
В покоящихся клетках или при низких уровнях факторов роста нефосфорилированный 4E-BP1 ингибирует инициацию трансляции белка путем связывания и инактивации eIF4E (эукариотический фактор инициации трансляции 4E). mTORC1 фосфорилирует 4EBP1 в нескольких сайтах, способствуя диссоциации eIF4E от 4EBP1 и запуская eIF4E-зависимую инициацию трансляции.

[albert52]

Первым гистологическим изменением в канцерогенезе является активное хроническое воспаление либо с неатрофическим хроническим гастритом, характеризующимся наличием желез, либо с многоочаговым атрофическим гастритом. Последующие гистологические изменения прогрессируют через полную метаплазию, неполную метаплазию и дисплазию низкой и высокой степени с последующей карциномой; процесс замещения одного вида ткани на другой длится 5–6 лет. При этом атрофический гастрит, кишечная метаплазия, легкая-умеренная дисплазия и тяжелая дисплазия были связаны с ежегодной заболеваемостью раком желудка среди населения 0,1%, 0,25%, 0,6% и 6,0% случаев соответственно.

GIM (кишечная метаплазия) классифицируется анатомически как ограниченный, если он ограничен 1 областью желудка, или как обширный, если вовлечены 2 области желудка. Гистологически GIM считается либо полным, либо неполным. Полная (тип I) кишечная метаплазия определяется слизистой оболочкой тонкокишечного типа со зрелыми абсорбирующими клетками, бокаловидными клетками и щеточной каймой. Неполная (тип II) кишечная метаплазия секретирует сиаломуцины и похожа на эпителий толстой кишки с столбчатыми «промежуточными» клетками на разных стадиях дифференцировки, нерегулярными каплями муцина и отсутствием щеточной каймы. Самый высокий риск рака желудка связан с неполным и/или обширным GIM.

SPEM представляет собой фенотип метапластических слизистых клеток с гистологическими характеристиками клеток глубоких антральных желез, который ранее был описан как псевдопилорическая слизистая метаплазия и антрализация тела. Считается, что это реакция на воспаление с точки зрения заживления ран, причем SPEM может быть предшественником GIM, при этом биомаркер HE4 оказался специфическим маркером процесса SPEM. SPEM присутствовал рядом с раком во всех ранних случаях рака, когда опухоль располагалась в теле или на границе тела и антрального отдела, и присутствовала в слизистой оболочке тела, удаленной от рака, в 76% случаев, то есть может быть маркером поля канцеризации (см. выше).

В целом, наиболее вероятно, что рак желудка возникает в результате хронического воспалительного состояния с изменениями, накапливающимися в гиперпролиферативном состоянии, уязвимом для вредных мутаций в популяциях стволовых клеток или клеток-предшественников, и что GIM и SPEM могут быть косвенными маркерами этой злокачественной трансформации.

Важную роль в канцерогенезе GC принадлежит нарушениям процессов апоптоза и, соответственно, нарушениям в сигнальных путях, его регулирующих, прежде всего пути AKT, который наиболее часто подвержен гиперактивации. Также белок Reg IV, ген которого является членом семейства генов REG, активирует сигнальный путь рецептора эпидермального фактора роста (EGFR) и увеличивает экспрессию Bcl-2, Bcl-xl и сурвивина, которые ингибируют апоптоз. В неопухолевом желудке фовеолярные эпителиальные клетки не экспрессируют Reg IV, тогда как бокаловидные клетки при кишечной метаплазии его экспрессируют, что позволяет предположить, что Reg IV является маркером кишечного фенотипа.

Для атрофического гастрита без хеликобактерного инфицирования характерен средний уровень ИА (индекса апоптоза) и низкий уровень экспрессии mTOR, при метаплазии слизистой отмечалось как повышение ИА, так и уровня экспрессии mTOR, а при раке желудка ИА значительно снижался, а экспрессия mTOR оставалась на высоком уровне. Учитывая высокмй уровень биосинтетических процессов в раковых клетках это не удивительно.

В целом регуляция пролиферации и апоптоза в эпителиоцитах при неполной кишечной метаплазии сильно нарушена, в некоторых из них выявляется мутация гена р53, что позволяет данным клеткам подвергнуться дальнейшему перерождению под влиянием различных мутагенов, вплоть до злокачественного, поскольку они защищены от апоптоза. Все эти явления не отмечаются при полной метаплазии, что позволяет утверждать - полная кишечная метаплазия не может быть предраком биологически.

С позиций современного понимания процесса метаплазии как адаптивной перестройки на иной клеточный фенотип - более приспособленный к изменившимся условиям окружения, полную метаплазию можно рассматривать в качестве такой перестройки, а неполную - как нарушение процессов дифференцировки. Так, при неполной метаплазии выявляются полиморфизм ядер, увеличение ядерно-цитоплазматических соотношений; поверхностные отделы желез практически не отличаются от глубоких, что говорит о нарушении созревания и аберрантной дифференциации. Все эти картины показывают сходство неполной кишечной метаплазии с дисплазией.

Для выявления подтипов кишечной метаплазии имеет значение присутствие цилиндрических клеток с различными вариантами образования муцинов: полная метаплазия имеет коэкспрессию «желудочных» муцинов (MUC1, MUC5AC и MUC6) с «кишечным» муцином (MUC2). При этом вначале превалируют желудочные муцины, затем по понятным причинам кишечные; при неполной кишечной метаплазии эти муцины почти не обнаруживаются.

Выявление неполной кишечной метаплазии показало высокую специфичность этого признака (98%) для рака желудка, однако чувствительность оказалась достаточно низкой - всего 38%, что свидетельствует об ограниченном значении неполной кишечной метаплазии как показателя прогноза развития рака кишечного типа. Высказывается мнение, что маркером повышенного риска возникновения последнего является не столько тип кишечной метаплазии, сколько площадь замещения желудочного эпителия.

В гистологической классификации опухолей желудка ВОЗ (2000) выделены 2 степени выраженности интраэпителиальной неоплазии: слабая (low-grade) и тяжелая (high-grade). Слабо выраженную интраэпителиальную неинвазивную неоплазию очень трудно отличить от регенерирующего эпителия. Появление высокой степени интраэпителиальной неоплазии - маркер повышенного риска развития и этап морфогенеза РЖ. Последнее поражение рассматривается как внутрислизистая неинвазивная карцинома, которая может выглядеть как плоское (дисплазия) или возвышающееся (аденома) поражение.

Следует отметить, что у пациентов с кишечной метаплазией в зоне пищеводно-желудочного перехода и в пищеводе (пищевод Барретта) риск развития рака существенно выше, чем у пациентов с кишечной метаплазией в «некардиальном» отделе желудка.

[albert52]

Вставка.

Метаплазия желудка

Метаплазия - это замена одного дифференцированного типа клеток другим зрелым дифференцированным типом клеток, который обычно не присутствует в конкретной ткани. Метаплазию можно в широком смысле классифицировать как плоскоклеточную метаплазию, кишечную и ацинарно-протоковую метаплазию (ADM). Важно отличать метаплазию от трансдифференцировки, когда один дифференцированный тип клеток превращается в совершенно другой тип клеток, присутствующий в ткани.

Эпителий желудка организован в виде серии примерно воронкообразных инвагинаций из просвета желудка, известных как желудочные единицы. В железистой части желудка (известной у большинства видов как корпус или тело) каждая желудочная единица наиболее широка там, где она прилегает к собственно просвету желудка. Эта широкая ямка выстлана простым столбчатым эпителием, секретирующим слизь. Ниже зоны ямки желудочная единица сужается до одной или нескольких железистых ветвей. У млекопитающих пролиферативная активность и предполагаемая стволовая клетка расположены там, где ямка сужается к каждой железе в небольшой области, известной как перешеек.

Главные клетки занимают большую часть основания желудочной железы, верхние организованы как простые кубовидно-столбчатые клетки, нижние выстраиваются в ацинарную конфигурацию у самого основания. Париетальные клетки могут встречаться по всей желудочной ветви, но подавляющее большинство локализуется в шейке железы, между перешейком и основанием.

Главная клетка представляет собой крупную клетку с разветвленной сетью пластинчатого шероховатого эндоплазматического ретикулума (рЭР), сосредоточенного вокруг базально ориентированного ядра, и многочисленными крупными апикальными экзокринными секреторными гранулами, заполненными пищеварительными ферментами.

Мастер-ген MIST1 необходим для базальной локализации ядра и поддержания существенной апикальной цитоплазмы, заполненной обильными большими везикулами. В целом клеточная структура главных клеток, по-видимому, полностью зависит от последовательности от XBP1 до MIST1, где XBP1 непосредственно индуцирует разветвленную сеть rER (для трансляции всех пищеварительных ферментов), а MIST1, в свою очередь, регулирует развитие везикул, содержащих пищеварительные ферменты и секреторные ферменты, т.е. оборудование для их хранения и выпуска в установленном порядке.
Вообще, основной функцией MIST1 является секреция большого количества белка. Во время метаплазии в желудке, слюнных железах и поджелудочной железе Mist1 является одним из первых генов, экспрессия которых уменьшаются по мере снижения активности секреторных клеток в процессе метаплазии, и принудительная экспрессия или потеря MIST1 препятствует соответственно индукции и восстановлению от метаплазии.

Идентичность кишечной метаплазии может поддерживаться пионерным фактором транскрипции эпителия тонкой кишки CDX2, который сверхэкспрессируется как в пищеводе Барретта, так и при желудочно-кишечной метаплазии. CDX2 контролирует доступ к хроматину для взаимодействия с другими факторами транскрипции, чтобы модулировать пролиферацию и дифференцировку клеток.

По мере старения главных клеток (>60 дней) они теряют свою способность к трансдифференцировке после индукции острой оксинтической атрофии. Следовательно, «молодые» главные клетки (возникшие недавно из истмальной стволовой клетки) могут быть более пластичными. Также высвобождение IL13, вероятно, из клеток ILC2, приводит к проверке уровня клеточной пластичности.

Фенотипическая архитектура железы требует сборки клонов с различным временем жизни, мигрирующих либо в направлении просвета, либо в направлении основания. Так, поверхностные клетки мигрируют к просвету и имеют короткую продолжительность жизни от 4 до 7 дней. Поэтому патологические состояния, вызывающие гиперплазию фовеолярных клеток, такие как болезнь Менетрие, можно быстро обратить вспять после того, как стремление к фовеолярной гиперплазии уменьшится с помощью лечения с использованием антител против рецептора EGF. Напротив, линии отделов дна желез относительно долгоживущие, а именно 50–150 дней.

Считается, что метаплазия в желудке вызывается потерей париетальных клеток, секретирующих кислоту (оксинтическая атрофия), а также ряд критических факторов роста, включая амфирегулин, TGF-альфа, HB-EGF и SНН. В частности, париетальные клетки являются основным источником лигандов рецептора EGF, TGFα. Потеря секреции амфирегулина париетальными клетками может быть важным триггером для индукции слизистыми клетками железы в условиях острой оксинтической атрофии SPEM (спазмолитический полипептид); кстати, повышенный уровень гастрина не был связан с выработкой SPEM.

В целом при метаплазии отмечено быстрое образование SPEM в основании железы, при этом увеличение числа клеток SPEM тесно связано с уменьшением числа главных клеток. Также идентифицированы гибридные клетки, демонстрирующие черты как главных клеток, так и клеток SPEM, что соответствует переходным формам.
Процесс трансдифференцировки главных клеток характеризуется упорядоченным процессом снижения активности аппарата секреции зимогена и повышения секреции слизистых гранул. Процесс перепрограммирования главных клеток требует влияния воспалительных цитокинов и требует как аутофагии гранул зимогена, так и изменений в транскрипции генов. Впрочем только небольшое подмножество зрелых главных клеток функционирует как «резервные» стволовые клетки и способно дифференцироваться в различные типы клонов желудочных клеток.

Т.о. главные клетки инициируют метапластический процесс путем трансдифференцировки в клетки SPEM, а затем завершают метапластический процесс, вновь вступая в клеточное деление. Небольшая популяция клеток SPEM может даже претерпевать преобразование клеточного типа в поверхностные слизистые клетки.

Клетка происхождения кишечной метаплазии желудка может также находиться в желудочном перешейке. Здесь метапластические клетки являются долгоживущими и не связаны с трансдифференцировкой. Как другой пример MIST1+ стволовые клетки в перешейке железы обнаруживают клональную экспансию в условиях мутации Kras G12D, приводящую к гиперплазии и появлению гиперпластических полипов (не канцерогенных).

Вывод: при значительной потере париетальных клеток главные клетки могут пройти процесс трансдифференцировки зимогенных клеток в слизистые клетки, что приводит к метаплазии. Эта патофизиологическая трансдифференцировка, особенно при наличии воспалительных влияний, может привести к рецидиву пролиферативной способности. Такая метаплазия широко распостранена при Н. pylori-accoцииpoванном атрофическом гастрите и создает предпосылки для последующей дисплазии (но это уже другая тема).

[albert52]

Молекулярная классификация рака желудка (GC)

На основе комплексного анализа молекулярной информации команда TCGA предложила систему классификации, в которой GC разделен на четыре подтипа: EBV (вирус Эпштейна–Барр) - положительный (8,8%), микросателлитный нестабильный (MSI) (21,7%), геномно стабильный (19,7%) и хромосомная нестабильность (CIN, 49,8%). Все EBV-положительные GC демонстрировали гиперметилирование промотора CDKN2A, в то время как отсутствовало гиперметилирование MLH1, характерное для фенотипа метилатора CpG-островков, связанного с MSI (CIMP).

Ген CDKN2A кодирует два белка семейства INK4 - p16 (или p16INK4a) и p14arf: p16 ингибирует циклинзависимые киназы 4 и 6 ( CDK4 и CDK6 ) и тем самым активирует ген ретинобластомы (Rb) семейства белков, блокирующих переход от G1 к S-фазе; p14ARF активирует супрессор опухоли p53 и индуцирует остановку клеточного цикла в фазе G2 и последующий апоптоз. CDKN2A является вторым наиболее часто инактивируемым геном при раке после p53.

Опухоли MSI были гипермутированными, кишечного типа, обычно антральными, и диагностировались на клинической стадии I/II, а опухоли подтипа CIN часто встречались в кардиальном отделе, демонстрировали выраженную анеуплоидию и содержали фокальные амплификации рецепторных тирозинкиназ (RTK) в дополнение к рецидивирующим мутациям TP53 и активации RTK-RAS.

Азиатская группа по исследованию рака (ACRG) в свою очередь описала четыре молекулярных подтипа с различными прогностическими эффектами:
(1) опухоли с высоким MSI, морфологией кишечника и наилучшим прогнозом;
(2) MSS / EMT GC с диффузной морфологией и худшим прогнозом;
(3 и 4) аденокарциномы MSS без сигнатуры EMT, либо TP53-активные (MSS / TP53 +), либо неактивные (MSS / TP53-), и с промежуточным прогнозом.

MSI GC показал лучшую общую выживаемость (OS) и самую низкую частоту рецидивов, за ней следуют MSS/TP53+, MSS/TP53- и MSS/EMT GC. Подтип MSS/EMT имел наихудший прогноз и самую высокую частоту рецидивов (63%), при этом рецидивы локализовались в основном в брюшной полости.

Подтип MSS / TP53- (который примерно соответствует подтипу CIN) встречается часто (36-50% GC) и содержит геномные амплификации RTK (представляют собой трансмембранные белки, обладающие сайтами связывания в своих внеклеточных доменах для полипептидных гормонов и факторов роста (лигандов)) и / или RAS, которые используются или являются потенциальными терапевтическими мишенями.

Чтобы уточнить молекулярную классификацию были идентифицированы обычные мутированные и гипермутированные типы GC. Обычный мутировавший тип был далее подразделен на две подгруппы, C1 и C2. Первая подгруппа, C1, была обогащена мутациями TP53 , XIRP2 и APC и была связана со значительно лучшим прогностическим исходом, тогда как C2 была представлена ​​мутациями в ARID1A, CDH1 , PIK3CA, ERBB2 и RHOA; это гены, в основном, участвующие в клеточной адгезии и организации хромосом.

Мне более близка классификация РЖ на метаболический, пролиферативный и мезенхимальный типы. Такую классификацию можно применить почти ко всем аденокарциномам, то есть она является родовой. Карциномы метаболического типа часто представлены раком in citu, и в целом более благоприятны для пациента. Пролиферативная форма рака обычно развивается из метаболического типа, а мезенхимальная протекает сама по себе, обычно без предшествующих видимых изменений.

Я уже раньше упоминал, что mTOR комплексы можно рассматривать как клеточных прорабов. Они сохраняют эту функцию и в процессе канцерогенеза, причем если mTOR1 комплекс играет ведущую скрипку в метаболической и пролиферативной формах рака, то mTOR2, видимо, играет похожую роль в мезенхимальной форме.

[albert52]

Мутации и амплификации генов при GC

Гены инфраструктуры образуют сигнальные пути; об с-Myc я уже упоминал. Ведущим сигнальным путем здесь является путь митоген-активируемой киназы (MAPK), в который входят KRAS/NRAS/RAF/MEK/ERK. Этот путь входит в суперсемейство RTK, к которому относятся рецепторы ErbB (1-4); об его активации сообщалось в 9-30% случаев РЖ, причем это связано с поздними стадиями РЖ и н***агоприятным прогнозом. Это неудивительно, так как MAPK путь активируется в условиях чаще всего воспалительного стресса и характеризуется повышенным поступлением питательных веществ и цитокинов в клетку; при раковой дегенерации клетки эта тенденция усиливается.

RTK-RAS является доминирующим онкогенным путем примерно в 40% случаев GC, а гены, связанные с этим сигнальным путем, взаимодействуют при этом друг с другом. К ним относятся EGFR ( ErbB 1), ErbB 2, KRAS , FGFR2 и MET, и эти гены часто амплифицируются в случаях молекулярного подтипа CIN GC. Сверхэкспрессия ErbB2 (который также обычно называют HER2) была обнаружена в 10–30% случаев РЖ, при этом амплификация ErbB2 обнаружена в 2–27% случаев РЖ, а мутации ErbB2 обнаружены в 5% случаев. На сегодняшний день воздействие трастузумабом на опухоли со сверхэкспрессией ErbB2 является наиболее успешным примером таргетного агента, используемого для лечения РЖ, в том числе для лечения запущенной стадии GC.

В целом для нацеливания на EGFR были разработаны различные стратегии, включая низкомолекулярные ингибиторы тирозинкиназы и моноклональные антитела, например гефитиниб и эрлотиниб. Лапатиниб, внутриклеточный ингибитор тирозинкиназы EGFR и ErbB2 действует путем блокирования аутофосфорилирования и нижестоящей передачи сигналов. Цетуксимаб представляет собой рекомбинантное химерное моноклональное антитело человека против EGFR и на сегодняшний день представляет собой наиболее хорошо зарекомендовавшую себя анти-EGFR терапию для лечения РЖ. Препятствием для эффективности таргетной терапии против EGFR является внутриопухолевая гетерогенность, токсичность и приобретенная устойчивость к ингибиторам против EGFR, и отсутствие установленного биомаркера для прогнозирования ответа на лечение против EGFR.

Гены PD-L1 и PD-L2 (ингибиторы иммунных контрольных точек), часто амплифицируются в подгруппе EBV-положительных форм рака.Также сообщается о ко-амплификации генов, связанных с клеточным циклом, с другими онкогенами. Например, CCNE1 (Cyclin E1) часто коамплифицируется с HER2 и пациенты с GC с коамплификацией CCNE1 / HER2 обычно развивали устойчивость к лапатинибу, низкомолекулярному ингибитору HER2.

KLF5 , GATA4 и GATA6 существуют в одном комплексе и действуют совместно как онкогены «выживания клонов», способствуя пролиферации клеток; 30% пациентов с GC показали их амплификацию. При этом KLF5 физически взаимодействует с факторами GATA; истощение и сверхэкспрессия этих факторов, по отдельности или в комбинации, уменьшали и способствовали пролиферации рака, соответственно. Отмечу, что Krüppel-подобные факторы (Klf) 4 и 5 являются двумя близкородственными членами семейства Klf, которые, как известно, играют ключевую роль в регуляции клеточного цикла, репрограммировании соматических клеток и плюрипотентности.
HNF4α (Hepatocyte Nuclear Factor 4 alpha) совместно регулируется этими тремя факторами транскрипции. HNF4α может регулировать «метаболический переключатель», характерный для общего злокачественного фенотипа. Этот метаболический переключатель делает упор на производство промежуточных продуктов для роста и деления клеток, и он регулируется как онкогенами, так и генами-супрессорами опухолей в ряде ключевых путей образования рака.

Путь AMPKα-HNF4α-WNT5A активируется в тканях на ранней стадии GC. HNF4α подавляется сигнальной передачей AMPKα и агонистом AMPK метформином; блокада активности HNF4α AMPKα при этом одновременно приводит к подавлению активности циклина D, остановке клеточного цикла и ингибированию роста опухоли. Образно говоря, благодаря сцепке этих ферментов AMPKα держит за фалды оба фермента, тормозя как деление клеток, так и их дифференцировку, что необходимо для восполнения запасов АТФ. HNF4α также регулирует передачу сигналов WNT через свой целевой ген WNT5A, потенциальный прогностический маркер опухолей желудка диффузного типа.

Нарушение регуляции передачи сигналов Wnt может быть вызвано генетическими изменениями в различных компонентах этого пути, такими как активирующие мутации в CTNNB1 и инактивирующие мутации в APC и RNF43. CTNNB1 кодирует β-катенин, и его мутация ингибирует деградацию внутриядерного β-катенина, что приводит к непрерывной активации пути Wnt. APC и RNF43 являются негативными регуляторами пути Wnt и негативно регулируют β-катенин и рецептор Frizzled соответственно. В GC APC и RNF43 связаны с мутациями усечения или инактивации , которые, как предполагается, отменяют их функцию, таким образом стимулируя путь Wnt.

Белок 43 безымянного пальца (RNF43) представляет собой ген, кодирующий белок, функционирующий как убиквитинлигаза, способствующий росту клеток. Миссенс-мутации, нонсенс-мутации, молчащие мутации, делеции и вставки сдвига рамки считывания, а также делеции внутри рамки считывания наблюдаются при раке, таком как рак желчных путей, рак кишечника и рак желудка.

[albert52]

Продолжим.

Нестабильность генома - ключевой клеточный процесс, при котором клетки приобретают мутации с повышенной скоростью, что способствует накоплению мутаций, что в конечном итоге приводит к онкогенезу (см. выше). Нестабильность генома может быть вызвана мутациями в генах, обеспечивающих уход за ДНК, которые участвуют в обнаружении и восстановлении повреждений ДНК. Так, мутации в p53 отменяют обнаружение клетками повреждения ДНК, что приводит к аберрантному росту клеток. BRCA2 участвует в репарации двухцепочечных разрывов ДНК.

Анеуплоидия ДНК наблюдалась уже во внутрислизистых GC диаметром менее 5 мм. Сходным образом, изменения числа копий были обнаружены в предшественниках GC: изменения числа соматических копий (SCNA) включают структурные вариации в ДНК, возникающие из-за изменений числа копий ДНК; SCNA могут включать фокальные области генома или широкие хромосомные области ДНК. В GC специфические SCNA связаны с гистологическим типом. Увеличение числа копий на 8q, 17q и 20q связано с кишечным GC, тогда как прирост на 12q и 13q связано с диффузным GC; также увеличение 1q, и потеря 18q связаны с плохим прогнозом.

Потеря гетерозиготности (LOH) или делеция генома - еще один маркер CIN, который часто наблюдается при GC. Делеции генома могут вызывать потерю генов-супрессоров опухолей, и степень потери генома может иметь прогностическое значение. Например, исследования LOH классифицировали GC на два подтипа: LOH высокого уровня (LOH-H) коррелирует с GC кишечного или смешанного типа, тогда как низкий уровень LOH (LOH-L) коррелирует с GC диффузного типа.
Изменение с LOH-L на LOH-H указывает на увеличение CIN во время развития GC на более поздней стадии. LOH в генах-супрессорах опухолей, таких как APC, TP53 и NME1(Nucleoside diphosphate kinase A), также обычно обнаруживается в GC с частотой> 30%.

Транслокации, амплификации и перестройка хромосом также могут приводить к образованию химерных генов или генов слияния. Выявлен ген слияния CD44 - SLC1A2 , который возникает из-за хромосомной точки разрыва в SLC1A2, возникающей в результате геномной инверсии. Этот химерный белок может способствовать развитию GC за счет изменения метаболических путей. Также сеть TCGA сообщила об открытии слитого гена CLDN18-ARHGAP26 , возникающего в результате межхромосомной транслокации и в основном встречающегося в геном-стабильных / диффузных GC. Экспрессия CLDN18-ARHGAP26 в эпителиальных клетках желудка приводит к эпителиально-мезенхимальному переходу (EMT).

MSI ( микросателлитная нестабильность ) выявляется до 44% случаев при раке желудка, чаще при кишечной форме и связана с гиперметилированием (см. выше). Микросателлиты – короткие повторяющиеся последовательности ДНК, распределенные в случайном порядке по всему геному; они полиморфны внутри популяции, но стабильны у каждого конкретного индивида.

У пациентов с фенотипом MSI определяется высокая частота ошибок репликации (replication errors) в результате вставок/делеции нуклеотидов в микросателлитных повторах, которые возникают вследствие дефектов системы репарации неспаренных оснований (mismatch repair, MMR). Инактивация или дефицит одного или нескольких генов MMR (вследствие мутаций или эпигенетических изменений), в частности, MLH1 или MSH2, индуцирует развитие MSI-фенотипа, что приводит к дополнительным мутациям, или нарастанию генетической нестабильности и развитию опухоли.
Кстати предполагают возможность воздействия на изменения в системе репарации ингибиторами иммунных контрольных точек, что объясняют корреляцией между MSI и экспрессией PD-L1.

Инактивация или снижение активности белков при MSI может быть вызвано рядом причин. Наиболее частые из них – это мутации в кодирующем регионе, метилирование промотора, реже реаранжировка хромосом с потерей гетерозиготности. Наиболее ее заметным эффектом при GC является мутация рецептора TGF-β, снижающая его росттормозящие и проапоптические эффекты. Впрочем, на поздних стадиях он вносит существенный вклад в формирование инвазивного фенотипа.
В целом в случаях с высоким уровнем MSI мутациям подвергается одновременно множество генов-мишеней, отвечающих за клеточный цикл и апоптоз, при этом микросателлитные нестабильные (MSI) GC демонстрируют меньше хромосомных аберраций, чем микросателлитно-стабильные (MSS) раки.

[albert52]

Продолжим.

Опухоли GS демонстрируют повышенную экспрессию молекул в путях, связанных с клеточной адгезией и ангиогенезом, таких как повторяющиеся мутации гена CDH1 (E-кадгерин), члена семейства гомологов Ras A ( RHOA ). Мутации RHOA или перестройка CLDN18-ARHGAP могут повышать инвазивность и нарушать межклеточную сплоченность и способствовать диффузной гистологии, обнаруживаемой в 73% случаев этого подтипа (см. выше).
RHOA принадлежит к семейству Rho, которое функционирует в регуляции актинового цитоскелета, и было показано, что мутации в этом гене придают большую устойчивость к аноикису (разновидность апоптоза) после отслоения от субстрата. Остатки Tyr42, Arg5 и Gly17 являются горячими точками мутации RhoA, обнаруженными в GC.

Гены клеточной адгезии, цитоскелета и клеточной подвижности (например, FAT4, CDH1, CTNNA1 и RHOA ) также мутируют в GC, особенно GC диффузного типа Такие гены функционируют, чтобы регулировать как межклеточные, так и внутриклеточные взаимодействия, и нарушения функции этих генов могут играть ключевую роль в развитии и прогрессии GC. Например, FAT4 является опухолевым супрессором, принадлежащим к семейству кадгеринов. В дополнение к контролю клеточной пролиферации FAT4 также участвует в формировании планарной полярности, которая относится к асимметрии клетки в плоскости эпителия (базальная и апикальная части). Было показано, что мутации FAT4 нарушают прикрепление клеток к матриксу.

При раке желудка гиперактивированы онкогены EGF, Erb-B2, Erb-В3. Все 3 онкогена – эпидермальные факторы роста – полипептиды, функционирующие как сигналы, стимулирующие пролиферацию опухолевых клеток через путь МАР-киназы. Выраженная гиперэкспрессия этих онкогенов, отмечаемая при кишечной форме рака желудка, является индикатором плохого прогноза даже при высокой дифференцировке опухолей. Показано, что антитела к гену Егb-В2 тормозят рост опухолевых клеток.

Мутация супрессорных генов Р53, МСС (мутантный белок колоректального рака, как полагают, отрицательно регулирует развитие клеточного цикла, ингибируя переход в S-фазу), АРС регистрируется у 30-65% больных раком желудка, обычно при кишечной форме. G-17 гастрин – фактор роста, продуцируемый слизистой желудка; как оказалось, он является транскрипционным активатором гепарин связанного эпидермального фактора роста (Heparin binding epidermal growth factor HB-EGF), который усиливает опухолевую пролиферацию.

COX-2 является ключевым ферментом, участвующим в образовании простагландинов из арахидоновой кислоты, а также вовлечен в процесс канцерогенеза. В ткани опухоли простагландины усиливают пролиферативную активность, способствуют ангиогенезу и метастазированию. Показана корреляция между экспрессией COX-2 и VEGF, что говорит об усилении процессов ангиогенеза в этой группе опухолей.
Выявлено двукратное ускорение прогрессирования РЖ при наличии гомозиготного генотипа 1195AA гена COX-2 в сравнении с гетерозиготным генотипом или гомозиготным по G аллелю, а у носителей АА генотипа экспрессия COX-2 выше, чем у носителей GG генотипа: при этом ткани, инфицированные H. pylori могут стимулировать активность COX-2 промотора, особенно в присутствии А аллеля. В целом отмечена экспрессия COX-2 в высоко- и умеренно дифференцированных карциномах интестинального типа, а также в предшествующих раку изменениях, таких как дисплазия эпителия и кишечная метаплазия.

Можно еще упоминать много важных генов, мутировавших или эпигенетически измененных при РЖ, но исследователи с удвлением обнаружили, что в поле канцеризации таких изменений не меньше, а часто и больше. Это связано с тем,что как я уже упоминал, клоны раковых клеток отбирают нужные им мутации, остальные (не все, не забудем о так наз. мутациях-пассажирах), отсеивают.

[albert52]

Эпигеномика рака желудка

Эпигенетические механизмы регулируют поведение клеток, контролируя доступность транскрипции различных частей генома посредством дифференциального метилирования ДНК, маркировки хроматина и упаковки ДНК посредством модификаций гистонов.
Рак развивается вследствие нарушения механизмов, регулирующих фундаментальные процессы в клетке, и возникает в результате эволюционного процесса, который стабильно кодирует приобретенные онкогенные изменения в геноме и эпигеноме, которые затем могут накапливаться в клональных линиях. Эпигенетические изменения при раке возникают рано и встречаются чаще, чем генетические изменения.

У млекопитающих, около 75% CpG динуклеотидов ДНК в соматических клетках метилированы, тем самым обеспечивая их генный профиль. Метилирование ДНК может влиять на транскрипцию генов двумя способами. Во-первых, метилирование самой ДНК может физически препятствовать связыванию транскрипционных белков с геном, а во-вторых, и, что более важно, метилированная ДНК может быть связана белками, известными как белки метил-CpG-связывающих доменов (MBD). Затем белки MBD рекрутируют в локус дополнительные белки, такие как гистондеацетилазы и другие белки ремоделирования хроматина, которые могут модифицировать гистоны, образуя тем самым компактный неактивный хроматин, называемый гетерохроматином .

Во всех без исключения исследованных неопластических клетках был показан дисбаланс метилирования. Сочетанно с гипометилированием генома происходит аномальное метилирование CpG-островков в промоторных районах генов, участвующих в регуляции клеточного цикла, что приводит к их полной инактивации. Также метилируются гены, участвующие в апоптозе, ангиогенезе, дифференцировке, репарации ДНК, метастазировании, передаче сигнала, детоксикации, лекарственной резистентности и др. Так при отсутствии каких-либо структурных изменений нуклеотидной последовательности гена он полностью теряет свою активность.

Отметим, что CpG островки промоторных районов в нормальных тканях не метилированы, что свидетельствует о функционально нормальном состоянии гена. Всего за исключением повторяющихся последовательностей, в геноме человека имеется около 25000 островков CpG, 75% из которых имеют длину менее 850 п.н. Около 50% CpG-островков расположены в областях промоторов генов, в то время как еще 25% находятся в генных телах, часто выступая в качестве альтернативных промоторов.
Отметим, что функция метилирования самого тела гена не совсем понятна; он может регулировать сплайсинг и подавлять активность внутригенных транскрипционных единиц .

CIMP ( фенотип метилирования островков CpG, приводящий к отключению генов-супрессоров опухоли ) присутствует в 15% кишечной метаплазии и 50% аденом. Вообще, метилирование CpG островков может считаться третьим молекулярным фенотипом GC, и гены, имеющие отношение к развитию опухоли, такие как APC (аденоматозного полипоза толстой кишки), CDH1, MHL1, CDKN2A, CDKN2B и RUNX3, часто подвергаются метилированию. Причиной инактивации генов CDKN2A, CDH1 и MLH1 чаще является именно метилирование промотора, а не мутации.

Супрессор RUNX3 играет роль в подавлении EMT посредством SMAD-пути, активированного TGF-β. RUNX3 – это ген, кодирующий белок, относящийся к семейству транскрипционных факторов, содержащих Runt-домен. Гетеродимер этого домена и бета-субъединицы образуют комплекс, который связывается с основной последовательностью ДНК 5'-PYGPYGGT-3 ', обнаруженной в ряде энхансеров и промоторов, и может активировать или подавлять транскрипцию.
При GC часто наблюдается потеря экспрессии этого гена, в основном из-за гемизиготной делеции (при анэуплоидиях) или гиперметилирования. Этот ген экспрессирован только у 45–50 % пациентов с РЖ, позитивно регулирует экспрессию BIM и p21 и негативно – сосудистый эндотелиальный фактор роста (VEGF), что сказывается на апоптозе, задержке роста клеток и ангиогенезе. Потеря или существенное снижение экспрессии RUNX3 протеина при РЖ значимо ассоциировано с низкой выживаемостью.

Изменения в метилировании генов являются также наиболее хорошо изученными эпигенетическими изменениями, связанными с полевой канцеризацией при РЖ. Имеются также доказательства того, что экспрессия микроРНК (например, hsa-miR-150 , hsa-miR-664a иhsa-miR483 ) во время этого процесса дерегулируется. Напомню, что miRNAs играют важную роль в клеточном и тканевом гомеостазе, поскольку они участвуют в посттранскрипционной регуляции генов и играют ключевую роль в правильном функционировании клеток.
Анализ с использованием генов, регулируемых пятью микроРНК ( hsa-miR-21 , -miR-135b, -miR-148a , -miR-150 и -miR-204 ), связанных с инфекцией H. pylori , показал, что эти гены участвуют в важных путях для развития инфекции и GC (например, путей MAPK и HIF-1) и эти микроРНК могут служить биомаркерами патологического процесса.

Помимо нестабильности генома, ремоделирование хроматина также становится важным клеточным путем в развитии рака. Так, ARID1A кодирует субъединицу комплекса ремоделирования хроматина SWI-SNF и был идентифицирован как часто мутирующий ген ремоделирования хроматина в GC. SWI-SNF участвует в ремоделировании нуклеосом АТФ-зависимым образом, чтобы либо активировать, либо репрессировать транскрипцию генов. В соответствии с его функцией супрессора опухолей, мутации ARID1A в GC распределены по всей кодирующей области и обычно инактивируют его, включая усекающие мутации и вставки / делеции, приводящие к изменениям рамки считывания.
Рак ЖКТ с мутацией ARID1A более экспрессирует PD-L1, чем рак ЖКТ с ARID1A дикого типа; также мутации ARID1A часто были взаимоисключающими с мутациями TP53. ARID1A может способствовать репарации несоответствия (MMR) путем взаимодействия с белком MMR MSH2. В результате дефицит ARID1A может привести к нарушению MMR и, таким образом, коррелирует с гипермутагенностью рака MSI, где он встречается чаще всего.

Кроме ARID1A , другие компоненты SWI-SNF ( ARID1B , PBRM1 и SMARCC1 ) мутировали в GC. Кроме того, обнаружены мутации других комплексов ремоделирования хроматина, таких как комплекс MLL ( MLL2 и MLL3 ), комплекс ISW1 ( SMARCA1 ) и комплекс NuRD ( CHD3 , CHD4 и MBD2 ), а также гены, кодирующие гистон-модифицирующие белки ( SIRT1 и SETD2 ).

[albert52]

Диффузный рак желудка

Этиология DGC разнообразна. В то время как кишечная метаплазия хронической инфекционной этиологии (например, H. pylori) чаще связана с IGC, чем с DGC, вирус Эпштейна-Барра (EBV), по-видимому, связан с DGC, хотя сила этой связи не так высока. Употр***ение табака также, по-видимому, связано с развитием DGC.

Опухолевые клетки при DGC укрываются внутри богатой фиброзной стромы, которая простирается в подслизистые слои и возникает на фоне нормальной слизистой оболочки. Это контрастирует с IGC, который обычно проявляется как клетки, расположенные в трубчатых или железистых структурах, которые возвышаются над поверхностью слизистой оболочки и возникают на метапластическом фоне (см. выше).

Общие гены CNA-EMT между DGC и IGC включают GLI2, который связан с пролиферацией; EP300 с множественными функциями ингибитора противоопухолевого иммунного ответа посредством метаболической модуляции; PTPN11, связанный с прогрессированием РЖ; и NDRG1, связанные с метастазированием и плохим прогнозом при РЖ .
Гены EMT, связанные с IGC, включают MICAL2, MYC и PIK3R1. MICAL2, дестабилизирующий F-актин в динамике цитоскелета, был связан с плохим прогнозом при GC. PIK3R1 участвует в сигнальном пути PI3K/AKT, играя роль в апоптозе и выживании клеток, а также в резистентности к химиотерапии при GC.

На ранней стадии DGC мутантные клетки отслаиваются от желудочного эпителия и образуют небольшие поражения в слизистой оболочке (pT1a). Эти внутрислизистые поражения содержат диффузно распространенные перстневидные клетки (SRC) - см. выше. Кроме того, обычно присутствует небольшая фракция морфологически менее дифференцированных клеток, у которых отсутствует накопление муцина; со временем их количество увеличивается.
Более того, многие желудочные маркеры (ANXA10, VSIG1, CLDN18, CTSE, TFF2, MUC5AC и MUC6) и характерные для функций желудка, включая пищеварение, всасывание, секрецию и образование желудочного сока белки , такие как PGC, GIF, GAST и ATP4A, как было обнаружено, теряются в опухолях (повреждение и убыль генов надстройки). Потеря идентичности ткани желудка является важным общим признаком DGC.

В целом протеом опухоли был значительно обогащен белками эпителиально-мезенхимального перехода (ЭМП), клеточного цикла, репликации ДНК, контрольных точек, передачи сигналов p53 и путями воспалительной реакции, тогда как протеом близлежащей ткани был обогащен путями метаболизма, такими как метаболизм жирных кислот, окислительное фосфорилирование и метаболизм аминокислот (как я уже упоминал, опухолевые клетки подбирают себе или воспитывают соседей).
Так, ассоциированные с раком фибробласты (CAF) представляют собой основной компонент микроокружения поражений DGC и участвуют в прогрессировании и инвазии опухоли. CAFs очень распространены в опухолях DGC по сравнению с раком желудка кишечного типа, особенно в инвазивных областях опухолей. Опухолевые клетки могут привлекать предшественники CAF и стимулировать их переход к протуморозным CAF частично за счет секреции TGF-β. Кроме того, многие стромальные клетки, включая CAF и иммунные клетки, участвуют в формировании иммунорепрессивной среды в DGC, что может способствовать прогрессированию опухоли.

Отметим, что SRC являются дифференцированными гипопролиферативными клетками и, следовательно, вряд ли будут непосредственно способствовать возможной злокачественности DGC. Внутренняя дифференцировка отслоившихся клеток будет ограничивать рост поражений внутри слизистой оболочки и потенциально может также привести с течением времени к их исчезновению. Так, у пациентов с HDGC несмотря на наличие многих ранних поражений, в течение лет или десятилетий обычно развивается только одна распространенная опухоль, которая больше по размеру и проникает в подслизистую оболочку и более глубокие слои тканей (≥pT2).

В рамках Атласа генома рака (TCGA) DGC были преимущественно обнаружены в подгруппе GS (до 73%), хотя DGC также были замечены в небольшом количестве во всех других подгруппах. В соответствии с известной эпидемиологией DGC, подгруппа GS, как правило, диагностируется в более молодом возрасте.
В рамках исследования TCGA кластер GS также имел высокую частоту соматических мутаций CDH1 (37% случаев), мутаций RHOA (15% случаев) и слияния CLDN18 - ARHGAP (15% случаев). RHOA и CLDN18 - ARHGAP мутации являются взаимоисключающими. Когорта GS была связана с отсутствием значительной пользы от адъювантной терапии (HR для рецидива после химиотерапии = 0,83) и в целом худшим прогнозом.

Что касается протеомной классификации, то DGC можно отнести к подтипам клеточного цикла (PX1), EMT (PX2) и подтипу обогащения иммунологического процесса (PX3) только на основании их измененных паттернов протеома. Также PX1 имеет наименьшее количество мутаций ДНК, а PX3 - наибольшее; мутации ДНК в PX3 показали обогащение в нескольких путях, включая CXCR4, PI3K-AKT и пути фокальной адгезии.
Другие предлагаемые системы классификации больше ориентированы на клинико-патологические характеристики, в том числе предложенная Shah et al., которые разделили GC на три клинических подтипа - проксимальный недиффузный, дистальный недиффузный и диффузный - и обнаружили различные профили экспрессии генов для каждой подгруппы.

В исследовании из 87 мутировавших генов с укороченной мутацией только 4 гена ( RBMX , ARID1A , SOX9 и TMPO ) демонстрировали значительно более низкую экспрессию белка при рассмотрении только усеченных мутаций, предполагая, что очень немногие мутации сильно влияют на экспрессию белка. Из 9 генов, экспрессия которых в эксперименте была в целом изменена, продукты мутантного гена-супрессора опухоли (TSG) (ARID1A, ATM, BAX, PLEKHA6, SOX9) демонстрировали пониженную экспрессию, тогда как продукт онкогена MED12 демонстрировал повышенную экспрессию.

Мутации в TAF1 и KMT2C наблюдались исключительно в DGC, чаще наблюдались у тех, у кого была гистология перстневых клеток, с усеченными или вредными мутациями TAF1, обычно встречающимися вместе с мутациями CDH1 или TP53. Образцы DGC также имели более высокую плоидность, чем рак кишечного типа, с частой гетерозиготной делецией хромосомы 3p, области, охватывающей несколько генов-супрессоров опухоли, 9p24 с участием JAK2 и CD274(PD-L1) и дупликация 20q, которая включает несколько онкогенов.

Опухоли DGC также имели более высокую скорость нарушения регуляции важных сигнальных путей рака по сравнению с кишечным типом, включая контрольную точку клеточного цикла G2 / M, mTOR , MYC и сборку митотического веретена. Наконец, образцы DGC имели более высокие уровни Т-клеток памяти CD4 с более низкими уровнями цитотоксических лимфоцитов, моноцитов, NK-клеток, миелоидных дендритных клеток и нормальных перитонеальных фибробластов.

Что же касается обычно тестируемых биомаркеров в GC, сверхэкспрессия или амплификация HER2 менее часто наблюдается в DGC (6,2% против 32% в кишечном типе) и, по-видимому, исключают друг друга с мутациями RHOA. Кроме того, DGC вряд ли будет микросателлитно-нестабильным (MSI-H). Другие молекулярные биомаркеры, которые были связаны с DGC, включают изменения в пути PI3K / Akt / mTOR (такие как сверхэкспрессия фосфорилированных mTOR и HER , а также амплификации FGFR, приводящие к PI3K/ Akt и сверхэкспрессии или амплификации c- MET. С другой стороны, сверхэкспрессия VEGF / VEGFR , что связано с активацией NF-кВ с помощью H. Pylori, чаще ассоциируется с IGC.

[albert52]

Вставка.

Кластеризации путей развития РЖ

Выделяют три подтипа РЖ на основе кластеризации путей: иммунодепривированный (ImD), обогащенный стромой (StE) и иммунообогащенный (ImE). ImD показал низкую иммунную инфильтрацию, высокую активность репарации повреждений ДНК, высокий уровень анеуплоидии опухоли, высокую внутриопухолевую гетерогенность (ITH) и частые TP53 мутации. StE демонстрировал высокие стромальные сигнатуры, низкую активность репарации повреждений ДНК, стабильность генома, низкий уровень ITH и плохой прогноз. ImE имел сильную иммунную инфильтрацию, высокую активность репарации повреждений ДНК, высокую нагрузку опухолевых мутаций, преобладание микросателлитной нестабильности, частые мутации ARID1A , повышенную экспрессию PD-L1 и относительно благоприятный прогноз.

ImD сильно экспрессировал пути репарации повреждений ДНК и клеточного цикла, в то время как он слабо экспрессировал иммунные, стромальные и другие онкогенные (PI3K-Akt, Wnt и TGF-β) пути, а у StE все наоборот. ImE показал повышенную активность иммунных путей, путей восстановления повреждений ДНК и клеточного цикла и сниженную активность стромальных, PI3K-Akt, Wnt и сигнальных путей TGF-β.

Таргетные методы лечения РЖ, такие как нацеливание на HER2, EGFR, FGFR, KIT, c-Met, VEGFR и CLDN18.2, в настоящее время находятся на стадии изучения, хотя большинство таргетных методов лечения продемонстрировали умеренный эффект или резистентность к лекарствам. А иммунотерапия рака, такая как ингибиторы иммунных контрольных точек (ICI), достигла успеха в лечении различных рефрактерных опухолей, включая подтип MSI GC. Тем не менее, только часть больных раком показала благоприятный ответ на иммунотерапию. При этом «горячие» опухоли с высокой иммунной инфильтрацией часто демонстрируют более активный ответ на иммунотерапию, чем «холодные» опухоли с низкой иммунной инфильтрацией.
Отметим, что опухоли ImE, которые имели значительно более высокую частоту мутаций ARID1A, B2M, CASP8, CIC и RNF43, с большей вероятностью реагируют на ICI, чем другие подтипы. Дело в том, что ImE имеет наибольшую иммунную инфильтрацию и уровни экспрессии PD-L1, которые являются детерминантами, управляющими ответом на ICI.

Дефицит репарации несоответствия ответственен за MSI, тип мелкомасштабной геномной нестабильности, обнаруживаемой примерно в 20% GCs. Система репарации несоответствий (MMR - mismatch repair) поддерживает стабильность генома путем исправления неправильных пар оснований, образующихся во время репликации ДНК. Ее функция заключается в устранении ошибок репликации ДНК, возникающих при делении клеток, в ситуациях, когда во время построения новой нити происходит ошибочная вставка некомплиментарного нуклеотида (например, вместо гуанина к цитозину встраивается тимин), в результате чего возникает несоответствие (mismatch).
Система MMR включает в себя белки MSH2 и MSH6, формирующие первый гетеродимер, отвечающий за поиск ошибок в ДНК, а также белки MLH1 и PMS2, составляющие второй гетеродимер, который в месте обнаруженной ошибки комплексом MS2/MSH6 присоединяется к нему. В результате этого происходит активация экзонуклеазы, которая вырезает участок с ошибкой. Далее ДНК-полимераза правильно достраивает эту нить ДНК. Молекулярные нарушения в функционировании хотя бы одного из белков MMR, а также в гене EPCAM (делеция 3´- конца которого вызывает эпигенетическое гиперметилирование промотора гена MSH2), приводит к прекращению работы всей системы.

Напротив, дефицит гомологичной рекомбинации ответственен за CIN, тип крупномасштабной нестабильности генома, проявляющийся примерно в 50% GCs. Гомологи́чная рекомбина́ция, или о́бщая рекомбина́ция, — тип генетической рекомбинации, во время которой происходит обмен нуклеотидными последовательностями между двумя похожими или идентичными хромосомами. Это наиболее широко используемый клетками способ устранения двух- или однонитевых повреждений ДНК.
Разрыв двух нитей ДНК приводит к тому, что 5'-концы непосредственно рядом с повреждением удаляются. Следующий шаг заключается во внедрении или инвазии 3'-конца повреждённой цепи в другую, целую ДНК, используемую в качестве матрицы. Дальнейшая последовательность событий может идти двумя путями (описанными ниже), известными как DSBR или SDSA. Гомологическая рекомбинация, происходящая во время репарации ДНК, как правило, приводит к восстановлению молекулы в том же виде, в котором та находилась до повреждения.

Эффективность репарации ДНК падает со снижением скорости гомологической рекомбинации, что также может привести к раку, например, в случае BRCA1 и BRCA2[en] — двух похожих опухолевых супрессоров, чья неисправность связана с значительно повышенной вероятностью возникновения рака груди и яичников.

Иммунная цитолитическая активность представляет собой способность цитотоксических Т-клеток и естественных клеток-киллеров уничтожать опухолевые клетки, что соответствует среднему уровню экспрессии двух маркерных генов ( GZMA и PRF1 ) в опухоли. Три подтипа GC имели значительно разные иммунные оценки: ImD <StE <ImE во всех трех наборах данных. Уровни экспрессии большинства генов человеческого лейкоцитарного антигена (HLA) показали закономерность: ImD <StE <ImE. Иммуноцитолитическая активность была наибольшей при ImE и наименьшей при ImD. Эти данные подтвердили, что ImE и ImD имели самый высокий и самый низкий противоопухолевый иммунитет соответственно.

У StE была значительно более высокая доля покоящихся Т-клеток памяти CD4, покоящихся тучных клеток и иммуноингибирующих макрофагов M2, но более низкая доля активированных Т-клеток памяти CD4 и иммуностимулирующих макрофагов M1, чем у ImE. Более того, при СтЭ доля покоящихся тучных клеток и макрофагов М2 была значительно выше, а доля активированных тучных клеток ниже, чем при ImD. Это показывает, что StE, вероятно, будет демонстрировать более сильные иммуносупрессивные сигнатуры, чем другие подтипы.

Уровни экспрессии 194 сигнатур стромальных генов между тремя подтипами GC показали, что большинство из них были более выражены в StE, чем ImD и ImE. Напротив, чистота опухоли (% опухолевых клеток) демонстрировала противоположную тенденцию: ImD > ImE > StE, что указывает на то, что ImD и StE имели самую высокую и самую низкую чистоту опухоли соответственно. Впрочем, ассоциации подтипов GC с иммунными и стромальными сигнатурами не зависят от чистоты опухоли.

[albert52]

Продолжим конкретные формы рака с рассмотрения рака толстой кишки (РТК или CRC).

Нормальная толстая кишка состоит примерно из миллиона крипт Либеркюна, каждая из которых содержит около 2 тыс. клеток, включающих энтероциты, энтерохромаффиноциты, бокаловидные клетки и клетки Панета. Предполагаемые стволовые клетки находятся в узком промежутке вблизи основания крипты. Эти стволовые клетки движутся вниз и дифференцируются в клетки Панета или наверх и превращаются в пролиферативные, которые дают начало 3 типам клеток: энтероцитам, бокаловидным клеткам и энтерохромаффиноцитам, формирующим кишечную ворсинку.

Клетки эпителия кишечника обновляются примерно 1 раз в 5 дней. Данные стволовые клетки делятся ассиметрично, порождая эпителиальные клетки всех типов. Число длительно живущих стволовых клеток составляет 4–6 на 1 крипту.
В толстой кишке происходит миграция клеток - эпителиальные клетки, делящиеся в нижней половине кишечных крипт, мигрируют на поверхность, откуда они в конце концов выталкиваются в просвет кишки. По мере того как эти клетки мигрируют к устью крипты, они сначала заполняются секреторными вакуолями; однако, еще не достигнув поверхности, они теряют вакуоли и становятся типичными цилиндрическими клетками, микроворсинки которых образуют щеточную каемку. В аноректальном канале, в области границы ректального и анального эпителия, кишечные крипты не обнаруживаются.

Распостраненность рака толстой кишки диктует необходимость выявления их на этапе предраковых изменений. До недавнего времени считалось, что в качестве таковых могут выступать только так называемые диспластические полипы (аденомы тубулярные, тубуло-ворсинчатые, ворсинчатые), причем чем более выражен ворсинчатый компонент, тем интенсивнее выражена дисплазия, а значит, тем выше потенциал злокачественности. Ворсинчатая аденома кишечника может достигать 10 см в диаметре. Впрочем, хотя ворсинчатые аденомы гораздо чаще, чем тубулярные, содержат очаги инвазии, но сам по себе ворсинчатый тип при небольших размерах аденомы не повышает риск развития рака.
Аденомы — это внутриэпителиальные опухоли, варьирующие от маленьких полипов на ножке до крупных плоских образований. Аденомы одинаково часто наблюдаются у мужчин и женщин, их частота коррелирует с частотой аденокарцином толстой кишки, при этом локализация и распределение аденом и аденокарцином в толстой кишке сходна.
Цитологическими признаками дисплазии эпителия в полипах являются гиперхромия ядер, его удлинение и псевдостратификация (псевдослои). Эти изменения лучше всего различимы в поверхностных участках аденомы и часто сопровождаются уменьшением количества бокаловидных клеток.

Представители другой группы новообразований — гиперпластические полипы — считались не способными к перерождению в аденокарциному. Однако сегодня доказано, что они представляют собой гетерогенную группу образований с различным неопластическим потенциалом. Самые опасные — зубчатые образования толстой кишки. Зубчатая аденома имеет характерную поверхность, на которой располагаются зазубренные элементы эпителия. Зубчатость формируется за счет «наползания» пролиферирующих клеток друг на друга, предположительно вследствие угнетения апоптоза.

Аденомы могут образовываться в любом отделе толстого кишечника. Исследования дают следующие результаты частотности локализации аденоматозных полипов: 25 % — прямая кишка; 25 % — сигмовидная кишка; 18 % — нисходящая ободочная; 13 % — восходящая ободочная; 11 % — поперечная ободочная; 7 % — слепая. Данная патология встречается довольно часто, она составляет от 25 % до 40 % от всех новообразований полиповидного типа. Причем 15 – 58 % — это поражение множественными аденомами, процентное содержание которых увеличивается с возрастом.
Если говорить о возрастной группе 50 – 60 – летних людей, поражены этим заболеванием будут 40 % женщин и 50 % мужчин. Люди в возрасте до 30 лет редко сталкиваются с этим заболеванием, поэтому его оправданно считают болезнью пожилого населения. Семейный полипоз, когда количество полипов варьируется в рамках 30 – 100, сегодня выявляется все чаще.

Остановимся поподробнее на гиперпластических полипах.
Гиперпластические полипы (НР): на них приходится от 28 до 42 % всех полипов толстой кишки. Чаще всего они локализуются в левой половине толстой кишки, преимущественно в дистальных отделах, хотя 10—15% полипов располагаются в восходящей и поперечной ободочной кишке; они могут носить множественный характер и не иметь клинических проявлений.

Из гиперпластических полипов чаще всего встречается микровезикулярный тип, характеризующийся наличием мелких капель муцина в цитоплазме большинства клеток. Богатый бокаловидными клетками тип встречается несколько реже и преимущественно построен из клеток с обильной светлой цитоплазмой, заполненной муцинами. Пролиферативная зона и зубчатость в нем выражена сравнительно слабо.
В гиперпластическом полипе возможна только минимальная клеточная атипия. Отметим, что микровезикулярный тип может быть предшественником зубчатой аденомы/полипа на широком основании (sessile serrated adenoma/polyp — SSA/P), а богатый бокаловидными клетками — традиционной зубчатой аденомы. Любой полип, располагающийся проксимальнее селезеночного изгиба и имеющий размер более 1 см, рекомендуется расценивать как SSA/P. Частота встречаемости SSA/P составляет 2—5% колоректальных полипов и 15—25% всех зубчатых образований.

Гистологически SSA/P характеризуется распространением зубчатости на всю глубину крипт вплоть до базальных отделов и деформацией крипт с появлением признаков патологического ветвления, расширения базальных отделов, горизонтального роста вдоль мышечной пластинки с образованием расширений в виде буквы L или перевернутой буквы Т. Зубчатость обусловлена выбуханием апикальной части цитоплазмы в просвет крипты (см. выше). Зона пролиферации асимметрична, часто расположена на одной из стенок, смещена в среднюю треть крипты.
С 2005 г. диагностическим критерием для SSA/P считалось наличие не менее 10% измененных крипт. Согласно рекомендациям ВОЗ 2010 г., таким критерием признавалось наличие не менее двух измененных желез, а современным рекомендациям — наличие даже одной измененной железы при ее зубчатости. Показано, что 15% SSA/P прогрессировали в колоректальную аденокарциному или дисплазию высокой степени.
Есть предположение, что существует последовательность: HP → SSA/P → SSA/P с дисплазией → рак. Чаще всего этот каскад наблюдается в проксимальных отделах толстой кишки; есть сведения о повышении частоты мутаций CIMP и BRAF по мере продвижения от прямой кишки к проксимальным отделам.

Традиционная зубчатая аденома (traditional serrated adenoma — TSA) в большинстве случаев имеет вид полиповидного образования на ножке (Ip) или на широком основании (Is), также встречаются неполиповидные приподнятые образования (0—IIa). Есть данные, что полиповидные формы более характерны для дистальной части толстой кишки, а неполиповидные — для проксимальной. Частота встречаемости TSA, по данным разных исследований, составляет 1,2—7%. Отметим, что 31,3% TSA имеют в качестве предшественников SSA/P (преимущественно проксимальное расположение) и 52,3% гиперпластические полипы (преимущественно дистальное расположение. Они редко имеют клинические проявления. Морфологически характеризуются ворсинчатым строением, ворсины отечны, булавовидно расширяются на концах; формируются эктотипированные крипты, отходящие от основной под прямым углом и не достигающие мышечной пластинки.
Им присуща специфическая мутация — гиперметилирование гена «починки» ДНК MGMT (O6-methylguanine-DNA methyltransferase). ТSA часто прогрессируют в зубчатые карциномы муцинозного или трабекулярного типа. Рост таких карцином более агрессивен по сравнению с карциномами, развившимися из классических аденом.

Под зубчатым полипозом понимают наличие в толстой кишке 5 и более зубчатых образований, расположенных проксимальнее сигмовидной ободочной кишки (2 или более из которых размером более 10 мм), либо наличие любого числа зубчатых образований, расположенных проксимальнее сигмовидной ободочной кишки у лиц, чьи родственники первой линии родства страдают зубчатым полипозом, либо наличие 20 и более зубчатых образований любого размера, локализованных в любых отделах толстой кишки.
Существует два варианта заболевания:
(1) с множеством SSA/P, в том числе и крупных, имеющих тенденцию к проксимальному расположению и
(2) с множеством типичных гиперпластических полипов (5 мм и менее), распределенных по всем отделам толстой кишки. Первый вариант более опасен с точки зрения последующей малигнизации.

Сидячая зубчатая аденома – это сравнительно новый вид полипов толстой кишки. Эти полипы обычно встречаются в правых отделах толстой кишки и не проявляют себя клинически. Обычно сидячая зубчатая аденома достигает больших размеров и имеет уплощенную форму, что затрудняет ее обнаружение при эндоскопическом исследовании (уплощенное, слабо возвышающееся над поверхностью окружающей слизистой, стелющееся образование). Специалисты считают, что сейчас примерно треть всех случаев рака толстой кишки берут свое начало из таких зубчатых аденом.

Другая специфическая форма CRC, рак, ассоциированный с колитом (CAC), чаще всего появляется у пациентов с воспалительным заболеванием кишечника (ВЗК) и составляет около 2% от CRC и имеет сходство со спорадическим/семейным CRC.

[albert52]

Продолжим.

Хотя усиленный несистематический скрининг молодых людей может способствовать выявлению заболеваемости, раннее начало CRC (у пациентов в возрасте 50 лет и ниже) может быть вызвано многочисленными распространенными провоцирующими факторами, в том числе глобальным принятием вестернизированной диеты, хроническим стрессом и широкое использование антибиотиков с изменением микробиоты кишечника.

Различия в клинических исходах и чувствительности к лекарствам зависят от локализации рака в толстой и прямой кишке. Соответствующие способствующие факторы включают их различные физиологические функции, кишечный микробиом, региональные типы иммунных клеток, диетические канцерогены, время обнаружения болезни и факторы онтогенеза.
Так, проксимальные спорадические опухоли толстой кишки, которые чаще диагностируются у женщин (51–62% случаев) и у афроамериканцев, демонстрируют более высокую стадию TNM при первом диагнозе (TNM — это система обозначений, описывающая стадию рака, возникающего из солидной опухоли, с использованием буквенно-цифровых кодов), имеют тенденцию к высоким уровням полногеномного гиперметилирования промотора, называемого фенотипом метилатора островков CpG (CIMP), проявляют микросателлитную нестабильность (MSI) из-за дефектных механизмов репарации несоответствия ДНК (dMMR), чаще мутируют в KRAS и BRAF и имеют худший прогноз. Напротив, дистальные колоректальные опухоли с большей вероятностью проявляются хромосомной нестабильностью (CIN) и имеют более благоприятный прогноз.

Описано 2 различных генетических пути канцерогенеза в толстой кишке. Первый — это путь АРС/b-катенина, который связан с геном WNT и классической последовательностью аденома-карцинома. Второй — путь микросателлитной нестабильности, который связан с дефектом системы репарации ДНК. Оба пути приводят к постепенному накоплению многочисленных мутаций, но вовлеченные гены и механизмы, посредством которых накапливаются мутации, различны.

Классическая концепция развития КРР, предложенная B. Vogelstein, основана на возникновении его из традиционных аденом (тубулярных, ворсинчатых и тубуловорсинчатых) в результате активации Wnt сигнального каскада из-за инактивирующей мутации в гене APC (adenomatous polyposis coli), приводящей к активации генов KRAS/BRAF или активирующей мутации в гене, кодирующем β-катенин. Впрочем, активирующие мутации в онкогенах KRAS/BRAF могут быть первичными и появляться независимо от гена APC. Этот механизм канцерогенеза характерен для органов с интенсивным делением клеток. Для развития аденомы обе копии гена АРС должны быть функционально неактивными как вследствие мутации, так и из-за эпигенетических воздействий. При утрате функции АРС ß-катенин накапливается и переносится в ядро, где активирует транскрипцию генов MYC и циклина D1, которые запускают пролиферацию.

Wnt-сигнальный путь активирует транскрипционные факторы ядерного комплекса β-катенина и TCF/LEF (T cell factor/lymphoid enhancer factors), которые регулируют транскрипцию большого числа генов, вовлеченных в поддержание гомеостаза тканей, эмбриональное развитие. Также Wnt-сигнальный путь участвует в формировании нормальной слизистой оболочки толстой кишки (см. ниже).
Последующие дополнительные мутации, включая активирующие мутации гена Kras, приводят к активации роста и препятствуют апоптозу клеток. Мутация Kras является последним событием в цепи канцерогенеза. Это подтверждается тем, что эти мутации присутствуют только в 10% аденом диаметром менее 1 см, но обнаруживаются в 50% аденом диаметром более 1 см и в 50% инвазивных аденокарцином.

Прогрессирование опухоли также сопровождается мутациями или делецией других генов-супрессоров опухолей — SMAD2 и SMAD4, которые являются эффекторами сигнального пути TGF-ß. Поскольку сигнал TGF-ß в норме подавляет клеточный цикл, утрата этого гена может приводить к неконтролируемому клеточному росту.

Отметим еще фермент СОХ-2, высокая экспрессия которой определяется в 90% карцином толстой кишки и в 40-90% аденом толстой кишки. СОХ-2 необходима для выработки простагландина Е2, который стимулирует пролиферацию эпителия, особенно после его повреждения. Интересно, что экспрессия СОХ-2 регулируется TLR4 (Toll-like receptor 4), который распознает липополисахариды и также избыточно экспрессируется в аденомах и карциномах.

Мутации гена-супрессора опухолей р53 определяются в 70-80% случаев рака толстой кишки, но редко наблюдаются при аденомах, позволяя предположить, что мутации р53 возникают на поздних этапах прогрессирования опухоли. Причиной утраты функций р53 и других генов-супрессоров опухолей часто являются делеции, указывающие на то, что хромосомная нестабильность (chromosomal instability — CIN) — типичный признак опухолей с путем АРС/Р-катенина. Общая доля опухолей толстой кишки, возникших по данному механизму, составляет примерно 60 %. Этот путь характерен и для случаев с наследственным аденоматозным полипозом и наследственным КРР.

[albert52]

Продолжим.

У пациентов с нарушением работы системы репарации ошибок репликации ДНК вследствие утраты генов, исправляющих эти ошибки (mismatch repair гены, MMR — MLH1 и MLH2), в микросателлитных последовательностях накапливаются мутации. Такое состояние называют микросателлитной нестабильностью (мутаторным фенотипом); она может быть высокой (MSI-H) или низкой (MSI-L), при ее отсутствии принято говорить о стабильности (MSS). Кстати, геном человека содержит 50-100 тыс. микросателлитов, длина которых увеличивается во время каждой репликации ДНК.

Эти мутации, как правило, являются «молчащими», т.к. микросателлиты обычно расположены в некодирующих участках ДНК. Однако некоторые микросателлитные последовательности располагаются в кодирующем участке или промоторной зоне генов, участвующих в регуляции клеточного роста, например генов рецептора TGF-ß II типа и проапоптотического белка ВАХ. TGF-ß, как я уже yпоминал, подавляет пролиферацию эпителиальных клеток толстой кишки, утрата его, а также ВАХ может повышать выживаемость генетически аномальных клеточных клонов. Здесь также часто определяются мутации онкогена BRAF, и сайленсинг (подавление транскрипции) различных групп генов вследствие гиперметилирования островков CpG.

Такие нарушения часто выявляют в плоских зубчатых аденомах, обычно в проксимальных отделах кишки; некоторые из них могут быстро прогрессировать в рак (малигнизироваться), несмотря на то, что размер их остается небольшим. При отсутствии аденоматозного строения такие образования считаются раком «de novo», а их патогенез называют «зубчатым путем канцерогенеза». Отметим, что колоректальные карциномы, развившиеся по зубчатому пути, требуют особого режима химиотерапии.

В целом такой метиляторный фенотип выявляется у 47—60% гиперпластических полипов, 75—77% SSA/P и 31—80% TSA. Микросателлитная нестабильность определяется у 64% гиперпластических полипов, 23—54% SSA/P и 30—56% TSA. В опухоли, развивающейся из TSA дистальной части толстой кишки, начальной является мутация гена KRAS, что встречается у 13—31% гиперпластических полипов, 3—12,5% SSA/P и 24—55% TSA.

Опухоли с высоким MSI - микросателитной нестабильностью (MSI-H) обладают многими точечными мутациями, которые создают обильные неоантигены, которые могут вызывать воспалительный фенотип, характеризующийся плотной инфильтрацией лимфоцитов. Что же касается хромосомная нестабильность (CIN), то у людей при старении в эпителии кишечника происходит прогрессирующая эрозия теломер, а дисфункция теломер (анафазные мостики) была зарегистрирована при переходе от аденомы к раку, что указывает на то, что теломеры играют роль в развитии CIN на ранних стадиях CRC человека. Наконец, прогрессирование рака связано с реактивацией теломеразы, которая присутствует в 85–90% всех типов рака, включая CRC.

Отметим, что на ранних стадиях рака груди член семейства TGF-β BMP7 репрессирует обратную транскриптазу теломеразы человека (hTERT) посредством BMP-рецепторов II и SMAD3-зависимым образом. Хроническое воздействие BMP7 на раковые клетки вызывает укорочение теломер раковых клеток и последующий апоптоз, то есть на ранних стадиях рака TGF-β оказывает супрессивное действие, но на поздних стадиях наоборот, способствует ЭМП (см. выше).

Отметим, что в модели «APC-TP53 - KRAS», чаще всего наблюдающейся на
фоне хронического колита, частые мутации TP53 можно обьяснить его постоянной активацией, что требует его открытой конфигурации и высокого уровня АФК. Вообще, мутации наблюдаются обычно только у активных генов, так как к молчащим генам плотно прилегают гистоны, защищая их от повреждений. Наиболее открыты гены дифференциации (надстройки), так как для их чтения требуется больше кофакторов, чем для генов инфраструктуры.

Следует отметить, что мутации в генах KRAS и BRAF являются
взаимоисключающими. Карциномы толстой кишки с мутацией BRAF имеют худший прогноз, чем Kras-мутантные опухоли из-за высокого уровня метилирования ДНК, особенно с фенотипом CpG Island Methylator (CIMP). Дело в том, что такие островки особенно важны в генах надстройки из-за необходимости их тонкой настройки, и их постоянное метилирование нарушает работу этих генов. Кроме того, BRAFV600E активирует MEK-ERK, который, в свою очередь, активирует онкогенные факторы транскрипции, такие как Mус и NF-kB.
Кстати, как я уже упоминал, мутации в генах BRAF и KRAS практически не сочетаются, хотя на перый взгляд опухолевым клеткам это выгодно - гены надстройки слабеют, а инфрастуктуры, наоборот, усиливаются. Видимо для раковых клеток так много счастья, особенно при интактном р53, уже слишком - возникает апоптоз (синтетическая летальность).

Такие опухоли, так же как и опухоли с метилированием островков CpG, часто локализуются в проксимальном отделе ободочной кишки. Но в целом общие гистологические характеристики аденокарцином дистального и проксимального отделов толстой кишки сходны. Большинство опухолей состоят из высоких цилиндрических клеток, напоминающих диспластичный эпителий, обнаруживаемый в аденомах.

Проведено иммуногистохимическое исследование аденокарциномы толстой кишки. При этом клеточный состав опухоли условно можно разделить на 4 популяции:
1) стволовые непролиферирующие (ALDH1+, Ki-67–);
2) стволовые пролиферирующие (ALDH1+, Ki-67+);
3) амплифицирующиеся (ALDH1–; Ki-67+);
4) дифференцирующиеся (ALDH1–; Ki-67–).
Соотношение данных популяций в среднем составляет 9:1:60:30. Преобладающей популяцией являются амплифицирующиеся клетки (медиана 60%), а наименьшей — пролиферирующие стволовые раковые (медиана 1%). Кроме того, часть клеток имеет экспрессию рецептора хемокина CXCR4, который в литературе при изучении других локализаций показывал связь с развитием метастазов.

Внутрислизистая карцинома развивается в том случае, когда диспластические эпителиальные клетки проникают через базальную мембрану в собственную или мышечную пластинку слизистой оболочки. Поскольку в слизистой оболочке толстой кишки отсутствуют лимфатические сосуды, внутрислизистая карцинома обладает очень низким метастатическим потенциалом, поэтому тотальная полипэктомия является эффективным методом лечения.

Низкодифференцированные опухоли и опухоли с муцинозной дифференцировкой имеют н***агоприятный прогноз, определяемый двумя наиболее значимыми факторами — глубиной инвазии опухоли и наличием метастазов в лимфоузлах. Инвазия в мышечную оболочку и метастазы в лимфатических узлах значительно снижают выживаемость.

Наследственный неполипозный рак толстой кишки (HNPCC), также известный как синдром Линча, был описан при наблюдении семейных случаев злокачественных опухолей различной локализации, включая толстую кишку и прямую кишку, эндометрий, желудок, яичники, мочеточники, головной мозг, тонкую кишку, желчные пути и кожу.
HNPCC вызван наследственными мутациями генов, кодирующих белки, ответственные за определение, вырезание и репарацию повреждений, возникающих при репликации ДНК. Существуют по меньшей мере 5 репарационных генов, но в большинстве наблюдений HNPCC мишенями являются гены MSH2 и MLH1. Пациенты с HNPCC наследуют мутантный аллель репарационного гена и один нормальный аллель.
После утраты второго аллеля вследствие мутации или эпигенетического сайленсинга («выключение» гена, подавление его активности) дефект репарации приводит к накоплению мутаций, которых становится в 1000 раз больше, чем в норме, главным образом в областях, содержащих короткие нуклеотидные повторы ДНК (микросателлиты). и которые представляют собой самые частые участки мутаций при HNPCC. Нарушения репарации приводят к микросателлитной нестабильности.

[albert52]

Вставка

Хромосомная нестабильность (CIN)

Большинство солидных опухолей являются анеуплоидными, и многие хромосомы неправильно расщепляются с очень высокой частотой (вплоть до одного раза за каждые 1-5 клеточных делений) в явлении, называемом хромосомной нестабильностью (CIN), которая определяется как постоянно высокая скорость потери и приобретения целых хромосом. Отметим, что массивная неправильная сегрегация хромосом, вызванная сбоем контрольной точки или мультиполярной анафазой, приводит к летальному исходу.
CIN представляет собой потерю точности сегрегации хромосом в митозе, который в норме тщательно организован, чтобы гарантировать, что все сестринские хроматиды сегрегируют в противоположные дочерние клетки. Центральное место в этой хореографии занимает слипчивость сестринских хроматид, которая устанавливается во время репликации ДНК путем отложения когезинового комплекса. Надлежащая сегрегация хромосом требует, чтобы слипчивость поддерживалась на протяжении фаз G2 и M клеточного цикла, а затем резко нарушалась в начале анафазы.

Хромосомы, которые не прикреплены должным образом к микротрубочкам веретена, испускают сигнал для поддержания активности циклин-зависимой киназы, которая ингибирует начало анафазы и сохраняет сцепление сестринских хроматид. Как только все хромосомы достигают надлежащего би-ориентированного прикрепления к микротрубочкам веретена, SAC (контрольная точка сборки веретена) удовлетворяется, и разделение сестринских хроматид резко и синхронно индуцируется на всех хромосомах механизмом клеточного цикла, который протеолитически расщепляет когезиновый комплекс. Наконец, в клетках человека каждая кинетохора прикрепляется в среднем к 20 микротрубочкам, и все эти микротрубочки должны ориентироваться на один и тот же полюс веретена, чтобы поддерживать правильное расхождение хромосом.

Узкий диапазон регуляции динамики кинетохор-микротрубочек по мере продвижения клеток через митоз делает их чувствительной мишенью для нарушения митотической точности. Так, прикрепление кинетохор к микротрубочкам более стабильно в опухолевых клетках с CIN, чем в хромосомно стабильных диплоидных клетках, причем стохастический характер прикрепления кинетохор к микротрубочкам приводит к частым неправильным прикреплениям, при которых отдельные кинетохоры одновременно связываются с микротрубочками, отходящими от обоих полюсов веретена. Это не воспринимается SAC и, если это не исправить, может вызвать миграцию сестринских хроматид к одному и тому же полюсу веретена в анафазе, что приводит к неправильной сегрегации хромосом. Впрочем мутации, которые нарушают функцию SAC, довольно редко встречаются в CIN опухолях человека.

Острое истощение когезинов или регуляторов когезии Sgo1 и сепаразы (фермента, расщепляющего когезины для инициации анафазы) с помощью РНК-интерференции увеличивает количество тетраплоидных клеток.
Отметим, что когезиновые гены редко мутируют. Тем не менее возможно что доминантные мутации в субъединицах cohesin увеличивают неправильную сегрегацию хромосом, предотвращая своевременное разделение хромосом. Неправильное расхождение хромосом способствует онкогенезу в клетках. которые приобрели дополнительные мутации. Так, потеря хромосом является известным механизмом выявления рецессивных мутаций в генах-супрессорах опухолей человека.

Наиболее распространенным митотическим дефектом является отставание хромосом в анафазе, причем частота отставания хромосом во время анафазы увеличивается в клетках с ослабленной активностью SAC, указывая на то, что у этих клеток не было достаточно времени, чтобы скорректировать все меротелиальные прикрепления до начала анафазы. APC часто мутирует при раке толстой кишки, а клетки с мутациями в APC демонстрируют высокие показатели отставания хромосом в анафазе.
Амплификация центросом возникает в результате избыточной экспрессии киназы Aurora A или вирусной инфекции. Впрочем, список белков центромер/кинетохор, возмущение которых снижает точность сегрегации из-за повышения неправильного прикрепления кинетохор-микротрубочек, быстро растет. Также индукция дополнительных центросом в хромосомно стабильных клетках была достаточна для неправильной сегрегации хромосом .

Когда диплоидные клетки становятся толерантными к недиплоидному геному за счет потери p53, они проявляют CIN после первоначальных событий неправильной сегрегации хромосом, показывая, что возмущение хромосомного содержимого (и, следовательно, множество уровней транскриптов) может иметь циклический эффект, вызывая постоянное состояние CIN.

В дополнение к белкам, которые функционируют непосредственно в процессе расхождения хромосом во время митоза, существуют многочисленные регуляторы клеточного цикла, связанные с CIN. Так, нарушение контрольных точек клеточного цикла может позволить клеткам с неправильно сегрегированными хромосомами продолжать клеточный цикл. Также циклин E регулирует удвоение центросом во время клеточного цикла, а дополнительные центросомы способствуют CIN. Другим примером является белок-супрессор опухолей Rb, который регулирует активатор транскрипции E2F. Одной из мишеней E2F является ген Mad2, и потеря Rb приводит к сверхэкспрессии Mad2, которая индуцирует CIN. Также FoxM1 активирует транскрипцию многих митотических белков, включая циклин B, CENP-F и Plk-1, и потеря FoxM1 может вызвать CIN путем изменения экспрессии одного или нескольких из этих белков .

Из-за постоянной перетасовки хромосом опухолевые клетки с CIN постоянно исследуют генетический ландшафт с почти неограниченным числом комбинаций. В то время как некоторые комбинации хромосом могут не давать селективного преимущества или недостатка, другие могут обеспечивать преимущества роста клеток в микроокружении опухоли, особенно под селективным давлением, оказываемым химиотерапией.

Анеуплоидия — это состояние, при котором число хромосом в клетке отклоняется от кратного гаплоидному числу хромосом. Анеуплоидные опухолевые клетки приобретают толерантность к недиплоидным геномам, что позволяет им эффективно размножаться, поскольку они в связи с CIN постоянно неправильно сегрегируют отдельные хромосомы. Однако толерантность ограничена, поскольку анеуплоидные опухолевые клетки погибают, когда большое количество хромосом неправильно сегрегирует в одном цикле клеточного деления. Таким образом, стратегии, которые поднимают неправильную сегрегацию хромосом за пределы допустимого уровня, могут быть терапевтически полезными.

[albert52]

Продолжим.

CIN была признана источником генетической изменчивости, способствующей адаптации опухоли к стрессовой среде и цитотоксическим противораковым препаратам. CIN может быть сильно онкогенным, но определенные уровни CIN могут иметь противоположные эффекты в разных тканях. В то время как во время эмбриогенеза почти все анеуплоидии летальны и уровни анеуплоидий в нормальных тканях очень низкие, хромосомные аберрации наблюдаются в 70-90% солидных опухолей.
CIN таким образом является общим признаком солидных опухолей и может быть классифицирован как числовой CIN или структурный CIN. Числовая CIN характеризуется увеличением или потерей целых хромосом (анеуплоидия), в то время как структурная CIN характеризуется увеличением или потерей фракций хромосом .

Опухоли больше всего выигрывают от средних показателей CIN, поскольку низкие показатели CIN не допускают какой-либо эволюции кариотипа, а слишком высокие показатели CIN препятствуют клональному отбору хромосом, когда окружающая среда изменилась. Что касается толстого кишечниеп, то умеренная CIN наиболее эффективна для индуцирования анеуплоидий, способствующих инициации или росту аденомы. Более высокие степени CIN приводят к анеуплоидным популяциям в здоровой ткани кишечника, причем по крайней мере часть анеуплоидных популяций, индуцированных CIN, в аденомах в виде пролиферативных клеток. Гиперпролиферация крипт может быть адаптивным ответом на гибель или остановку клеток из-за высокого CIN.

Анеуплоидия относится к состоянию аномального числа хромосом, которое может быть стабильным или нестабильным. Нестабильная анеуплоидия может способствовать одновременному росту различных субпопуляций опухоли, что приводит к межопухолевой и внутриопухолевой геномной гетерогенности. Кроме того, при раке с повышенным числовым и структурным CIN также наблюдается хаос в геноме. Хаос генома, определяемый как процесс сложной быстрой реорганизации генома, характеризуется наличием экстремальных структурных и числовых хромосомных изменений. Многие из этих хромосомных изменений являются единовременными аномалиями (NCCA), и поскольку они не являются клональными (клональные хромосомные изменения - CCA), они обычно игнорируются.

ССА определяются как хромосомные изменения, наблюдаемые по крайней мере дважды в пределах от 20 до 40 случайно исследованных митотических фигур (диапазон встречаемости более 30%). NCCA определяются как единовременные хромосомные изменения, наблюдаемые с частотой менее 4% среди 50–100 митотических фигур и характерные для хаотических геномов. Примеры NCCA включают делеции, транслокации, амплификации генов, инверсии, хромотрипсис, хромоплексию, дицентрические хромосомы и дупликации.

Генетическая структурная вариация в геноме человека может проявляться во многих формах, начиная от однонуклеотидных полиморфизмов (SNP) и заканчивая большими хромосомными аберрантами. Широко распространено существование вариации числа копий (CNV) у людей. CNV определяется как увеличение или уменьшение количества сегментов ДНК размером 1 т.п.н. или больше в геноме человека, что составляет важную часть генетической структурной изменчивости.

Было указано, что, хотя CIN может быть полезным для опухолей, обеспечивая благоприятные изменения, он также может создавать уязвимости, которые можно использовать терапевтически. Фактически, CIN может генерировать «синтетические летальные» взаимодействия конкретно в опухолевых клетках, вызывая генные зависимости, отсутствующие в нормальных клетках. Например, при РМЖ дефицит BRCA1 и BRCA2 приводит к заметной чувствительности к ингибиторам поли (АДФ-рибоза) полимеразы (PARP).
PARP играет важную роль в репарации однонитевых разрывов, и считается, что его ингибирование приводит к коллапсу репликационной вилки и двухцепочечным разрывам, репарация которых зависит от гомологичной рекомбинации (см. выше). Примечательно, что из-за того, что носительство мутаций BRCA полностью недостаточно для функции BRCA в опухолях (не в нормальных тканях), ингибиторы PARP, вероятно, будут высоко опухолеспецифичными.

Также CIN-положительные опухоли по своей природе устойчивы к таксанам из-за сходства между путями, которые регулируют разделение хромосом во время митоза, и путями, участвующими в ответах таксанов. Фактически, таксаны функционируют в первую очередь, вмешиваясь в динамику микротрубочек веретена. Когда клетки подвергаются длительному митотическому стрессу в присутствии ядовитых препаратов для микротрубочек, таких как таксаны, SAC в конечном итоге заглушается, и клетки могут выйти из митоза.

Вообще CIN может быть вовлечен в повреждение ДНК, и двухцепочечные разрывы в результате CIN могут быть репарированы путем рекомбинации с мутантным аллелем, а удвоение мутантной хромосомы сопровождается потерей аллеля дикого типа Вообще конкретно в толстой кишке CIN способствует (за счет LOH), а не инициирует образование опухоли.

Для значительного числа генов число копий демонстрируют положительную корреляцию с соответствующим уровнем экспрессии генов. Эта тенденция особенно очевидна для большого числа онкогенов (например, MYC, AKT1, CDK9, KRAS и MDM2) и генов-супрессоров опухолей (например, CDKN2A, RB1, PTEN и TP53). Можно выделить гены с амплифицированным числом копий и повышением уровня экспрессии (AUG) и гены с уменьшенным числом копий и пониженным уровнем экспрессии (DDG; большинство генов (83%) принадлежит AUG.
Так, ген нейрофасцина (NFASC) значительно амплифицируется и сверхэкспрессируется у пациентов с немелкоклеточным раком легкого (NSCLC), и определена новая роль NFASC в регуляции подвижности клеток и миграции NSCLC. Также заметная связь между CNV и дифференциальной экспрессией генов для FAM60A, TFDP1, CDC25B и MCM2 при раке пищевода.

В целом максимальная доля высококонкордантных генов AUG и DDG (21,62%) была расположена в хромосоме 8, за которой следовала хромосома 1 (16,54%), что согласуется с данными о том, что хромосома 1 обладает наибольшим количеством генов. оказывает сильное влияние на многочисленные заболевания, такие как рак, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона. Как и ожидалось, самая маленькая хромосома 21 приобрела наименьший процент высококонкордантных генов - 0,11%.

Потеря аллеля на хромосоме 18q21 была идентифицирована в 70% первичных колоректальных опухолей, особенно при запущенной стадии заболевания. Гены-супрессоры опухоли локализованы в этой области, включая DCC, мутации которого редко выявляются в колоректальных опухолях человека (6%). Выявлена относительно высокая частота аллельного дисбаланса на хромосомах 1p (10%), 5q (55%), 8p (19%), 15q (28%) и 18q (28%), и более чем 90% аденом демонстрируют аллельный дисбаланс хотя бы одного хромосомного плеча. Среди 60–80% полипов наблюдались анеуплоидные изменения, наиболее частые аберрации - потеря хромосом 17p, 19q и 22q и прирост хромосом 7 и 13.

Большая часть AUG была связана с метаболическими путями, связанными с окислительным фосфорилированием и биосинтезом гликозилфосфатидилинозитола (GPI-якоря) , которые проявляют хорошо известную приобретенную функцию белков, связанных с метаболизмом в опухолях . Напротив, DDG были в значительной степени связаны с убиквитин-опосредованным протеолизом, сигнальным путем WNT, дисфункция которого, как правило, приводит к онкогенезу, метастазированию, резистентности и т. д. Интересно, что как AUG, так и DDG значительно обогащены генами убиквитин-протеасомной системы, о которой в последнее время все чаще сообщается, что она тесно связана с раком.

[albert52]

Продолжим.

Клетки со сбалансированным набором всех хромосом, как правило, здоровы, хотя гаплоидные и полиплоидные клетки менее приспособлены, чем диплоидные клетки. По мере того, как клетки отходят от эуплоидии, приспособленность снижается, и больший кариотипический дисбаланс обычно вызывает более тяжелые фенотипы. Так, изменения числа копий гена могут влиять на формирование или функцию белковых комплексов, чувствительных к стехиометрии.

Наиболее вероятным объяснением большинства вредных фенотипов, вызванных анеуплоидией, является гипотеза дозировки генов: увеличение или потеря целых хромосом немедленно изменяет дозировку сотен генов в клетке, тем самым приводя к дисбалансу критических белков. Так, аберрантные кариотипы также вызывают пропорциональные дисбалансы относительных уровней большинства белков. В целом тяжесть фенотипов, вызванных анеуплоидией, коррелирует с количеством приобретенных или утраченных генов.
Ключевым фактором, определяющим чувствительность к дозировке, является склонность некоторых белков к беспорядочным молекулярным взаимодействиям. Гены, которые являются токсичными при избыточной экспрессии, часто имеют много низкоаффинных бинарных партнеров по взаимодействию, что позволяет предположить, что нецелевые взаимодействия, вызванные массовым действием, могут нарушать клеточную приспособленность в анеуплоидных клетках . Такое часто встречается среди пионерных факторах транскрипции и генах инфраструктуры типа с-МУС.

Такой тип беспорядочного взаимодействия может объяснить фенотип усиления функции в сигнальных путях при некоторых видах рака. Например, когда рак легкого с мутациями, активирующими EGFR , лечится ингибитором EGFR , некоторые клетки приобретают лекарственную устойчивость за счет амплификации онкогена MET. Сверхэкспрессия МЕТ приводит к активации киназ ниже по течению от EGFR , которые не зависят от передачи сигналов МЕТ в клетках, содержащих нормальные уровни МЕТ.

Последствия изменения числа копий гена
A. Повышенная доза одного гена, такого как фермент, ограничивающий скорость, может увеличить выход или функцию клеточного пути.
B. Измененная доза гена может повлиять на функцию комплексов, чувствительных к стехиометрии.
C. Белок-белковые взаимодействия зависят от концентрации каждого связывающего партнера. Измененная экспрессия некоторых белков, таких как киназы передачи сигналов, может вызывать беспорядочные молекулярные взаимодействия, которые изменяют клеточные фенотипы.
D. Многим белкам для правильной укладки требуются шапероны. Если анеуплоидия подавляет клеточные шапероны, то неправильно свернутые белки, которые избегают шаперон-зависимой укладки, могут образовывать нерастворимые и потенциально цитотоксические агрегаты.
E. Механизмы контроля качества, в том числе убиквитин-протеасомный путь, гарантируют, что неправильно свернутые или неправильно экспрессированные белки будут быстро заменены. Регулируемая деградация белка также используется для запуска различных клеточных программ, включая прогрессирование клеточного цикла. Избыток некоторых белков может мешать сворачиванию или обороту других белков-клиентов.

Вредные фенотипы, связанные с анеуплоидией, также могут быть результатом синергетических эффектов изменения количества копий нескольких сотен генов одновременно. Анеуплоидия обычно бросает вызов способности клетки поддерживать белковый гомеостаз. Клетки используют ограниченное количество механизмов контроля качества для фолдинга и оборота белка. Например, большинству белков, которые содержат домен WD40, для правильной укладки требуется эукариотический шаперонин TRiC/CCT.
При отсутствии достаточной способности шаперонов вмещать сверхэкспрессированные белки другие клиенты шаперонов могут оставаться развернутыми, что приводит к фенотипам потери функции и образованию потенциально цитотоксических белковых агрегатов .
Неправильно свернутые белки, а также правильно свернутые белки, которые присутствуют в избытке, также могут нарушать клеточные механизмы обмена белков. Было продемонстрировано, что клетки обеспечивают целостность некоторых стехиометрических комплексов за счет быстрой деградации сверхэкспрессированных свободных субъединиц, таких как гистоны и рибосомные белки, то есть большинство белков с коррекцией дозы являются членами белковых комплексов.

Стехиометрический дисбаланс, вызванный анеуплоидией, может сильно нагрузить протеасому. Протеотоксический стресс является ключевым источником антипролиферативных эффектов анеуплоидии. Анеуплоидия также значительно изменяет метаболизм и увеличивает потребности клеток в энергии. Это может быть результатом того, что клетки тратят энергию впустую, транслируя, а затем перерабатывая избыточные белки из дополнительных хромосом.
Также было отмечено, что анеуплоидные клетки продуцируют значительно больше лактата во время пролиферации, чем эуплоидные клетки, фенотип, который они разделяют с раковыми клетками. Такое метаболическое сходство между анеуплоидными первичными клетками и раковыми клетками предполагает, что раковые клетки не полностью избежали стрессов, связанных с анеуплоидией.

[albert52]

Вернемся к раковым стволовым клеткам (CSC)

В основе регуляции стволовых клеток кишечника (ISCs) лежит постоянное перекрестное взаимодействие в нише стволовых клеток кишечника между эпителиальными и мезенхимальными клетками. Эти перекрестные связи опосредуются ключевыми сигнальными путями, включая пути Wnt, Hedgehog (HH), Notch, PI3K и BMP. В частности, факторы, активирующие Wnt, которые секретируются компартментом стромальных миофибробластов, включают такие факторы, как фактор роста гепатоцитов (HGF) и остеопонтин, которые, как было продемонстрировано, вызывают фенотип или активность CSC. Кроме того, TGF-β имеет сходные эффекты, но также вызывает мигрирующий и прометастатический фенотип в раковых клетках либо напрямую, либо через ассоциированные с раком стромальные клетки.

Так как передача сигналов Wnt является важным детерминантом стволовости кишечника, был идентифицирован ген-мишень для Wnt, Lgr5 / GPR49, который экспрессируется исключительно в столбчатых клетках основания крипт (CBCs). Lgr5 / GPR49 может также экспрессироваться в компартменте стволовых клеток других эпителиальных тканей, включая волосяной фолликул, молочную железу и эпителий желудка. Lgr5 также известный как рецептор, связанный с G-белком 49 (GPR49), является «сиротским» рецептором, принадлежащим к семейству G-белковых рецепторов (GPCR). Lgr5 модулирует силу канонической передачи сигналов Wnt посредством связывания со своим лигандом R-spondin. Нацеливание на клетки Lgr5 + антител, конъюгированных с различными лекарствами, демонстрирует высокую эффективность в уменьшении размера опухоли и торможении пролиферации клеток рака толстой кишки.

Другие мишени Wnt включают c-myc и cyclin D1 и вместе с передачей сигналов Notch регулируют переключение ISC на транзитные амплификации клеток-предшественников секреторного эпителия крипт. Также наблюдается повышенная экспрессия гена-мишени Wnt сурвивина, который также считается предполагаемым маркером стволовых клеток.
Предполагается, что дифференцированная активация передачи сигналов Wnt регулирует разные функции дозозависимым образом. Так, инициирующие мутации (APC или β-catenin) приводят к слабой активации передачи сигналов Wnt, достаточной для нарушения нормальной регуляции ISC. Дополнительные соматические мутации, например, как показано для KRAS, или триггеры окружающей среды характорны для наиболее распространенных колоректальных аденокарцином человека. При этом динамическое микроокружение опухоли с гипоксией и воспалением может быть ответственным за варианты опухолевых клеток через геномную нестабильность и через эпигенетические изменения, что делает опухоль непредсказуемо разнообразной и трудно поддающейся лечению.

Также в эпителиальных клетках молочной железы человека активаторы EMT, например FoxC2, также могут придавать свойства стволовых клеток эпителиальным клеткам. А Lgr5 необходим для поддержания стволовых клеток рака груди и выявлена положительная корреляция между высокой экспрессией Lgr5 и более короткой выживаемостью пациентов.

Почти все колоректальные аденомы и карциномы человека обнаруживают генетические изменения в одном из компонентов пути Wnt, в основном APC с потерей функции или мутации, активирующие β-catenin (см. выше). При этом мутации APC приводят к переходу от асимметричного к симметричному делению ISCs. Интересно, что популяция клеток с высоким содержанием Wnt ответственна при CRC за метастазирование в отдаленные участки органов, такие как печень. Примером нацеливания на Wnt из (микро) окружающей среды могло бы быть блокирование рецептора MET и предотвращение активации происходящим из миофибробластов HGF.

СBCs расположены между клетками Панета, а позже были предложены как ISCs; сами клетки Панета обеспечивают нишу для ISCs, критически выделяя факторы, которые вносят вклад в состояние ISC, в частности лиганды Wnt. CBCs также экспрессируют Msi-1, который важен для передачи сигналов Notch путем ингибирования экспрессии репрессора Notch Numb. Только от пяти до семи ISC преимущественно участвуют в постоянной фиксации ниши.
Клетки CBC обнаруживают различия в экспрессии функциональных маркеров в зависимости от их расположения в пределах дна крипты и способны к двунаправленному преобразованию, для чего кажутся важными два фактора:
1) внутренняя способность переключать судьбу клетки, например, путем ремоделирования хроматина; при переходе от ISC к дифференцированному клеточному состоянию основные изменения происходят в сайтах доступности хроматина многих генов, специфичных для клеточного типа.
2) получение сигналов ниши для обратимого получения фенотипа и функциональности ISC. Даже терминально дифференцированные клетки Панета и энтероэндокринные клетки на поздних стадиях все еще обладают способностью переключаться обратно в состояние ISC, что указывает на то, что, вероятно, любая эпителиальная клетка кишечника обладает этим потенциалом.

Сорок процентов всех колоректальных карцином человека показывают активированный путь PI3K-Akt, в основном из-за инактивации PTEN. Более того, наследственные мутации PTEN (синдром Каудена) приводят к возникновению гамартоматозных полипов кишечника. Передача сигналов PI3K усиливает самообновление ISC, что может быть объяснено связью между передачей сигналов PI3K и путем Wnt: p-Akt может фосфорилировать β-catenin, главный эффектор канонического пути Wnt. PTEN экспрессируется в градиенте между криптой и просветом с наиболее сильной экспрессией в клетках просвета эпителия и, таким образом, может участвовать в ограничении передачи сигналов Wnt от основания крипты.

Костные морфогенетические белки (BMP) связываются с рецепторами BMP I или II типа (BMPR1 или BMPR2). Это приводит к фосфорилированию SMAD1, 5 или 8, которые затем образуют гетеродимер с SMAD4, перемещаются в ядро ​​и действуют как активаторы транскрипции. В кишечнике BMP4 секретируется межворсинчатыми стромальными клетками, а BMPR1 экспрессируется во всех эпителиальных клетках кишечника, способствуя их дифференциации. Ингибирование передачи сигналов BMP в эпителиальных клетках кишечника с помощью Gremlin активирует передачу сигналов Wnt. Более того, BMP стабилизирует PTEN, тем самым приводя к снижению активности Akt и последующему снижению накопления ядерного β-катенина.

Сразу после того, как клетки покидают богатую Wnt среду, в игру вступают такие сигнальные маршруты, как Notch, BMP и EGFR / MAPK. Активация Notch в клетках-предшественниках опосредуется паракринной передачей сигналов через секрецию лигандов Delta-like 1 (Dll1) и Dll4 и приводит к образованию абсорбирующего клона.
Передача сигналов Notch контролирует решения клеточной судьбы в развитии многих тканей, а регулируемое снижение передачи сигналов Notch в сотрудничестве с активацией специфических факторов bHLH, таких как Atoh1 и NeuroD, индуцирует специфическую дифференцировку в кишечные эпителиальные клоны. Были обнаружены различия клеточного цикла среди популяции стволовых клеток толстой кишки, из которых высокая экспрессия Notch и Lrig1 отмечает популяцию с медленным циклом.

[albert52]

Продолжим.

В среднем предполагается, что одна стволовая клетка толстой кишки будет заменяться в крипте каждый год. В гомеостазе постоянная стохастическая конкуренция имеет место между 5–7 функциональными ISC. Эта динамика соответствует модели «нейтрального дрейфа», что указывает на случайное замещающее поведение ISC на дне крипты. Однако, когда ISC приобретает онкогенную мутацию, например, в APC или Kras , возникает смещение в пользу мутантных клеток (biased-drift). Например, вероятность того, что мутантная клетка Kras G12D заменит свои соседние ISC и, наконец, станет клональной внутри крипты, составляет соответственно 60–70% по сравнению с 12,5–20% для немутантных ISC. Важно отметить, что хотя мутировавшие ISC получают более высокую вероятность фиксации ниши, эти клетки по-прежнему подверга -ются замене нормальными ISC. Интересно, мутации Trp53 присутствуют только в случае более высокой скорости фиксации ниши в случае колита, что еще раз подчеркивает важность внешних факторов в злокачественной трансформации кишечных клеток.

Морфогены Sonic hedgehog (Shh) и Indian hedgehog (Ihh) секретируются эпителиальными клетками, а их рецептор Patched (PTCH) экспрессируется в субэпителиальных миофибробластах. Следовательно, передача сигналов Hedgehog (HH) не участвует напрямую в судьбе эпителиальных клеток, но важна для построения правильной общей структуры крипт и ворсинок слизистой оболочки кишечника. Поэтому нарушение передачи сигналов HH также оказывает сильные вторичные эффекты на эпителиальные клетки кишечника. При этом передача сигналов Wnt усиливается, увеличивается пролиферация и в ворсинах образуются атипичные структуры крипт. Эти эффекты могут быть приписаны снижению экспрессии BMP стромальными клетками, которая обычно запускается HH. Более того, Ihh, подавляет экспрессию TCF4 и β-catenin и, таким образом, его паттерн экспрессии с макси -мумом на сайте просвета крипт в эпителии толстой кишки ограничивает передачу сигналов Wnt от основания крипт.

Упрощенный взгляд на нишу стволовых клеток, который может оказаться гораздо более сложным: предполагаемые перекрестные связи передачи сигналов, определяющие нишу стволовых клеток и нишу дифференцирующихся клеток. В верхних областях крипт Ihh запускает экспрессию BMP в стромальных клетках, что затем активирует экспрессию PTEN в эпителиальных клетках. Все три фактора прямо или косвенно ингибируют передачу сигналов Wnt, направляя клетки к дифференциальным клонам.
В самой нише стволовых клеток окружающие стромальные клетки секретируют ингибиторы BMP Noggin и Gremlin, что приводит к ослаблению репрессии передачи сигналов Wnt. Кроме того, строма обеспечивает лиганды Wnt для индукции передачи сигналов Wnt через рецепторы Fzd в стволовых клетках и транзитно-амплифицирующих клетках.

На ппродвинутой стадии аденомы эпителий обнаруживает большие области незрелого фенотипа, напоминающий ограниченную зону транзита-амплификации в нижних частях нормальных крипт и указывающий на рост популяции пролиферативных клеток. Более того, ядерный β-catenin все чаще обнаруживается на всем протяжении крипт и ассоциируется с повышенной дисплазией в аденомах человека.
Рак можно рассматривать, по крайней мере частично, как следствие нерегулируемого контроля стволовых клеток. Обоснование, подтверждающее происхождение опухолей кишечника стволовыми клетками:
1. В отличие от короткоживущих дифференцированных кишечных эпителиальных клеток, в этой высокооборотной ткани ISC являются долгоживущими, что позволяет накапливать критические генетические изменения.
2. При колоректальном раке наиболее частые, ограничивающие скорость мутации, такие как мутации, встречающиеся в гене APC, усиливают передачу сигналов Wnt, которая оказывается решающим регулятором ISC.
3. Типичные колоректальные аденокарциномы человека и соответствующие метастазы неоднородны и демонстрируют множество стадий дифференцировки в пределах отдельной опухоли, что соответствует происхождению стволовых клеток.
4. Концепция раковых стволовых клеток, первоначально разработанная для гематопоэтических неоплазий, становится общепринятой для солидных видов рака, включая колоректальный рак.

Как и нормальные стволовые клетки, CSC обладают мультилинейным потенциалом дифференцировки и дают начало иерархично организованной клеточной популяции. Увеличение популяции самих CSC осуществляется благодаря преобладанию их симметричного деления (приводящему к образованию 2 дочерних клеток) над ассимметричным (в результате которого образуется 1 дочерняя CSC и 1 дифференцированная клетка). CSC демонстрируют высокий уровень экспрессии белков, принадлежащих семейству мембранных ABC транспортеров, вовлеченных в обеспечение резистентности к химиотерапии (ХТ).

По аналогии с причинами возникновения CSC (или нормальная стволовая клетка, или нормальная дифференцированная клетка) существуют 2 возможные теории развития рака толстой кишки: «восходящая» и «нисходящая». Первая предполагает развитие КРР из стволовой клетки, находящейся в базальном отделе крипты, в результате аномальной дифференцировки в направлении CSC (см. выше). В пользу этой теории говорит идентификация специфических генов, характерных для кишечных стволовых клеток, в предшествующих аденомах.
Сторонники «нисходящей» теории руководствуются гистологическими проявлениями аденомы толстой кишки, такими как дисплазия/неоплазия эпителия и повышенная экспрессия Ki-67, наблюдаемыми в вершине ворсинок при интактных клетках базальных отделов. Маркер Ki-67 свидетельствует об интенсивности пролиферативных процессов; отмечу только, что гипотеза о нисходящем развитии рака из-за высокого индекса клеточного деления вроде бы дифференцированных клеток на верхушках крипт легко обьясняется моей теорией: высокий уровень экспрессии классического гена инфраструктуры Мус в таких клетках заставляет их накапливать клеточную массу и делиться, хотя необходимости в этом нет.
Биосинтетические процессы в дифференцированных клетках (на стадии G0) вообще не интенсивны: нормально работающие станки нет необходимости менять. Таким образом при сверхэкспрессии Мус накапливаются преимущественно стройматериалы для последующего деления, а не специализированные белки клеток.

Одним из ключевых медиаторов, обеспечивающих трансформацию ISC, является антиапоптотический белок BCL-2, который одновременно высоко экспрессируется в Lgr5 + CBC и является геном-мишенью пути Nf-κB. Более того, учитывая способность кишечных эпителиальных клеток к пластичности во время повреждения и регенерации тканей, кажется вероятным, что воспалительные сигналы из окружающей среды придают дифференцированным клеткам такой же онкогенный потенциал, как и у клеток ISC.

Обычно считается, что активация воспалительного пути ядерного фактора NF-κB приводит к про-онкогенному воспалительному микроокружению. А комплекс IκB-киназы (IKKα и IKKβ) и его регуляторная субъединица (IKKγ) регулируют передачу сигналов NF-κB, при этом ядерная IκB-киназа α (IKKα) может напрямую связываться с промоторами факторов воспаления и Lgr5, что, в свою очередь, усиливает экспрессию Lgr5, в том числе за счет активации сигнального пути STAT3 во время прогрессирования, например, базальноклеточной карциномы.
Sox2 играет ключевую роль в поддержании стволовых клеток, детерминации их гибели и является необходимым фактором для репрограммирования соматических клеток по пути плюрипотентности. Sox2 участвует в развитии большого количества типов злокачественных новообразований и является маркером CSC. Для рака пищевода и легкого наличие Sox2 служит прогностическим маркером. Реакция Sox2 в норме имеет ядерную локализацию.

В нормальной слизистой оболочке толстой кишки экспрессия Sox2 чаще всего отсутствует. Вообще-то Sox2 играет большую роль в развитии верхнего, но не нижнего отдела пищеварительного тракта. Sox2 уменьшает экспрессию Е-кадгерина на плазматической мембране, что приводит к снижению связывающей способности адгезивного комплекса к β-катенину. Подавление транскрипции Sox2 приводит к ингибированию Wnt-сигнального пути у пациентов с КРР (раком ирлстой кишки).
Подавление транскрипции Sox2 приводит к достоверному снижению активности белка MMP2 и, как следствие, уменьшению клеточной миграции и подвижности. У больных раком толстой кишки с сильной реакцией Sox2 процент метастазов в печень и регионарные лимфатические узлы (ЛУ) был вдвое выше, чем у пациентов с отрицательной реакцией Sox2.

[albert52]

Вернемся к раку толстой кишки.

Морфологическая структура ткани кишечника предотвращает быстрое распространение мутировавших клеток, поскольку каждая из этих крипт сама по себе является динамической клеточной нишей без какого-либо обмена клетками между криптами. Однако количество крипт нестабильно из-за двух процессов, называемых делением и синтезом, что означает раздвоение и столкновение крипт соответственно. Эти противодействующие процессы компенсируют друг друга и случаются нечасто, если не происходит повреждение тканей.

В криптах с мутацией Kras наблюдается гораздо более высокая скорость деления. Множественные KRAS мутированные соседние крипты могут окружать CRC, предполагая , что в пределах области KRAS мутантных крипт одна крипта подверглась дальнейшей трансформации. Таким образом, деление крипт, по-видимому, является важным механизмом злокачественной трансформации и прогрессирования в кишечнике, включая процесс, называемый полевой канцеризацией. Она представляет собой замену популяции нормальных клеток популяцией клеток, примированных к раку, которая может не демонстрировать морфологических изменений.

Как только аденома образуется при разрастании мутировавших крипт и имеет размер не менее 1 см, существует ~ 25% риск того, что эта новообразованная аденома подвергнется в следующие два десятилетия злокачественной трансформации в инвазивную карциному. В аденоматозных криптах присутствует ~ 9 функциональных опухолевых стволовых клеток на сотни клеток в каждой железе. Это контрастирует с процентом клеток Lgr5 +, который обнаруживается в аденомах, примерно ~ 20% от общей популяции (~ 400 клеток на железу), то есть только часть стволовых клеток аденомы являются ОСК.
В случае аденом человека была также продемонстрирована множественная дифференцировка в пределах железистых структур, что предполагает существование мультипотентных стволовых клеток. Уже на ранней стадии туморогенеза также возникает интрааденомное эпигенетическое клональное разнообразие.

Во время роста CRC продемонстрирована явная гетерогенность в динамике роста пула раковых клеток в различных областях опухоли, например, в клетках, расположенных рядом с границей или ближе к центру. Примечательно, что клоногенный рост происходит в основном на границе опухоли, а не в центре опухоли, то есть размножаются в основном окислительные опухолевые клетки, как я уже упоминал, предпочтительно использующие лактат для получения энергии.

В дополнение к сигнатурным мутациям APC, TP53 и KRAS, углубленное геномное и транскриптомное профилирование выявило гетерогенность заболевания, отражаемую многочисленными низкочастотными мутациями и профилями транскрипции, классифицированными по четырем консенсусным молекулярным подтипам (CMS) :
* CMS1 (, 14%), характеризуется гипермутацией, MSI и активным иммунным ответом.
* СMS2 ((канонический, 37%), эпителиальный, хромосомно нестабильный, с заметной активацией передачи сигналов WNT и MYC;
* CMS3 (метаболический, 13%), эпителиальный, очевидная метаболическая дисрегуляция;
* CMS4 (мезенхимальный, 23%), заметная активация TGF-β, стромальная инвазия и ангиогенез.
Образцы со смешанными признаками (13%), возможно, представляют собой переходный фенотип или внутриопухолевую гетерогенность. МУС наиболее выражен в подтипах CMS3 и 4, хотя и в остальных подтипах тоже достаточно активен (всего в 70% CRC).

В целом можно сказать,что CMS1 содержит в основном микросателлитные нестабильные (MSI) опухоли с гипермутацией/гиперметилированием и сильной иммунной активацией. CMS2 представляет собой CIN, а также усиление передачи сигналов WNT и MYC. CMS3 обогащен мутациями KRAS и метаболически сверхактивирован. CMS4 определяется активацией пути TGF-бета, эпителиально-мезенхимальным переходом (EMT) и ангиогенезом.

Отмечены общие черты между GC и CRC, включающие специализированные типы клеток в исходной ткани (стволовые клетки LGR5, бокаловидные клетки и клетки сенсорного пучка), потеря опухолевого супрессора APC, активация передачи сигналов WNT и активация TGF-beta/ EMT. Также CMS4 является наиболее распространенным типом в GC, за ним следуют CMS1, CMS3 и CMS2. CMS4 тесно связан с подавлением семейства ингибиторов ЕМТ miR-200 и последующей активацией ЕМТ.
Примечательно, что CMS4 имеет сильную контингентность с подтипом ACRG EMT, а CMS1 имеет сильную контингентность для микросателлитных нестабильных подтипов во всех трех системах классификации рака желудка.

Классификация CMS обеспечивает основу для прогнозирования и улучшения назначения таргетной терапии в прецизионных исследованиях.

Теперь подробнее о CMS классификации. Опухоли CMS1 часто диагностировались у женщин с правосторонними поражениями и имели более высокую гистопатологическую степень, а также демонстрируют высокий статус гиперметилирования островков CpG; при локализации опухоли в прямой кишке только в 0,1% наблюдений определялся CMS1 подтип. Напротив, опухоли CMS2 были в основном левосторонними и имеют более частое увеличение числа копий в онкогенах и потерю генов-супрессоров опухолей, чем в других подтипах.

Опухоли CMS4, как правило, диагностировались на более поздних стадиях (III и IV) и демонстрировали более высокую хромосомную нестабильность (CIN), измеренную по количеству SCNA (изменению числа соматических копий хромосом или их частей). Также обнаружена лучшая выживаемость после рецидива у пациентов с CMS2. Интересно, что популяция CMS1 имела очень плохую выживаемость после рецидива, что согласуется с недавними исследованиями, показывающими худший прогноз у пациентов с MSI и рецидивирующей CRC с мутацией BRAF.

CMS1 характеризуется повышенной экспрессией генов, связанных с диффузным иммунным инфильтратом, в основном состоящим из TH1 и цитотоксических Т-клеток, наряду с сильной активацией путей уклонения от иммунной реакции. Отмечена высокая экспрессия хеммоатрактантов к Т-лимфоцитам (CXCL9, CXCL10 и CXCL16) или молекул, участвующих в формировании третичных лимфоидных структур (CXCL13), повышенная экспрессия INFγ и IL15, высокая экспрессия генов, кодирующих PD-1 лиганды. Интересно, что последние также выявлены и при мезенхимальном подтипе.
MSI oпухоли могут встречаться при разных подтипах, однако, если они ассоциированы с CMS1 подтипом, то обладают более высокой иммуногенностью за счет большого количества неоантигенов.

При каноническом (CMS2) же подтипе снижена презентация белков главного комплекса гистосовместимости I класса, низкая инфильтрация опухоли лимфоцитами. Индекс пролиферации опухолевых клеток был связан с успешным установлением PDX (patient-derived xenograft), что позволило выделить пациентов с плохими клиническими исходами в рамках CMS2. Отмечу, что модели PDX (ксенотрансплантаты, полученные от пациента) используются для создания среды, которая обеспечивает естественный рост рака, его мониторинг и соответствующие оценки лечения пациента.

[albert52]

Вставка.

Микросателлитная нестабильность (MSI)

Дефект восстановления несоответствия (MIS-match reh-PAYR deh-FIH-shun-see) описывает клетки, имеющие мутации (изменения) в определенных генах, участвующих в исправлении ошибок, допущенных при копировании ДНК в клетке. Клетки с дефицитом репарации несоответствия (MMR) обычно имеют много мутаций ДНК, которые могут привести к раку.

Приобретение геномной нестабильности является одной из ключевых характеристик раковой клетки, а микросателлитная нестабильность (MSI) является важным сегментом этого явления. Неисправность пути восстановления MMR увеличивает мутационное бремя конкретных видов рака и часто участвует в его этиологии, иногда в качестве влиятельного свидетеля, а иногда в качестве основной движущей силы.

Чертежи конкретных опухолей MSI полезны для точной классификации, оценки вероятности рака и прогноза, чтобы помочь нам понять, как и почему возникают устойчивые к терапии раковые образования. Кроме того, данные показывают, что MSI является важным прогностическим биомаркером для применения иммунотерапии.

Совокупность наблюдаемых генетических изменений при раке часто называют «ландшафтами генома рака». Система восстановления несоответствия (MMR) отвечает за поддержание стабильности генома. Когда MMR не функционирует нормально, происходят изменения микросателлитов, и общая скорость мутаций данной клетки увеличивается.
MMR - это клеточный пострепликационный процесс, который сохраняет гомеостаз ДНК и как таковой является эволюционной гарантией стабильности генома. Основная задача системы репарации ошибочного спаривания ДНК состоит в том, чтобы исправить спонтанные неправильные пары основание-основание и небольшие петли вставок-делеций (инсерции), которые в основном образуются во время репликации ДНК.

Полимеразы, которые запускают синтез ДНК в репликационных вилках, работают не без ошибок. Частота ошибок, совершаемых эукариотическими ДНК-полимеразами, оценивается примерно в одну ошибку на каждые 10 5 нуклеотидов, что означает, что ~ 100000 ошибок происходит во время каждой клеточной S-фазы. Первая линия защиты от такой высокой частоты мутаций - это корректирующая активность ферментов полимеразы. Хотя ДНК-полимеразы обеспечивают такую ​​лекторирующую активность своими собственными доменами, некоторые внесенные мутации все еще могут проскальзывать незаметно, и их необходимо корректировать с помощью второй линии защиты - экспрессии генов, связанных с MMR.
Механизмы MMR включают следующие этапы: распознавание повреждений, инициирование восстановления, удаление повреждений и ресинтез ДНК (см. выше). У человека механизм MMR имеет 8 генов, кодирующих его компоненты; при этом вариации дефицита генов репарации ДНК важны для специфической восприимчивости опухоли.

Продукт гена hMSH2, расположенный на хромосоме 2p21, является основным корректирующим белком MSH. Чтобы исправить ошибочно спаренные основания, он создает два разных гетеродимера - один с MSH6, а другой с MSH3. Поскольку было показано, что MSH6 экспрессируется в 10 раз больше, чем MSH3, в клетках человека преобладает первый гетеродимер. Гетеродимеры MSH2-MSH6 и MSH2-MSH3 связываются с несовпадениями при проверке постреплицированной цепи ДНК, которая инициирует репарацию ДНК. Образованные комплексы MSH превращаются в скользящие зажимы на спирали ДНК. Они скользят до тех пор, пока не будут обнаружены неправильные пары оснований и другие дополнительные спиральные поражения. ПРи этом скользящий зажим MSH2-MSH6 может отделять нуклеосому от ДНК, если присутствует несоответствие, и что эта диссоциация усиливается ацетилированием H3.

Гетеродимеры MSH2-MSH6 обнаруживают несоответствия единичных оснований и искажения в виде вставок-делеций динуклеотидов, тогда как MSH2-MSH3 идентифицируют более крупные петли вставки-делеции длиной ~ 13 нуклеотидов. Их последующее присоединение к комплексам MLH1 / PMS2 приводит к деградации мутированного фрагмента последовательности ДНК и возобновлению синтеза.

После распознавания несовпадений ДНК и связывания первого гетеродимера другие молекулы, такие как ядерный антиген пролиферирующих клеток (PCNA), фактор репликации C (RFC), MutLα (гетеродимер MLH1-PMS2) и экзонуклеаза 1 (Exo1), привлекаются в комплекс, приводящий к окончательной диссоциации несоответствия.

Белки MMR вместе с ДНК претерпевают повторяющиеся конформационные изменения. Было продемонстрировано, что после обнаружения несоответствия гетеродимер MSH2-MSH3 изгибает спираль ДНК и что это конформационное изменение делает возможным правильную репарацию. Заболевания, связанные с аберрациями гена MSH3 , включают рак толстой кишки, мочевого пузыря и эндометрия.

hMSH5 расположен на 6p21.3, ассоциируется исключительно с MSH4 и действует во время мейоза в событиях кроссинговера и конверсиях генов. Было обнаружено, что гетеродимеры MSH4-MSH5 специфически и в большом количестве присутствуют в репродуктивных тканях млекопитающих, поскольку их основная роль заключается в мейотической рекомбинации. Он участвует в репарации двухцепочечных разрывов, ответе на повреждение ДНК и разнообразии иммуноглобулинов, а его SNP ( Single Nucleotide Polymorphism) локусы связаны со многими различными заболеваниями человека, включая рак.
Нарушения MLH3 проявляются в нестабильности длины коротких повторяющихся последовательностей и соматические мутации MLH3 часто обнаруживаются в опухолях, подверженных микросателлитной нестабильности. Заболевания, связанные с изменениями MLH3, включают рак толстой и прямой кишки, эндометрия и глиому низкой степени злокачественности.

Связывание и гидролиз АТФ жизненно важны для регуляции MMR. Когда обнаруживается несоответствие G / T, комплекс MSH2-MSH6 обменивает АДФ на АТФ, таким образом функционируя как молекулярный переключатель. Высококонсервативная область находится в гене MSH6 и координирует связывание и гидролиз АТФ.

[albert52]

Продолжим.

Микросателлиты помимо кодирующих областей генов также менее распространены в эволюционно консервативных геномных областях, таких как CpG-островки и сайты связывания факторов транскрипции и более стабильны. Возникновение MSI может серьезно повлиять на фенотип из-за нарушений или потери функции белка. Так, предположено, что частота микросателлитов в кодирующих областях минимизирована давлением отбора против мутаций рамки считывания, а некодирующие области, такие как интроны, внутригенные области и сайты сплайсинга, имеют значительно больше микросателлитов. При этом микросателлитные локусы в интронах и других нетранслируемых областях играют роль в модуляции экспрессии генов, влияя на транскрипцию и сплайсинг генов.
Общая точка зрения на наследование частоты MSI состоит в том, что длина повторов и состав микросателлитов в определенных локусах пропорциональны их частотам.

Oбщее количество митозов, которые стволовые клетки осуществляют в определенной ткани, положительно коррелирует с пожизненным риском развития рака. При этом количество мутаций, обнаруженных в каждой опухоли, сильно отличается не только от количества, обнаруженного в нормальных клетках, но и между различными типами опухолей, в диапазоне от 500 до 100000 мутаций.

Поскольку они отвечают за коррекцию мутационной перегрузки, гены MMR приобрели роль генов-супрессоров опухолей. При спорадических ненаследственных формах рака MSI является следствием либо инактивирующих мутаций в одном из генов MMR, либо эпигенетических механизмов репрессии гена MMR, включая подавление регуляции микроРНК. Сравнительное исследование miRNAs, участвующих в колоректальном раке, показало, что снижение уровней miR-552, miR-592, miR-181c и miR-196b наблюдалось в опухолях с развитой MMR по сравнению с повышенными уровнями miR-625 и miR-31 в опухоли с дефицитом MMR.

Неисправность белков MMR из-за мутации или снижения экспрессии предполагает корреляцию развития рака с аберрациями всех или большинства белков MMR. MSI-H: 31,37% карциномы тела матки эндометрия, 19,72% аденокарциномы толстой кишки; 19,09% аденокарциномы желудка, 5,73% аденокарциномы прямой кишки.
В случае колоректального рака дефицит MMR может возникать как совершенно спорадический процесс из-за аберрантного гиперметилирования MLH1 в опухоли, обычно связанного с мутацией BRAF V600E. Дефицит MMR чаще всего проявляется как спорадический (ненаследственный) процесс, характеризующийся отчетливой гиперпролиферативной, зубчатой ​​морфологией, аномалиями метилирования ДНК, включая CIMP, и повышенной частотой активирующих мутаций BRAF.

Основная специфичность опухолей MSI-H - увеличение количества микросателлитных аллелей вместе с общим количеством нестабильных микросателлитных локусов. Пациенты, которым отнесено более высокое общее бремя MSI и которым поставлен диагноз MSI-H, демонстрируют тенденцию к более длительной выживаемости. Это можно объяснить иммунотерапевтическим ответом, который происходит при раке с повышенной частотой мутаций. Раковые клетки, которые часто встречаются в общем потенциале MSI, транслируют большее количество мутировавших и усеченных белков всех видов, что приводит к пробуждению иммунной системы, которая замедляет прогрессирование опухоли. Кстати, поэтому удаление первичной опухоли может создать благоприятные условия для развития метастазов в менее иммуногенной метастатической нише (см. выше).
Дефектный MMR (dMMR) в сочетании с MSI стал важным биомаркером, который может помочь в решении, является ли конкретный тип рака хорошим кандидатом для иммунотерапии контрольных точек.

При раке насчитывают от 87 до 9032 нестабильных микросателлитов, причем среднее количество нестабильных микросателлитных локусов значительно варьирует. Рак толстой кишки показывает самое большое количество локусов MSI. Нестабильные микросателлиты обнаруживаются внутри или в непосредственной близости от генов, уже известных своим онкогенным потенциалом. Таким образом, нестабильные микросателлиты могут быть полезны для распознавания новых генов-кандидатов, вызывающих рак.
Кроме того, профили MSI по отдельным микросателлитным локусам помогают их группировать. Так, присутствие MSI в опухолях астроцитом с использованием полиморфных микросателлитных маркеров для генов DVL показало, что MSI присутствует в 28,6% пилоцитарных, 61,5% диффузных, 45,5% анапластических астроцитом и в 34,3% глиобластом, что еще раз демонстрирует относительно постоянное присутствие MSI на разных степенях астроцитом.

Ранние колоректальные аденомы демонстрируют маркеры иммунореактивности даже при отсутствии высокой соматической мутации или неоантигенной нагрузки. По мере прогрессирования поражений до прогрессирующих аденом и карцином наблюдается соответствующий рост количества мутаций/ неоантигенов и маркеров иммунной толерантности.
Опухоли с дефицитом MMR часто демонстрируют высокую мутационную нагрузку и могут экспрессировать неоантигены, генерируемые мутациями сдвига рамки считывания в кодирующих микросателлитах. Неоантигены будут вызывать активное иммунное микроокружение и повышать иммуногенность опухоли.

Инфильтрирующих лимфоцитов больше при колоректальном раке с дефицитом MMR, сопровождающимся сверхэкспрессией воспалительных цитокинов. Более того, было продемонстрировано, что несколько контрольных точек, включая PD-L1 и CTLA4, были активированы при колоректальном раке. Универсальный биомаркер - мутационная нагрузка опухоли (TMB) оказался полезным для прогнозирования ответа на иммунотерапию на различные типы применяемых иммунотерапевтических средств. Высокая нагрузку опухолевых мутаций (TMB) обычно определяется как более 10 мутаций на мегабазу (Mb).

Каждая стратегия лечения нуждается в целенаправленном пересмотре рисков и преимуществ. Например, хотя антитела анти-PD-1/PD-L1 могут усилить иммунный надзор, они также связаны со значительной частотой тяжелых нежелательных явлений. К ним относятся иммуноопосредованные легочные, печеночные, кожные, неврологические, желудочно-кишечные и эндокринные токсические эффекты, некоторые из которых приводят к летальному исходу. Ингибиторы PD-1/PD-L1 также не имеют четкой реакции на дозу, что делает проблематичным назначение более низких доз этих препаратов для профилактики рака.

При синдроме Линча распространенность предраковых состояний (особенно аденом) зависит от возраста и генной мутации и кол***ется от 10,6% до 33%, но только около 50% этих аденом демонстрируют дефицит MMR, остальные связаны с CIN. Напротив, у ниъ гистологически нормальные крипты с дефицитом MMR относительно многочисленны в слизистой оболочке здоровых пациентов, что означает, что значительное количество MMR-дефицитных крипт подвергается «иммуноредактированию» до трансформации в аденомы.
Иммуноредактирование — это процесс, при котором аномальный рост клеток останавливается и регрессирует с помощью Т-клеточного иммунитета. В случаях, когда поражение не полностью искоренено, за иммуноредактированием следуют фазы равновесия и, в конечном итоге, фазы ускользания от иммунного ответа, когда оставшиеся клетки способны уклоняться от обнаружения иммунной системой.

Кстати, у пациентов с синдромом Линча нестабильность кодирующих и некодирующих микросателлитов дает надежную сигнатуру неоантигенов, специфичных для опухоли/ткани, на которые могут быть нацелены предварительно разработанные библиотеки вакцин. Сейчас ранняя фаза клинических испытаний с использованием пептидов, идентифицированных как иммуногенные.

[albert52]

Вставка.

Опухолевые почки (Tumor budding)

Значительное количество опухолей ведет себя агрессивно, несмотря на то, что они относятся к категории низкого риска на основании их стадии TNM. Таким образом, необходим поиск дополнительных прогностических факторов при оценке колоректальной карциномы. Из изученных на сегодняшний день гистопатологических факторов наиболее многообещающими являются экстрамуральная венозная инвазия, характер наступающего фронта (выталкивающий или инфильтративный), воспалительный инфильтрат, микросателлитная нестабильность и почкование опухоли — наличие небольших дискретных скоплений опухолевых клеток в инвазивном краю.

Опухолевые почки, определяемые как наличие одиночных опухолевых клеток или небольших скоплений до пяти опухолевых клеток на перитуморальном инвазивном фронте (перитуморальные почки) или внутри основного тела опухоли (внутриопухолевые почки), представляют собой гистоморфологический коррелят раковых клеток, подвергшихся ЕМТ.
Почкующиеся гнезда часто обнаруживаются рядом с областями инвазии лимфоваскулярного пространства, причем ряд «зачатков» на инвазивном крае опухоли фактически расположен в небольших лимфатических пространствах. Наличие почкования также связано с повышенным риском отдаленных метастазов. При подслизисто-инвазивной колоректальной карциноме высокая степень злокачественности опухоли, лимфоваскулярная инвазия и почкование опухоли являются тремя факторами, независимо связанными с метастазами в лимфатические узлы.
У пациентов без какого-либо из этих трех признаков была исключительно низкая частота метастазов в лимфатические узлы (1%); при наличии одного фактора риска частота узловых метастазов существенно увеличивалась до 21%, а при наличии двух или трех факторов риск составлял 36%.

Что касается категорий CRCSC, клетки ТБ показали профиль экспрессии генов, соответствующий «мезенхимальному фенотипу» (CMS4), также клетки в основной опухоли чаще всего имели связь с фенотипом CMS2 — большее количество опухолевых зачатков было обнаружено в опухолях CMS4, чем в опухолях CMS2 и CMS3 — и мутациями KRAS. ТБ-клетки у пациентов с CRC также демонстрируют повышенную экспрессию ZEB1 и сопутствующее снижение miR-200b и miR-200c, что подтверждает связь между членами семейства miR-200 и ЕМТ.

Поскольку у пациентов с колоректальной карциномой II стадии исходы сильно различаются, почкование опухоли может быть особенно полезным для выявления подгрупп высокого риска в этой популяции. Наличие почкования опухоли предсказывает плохой ответ на анти-EGFR-терапию у пациентов с метастатической колоректальной карциномой.

Сильное почкование опухоли тесно связано с опухолями, возникающими из опухолей с мутацией гена APC в отличие от микросателлитной нестабильности. В спорадических микросателлитных стабильных и низкочастотных микросателлитных нестабильных опухолях частота отпочковывания опухоли составляла примерно 50%, причем почкование опухоли практически отсутствует при спорадической высокочастотной микросателлитной нестабильной карциноме, что может, по крайней мере частично, объяснить относительно лучший прогноз.

Белки, участвующие в деградации внеклеточного матрикса, такие как MMP-9 и катепсин B, сверхэкспрессируются в опухолевых почках; экспрессируется также белок клеточной локомоции ламинин 5γ2. Другие белки клеточной адгезии, такие как EpCAM (Epithelial cell adhesion molecule), вовлечены в процесс почкования с потерей мембранной экспрессии; EpCAM активируется путем протеолиза, что приводит к высвобождению EpICD в цитоплазму, которая становится частью транскрипционного комплекса ß-catenin и LEF. Он обладает онкогенным потенциалом благодаря своей способности активировать c-myc, e-fabp и циклины A и E.

Молекула адгезии нейрональных клеток L1 также была идентифицирована как ген-мишень β-катенина и преимущественно экспрессируется в опухолевых зачатках, где она совместно регулируется с ADAM10, металлопротеазой, участвующей в отщеплении внеклеточного домена L1s; L1 индуцирует передачу сигналов NF-κB в клетках колоректального рака, при этом NF-κB участвует в EMT.

Маркер стволовости CD133 преимущественно экспрессируется на переднем фронте инвазивной опухоли, но не внутри самих опухолевых зачатков. Вообще, экспрессия CD133, CD44 и CD90 является редким событием в опухолевых зачатках, что свидетельствует о том, что опухолевые клетки в зачатках подвергаются дифференцировке в мезенхимальный фенотип.
Что же касается экспрессии Lgr5, то обнаружено, что небольшое подмножество зачатков является положительным для этого предполагаемого продуцента стволовых клеток, но в отдаленных метастазах была обнаружена в 6-11,5 раз более высокая степень экспрессии.

В целом считается, что опухолевые клетки, происходящие из ЕМТ, являются гипопролиферативными. В самом деле, опухолевые зачатки демонстрируют цитоплазматическую экспрессию p16. В нормальных условиях ядерный p16 является прямым ингибитором циклина D1, останавливая клеточный цикл, однако считается, что расположенный в цитоплазме р16 связывается с CDK4, блокируя его транспорт в ядро. CDK4 необходим для активации циклина D1, следовательно, в отсутствие CDK4 циклин D1 образует неактивный комплекс с CDK2, что объясняет явно парадоксальную ко-активацию p16 и циклина D1.
В дополнение к их гипопролиферативному состоянию опухолевые зачатки обладают антиапоптотическим действием благодаря относительному отсутствию их реактивности в отношении каспазы 3, что позволяет предположить, что опухолевые зачатки способны противостоять аноикису.

Ген-супрессор опухоли RKIP был связан с EMT на нескольких уровнях, например, как ингибитор сигнального каскада Ras-Raf-MEK-ERK на уровне Raf. Кроме того, RKIP модулирует другие сигнальные пути, включая NFκB-Snail. Отмечена дифференциальную экспрессию RKIP в зонах колоректального рака с постепенной потерей экспрессии по направлению к фронту опухоли.

Нейротрофический тирозинкиназный рецептор TrkB был связан с EMT посредством RAS/MAPK-зависимой передачи сигналов Twist-Snail, и было продемонстрировано, что он является мощным и специфическим супрессором аноикиса, что подтверждается его сверхэкспрессией в опухолевых зачатках. Кроме того, колоректальный рак с мутациями KRAS также сверхэкспрессирует TrkB, что согласуется с известной зависимостью передачи сигналов MAPK от TrkB-индуцированной EMT.
Хемокин CXCL12 связывается со своим рецептором CXCR4, активируя последующие внутриклеточные пути, участвующие в хемотаксисе, выживании клеток и транскрипции генов. Поскольку CXCR4 экспрессируется в клетках многих органов, включая лимфатические узлы, легкие и печень, эпителиальные опухолевые клетки могут использовать принцип самонаведения для направления метастазов CXCL12-положительных опухолевых клеток в CXCR4-положительные органы. CXCL12 также может стимулировать образование капиллярных структур. Было обнаружено, что экспрессия CXCL12 в опухолевых зачатках коррелирует с метастазами в печень и является независимым прогностическим маркером.

Сигналы, происходящие от окружающих мезенхимальных клеток в микроокружении опухоли, могут играть важную роль в фиксации пропочковавшегося фенотипа. Так TWIST1, известный активатор ЕМТ, экспрессируется в опухолевых стромальных клетках; эти клетки демонстрируюи те же неопластические аберрации, что и сама опухоль.

[albert52]

Рак поджелудочной железы (PDAC)

Рак поджелудочной железы (РПЖ) — злокачественное новообразование, исходящее из эпителия железистой ткани или протоков поджелудочной железы. Обычно опухоль поражает головку железы (50-60 % случаев), тело (10 %), хвост (5-8 % случаев). Также наблюдается полное поражение поджелудочной железы — 20-35 % случаев. Для РПЖ с начала появления клинических симптомов характерно быстрое и агрессивное течение. Сами симптомы часто не специфичны и не выражены, поэтому на момент постановки диагноза менее 20% злокачественных опухолей поджелудочной железы являются операбельными.
Если опухоль поражает головку железы, то для дифференциации появляющейся желтухи используют синдром Курвуазье: при пальпации правого верхнего квадранта живота обнаруживается желчный пузырь, увеличенный вследствие давления желчи.

Рак поражает преимущественно людей пожилого возраста, одинаково часто мужчин и женщин. Факторами риска рака поджелудочной железы являются употр***ение спиртных напитков, курение (считают, что до 25—33% случаев рака ПЖ связано с курением), обилие жирной и острой пищи, избыточное употр***ение в пищу, особенно в жареном и копченом виде, животных жиров и мясных продуктов, которые содержат канцерогены (тетрациклические амины и полициклические ароматические гидрокарбоны), сахарный диабет и цирроз печени. К предраковым заболеваниям относятся аденома и киста поджелудочной железы, а также хронический панкреатит.

При хроническом панкреатите (ХП) наблюдается значительная извитость и расширение протоков с ретенционными кистами. Значительная структурная перестройка протоковой системы ПЖ у больных ХП наблюдалась в 87,5 % случаев, в 17,5 % случаев картина дополнялась явлениями ацинарно-протоковой метаплазии с трансформацией ацинарных клеток в протоковые и формированием мелких дуктулоподобных структур, так называемых тубулярных комплексов.
В дальнейшем это приводит к образованию белковых пробок и панкреатический секрет инфильтрирует окружающую ткань с формированием отека железы, за которым следует интрапанкреатическая активация пищеварительных ферментов с угрозой панкреонекроза. В 87,5 % случаев ХП паренхима ПЖ, таким образом, представляла собой небольшие атрофичные ацинусы, окруженные плотными фиброзными муфтами, с увеличенным количеством зияющих протоков разного диаметра.

В протоковой аденокарциноме к этому присоединяются клеточный атипизм прежде всего клеток мелких интеркалированных протоков, а также тканевой атипизм с высокой степенью извитости мелких протоков, часто тупиковых (см. ниже). Пациенты с хроническим панкреатитом более 5 лет имеют более чем 14-кратный риск развития рака поджелудочной железы по сравнению с общей популяцией.

Значительным прогрессом в диагностике рака поджелудочной железы на ранней стадии является эндосонография (эндоскопический ультразвук). В отличие от обычного УЗИ, для эндосонографии используется гибкий эндоскоп с видеокамерой и ультразвуковым датчиком, который можно ввести в кишку непосредственно к исследуемому образованию. При раке поджелудочной железы эндоскопический ультразвук позволяет установить диагноз в 90—95% случаев на самой ранней стадии. ТИАБ ( тонкоигольная аспирационная биопсия) позволяет выявить опухолевые клетки лишь у 80 % больных РПЖ.

Предложено применение в качестве скрининг‑теста РПЖ определение уровня опухолевых маркеров (ОМ). Достаточно информативным и хорошо изученным является ОМ СА 19‑9, уровень которого при РПЖ, как правило, превышает 100 Е/мл, тогда как при ХП такой уровень наблюдается крайне редко. Но его уровень бывает нормальным на ранних стадиях РПЖ, так как СА 19‑9 и многие другие ОМ – белки эктодермального происхождения, образующиеся у людей, эритроциты которых содержат Lewis‑антиген.
Повышение уровня СЕА (канцерэмбрионального антигена) при РПЖ чаще всего свидетельствует о метастатическом поражении печени. Пациенты, у которых уровень СЕА больше 15 нг/мл, имеют достоверно меньшую выживаемость.

Опухоль представляет собой плотный бугристый узел без чётких границ, на разрезе — белый или светло-жёлтый. Крупные опухоли, как правило, обнаруживаются в хвосте железы, в левом подреберье и при пальпации ошибочно принимаются за увеличенную селезенку. У одной четверти больных присутствуют, кроме основного очага, участки с карциномой in situ. Таким образом, возможно полифокальное возникновение очагов озлокачествления.

Всего насчитывают 5 гистологических форм РПЖ, но наиболее распространена аденокарцинома, наблюдающаяся в 80 % случаев рака поджелудочной железы. Чаще всего она исходит из эпителия выводных протоков. Вокруг опухоли желези*стые элементы подвергаются резкой атрофии, выводные прото*ки расширены, а окружающая их ткань склерозирована.

Выявлены три основных предшественника инвазивной аденокарциномы поджелу дочной железы : интраэпителиальная неоплазия поджелудочной железы (PanIN), IPMN (Intraduktal Papillär Muzinöse Neoplasien) и муцинозно-кистозное новообразование (MCN). PanIN является наиболее распространенным типом предшественников опухоли, возникающих из эпителиальных клеток протоков. Предполагается, что эти поражения проходят путь прогрессирования от интраэпителиальной протоковой гиперплазии (PanIN-1) через умеренную дисплазию (PanIN-2) до дисплазии высокой степени (карцинома in situ) и инвазивной карциномы .
По мере увеличения протоковой атипии увеличивается частота генетических изменений; в зрелой опухоли их в среднем около 60.
Хотя IPMN и MCN ответственны только за меньшую часть случаев рака поджелудочной железы (менее 15%), они дают возможность идентифицировать предраковые поражения поджелудочной железы, особенно с увеличением использования неинвазивных процедур визуализации брюшной полости высокого разрешения .

При спорадическом раке в среднем считают 11-12 лет от исходного события, начавшего канцерогенез поджелудочной железы, до развития ракового родительского клона и еще 6,8 года до развития метастатических субклонов в первичном раке, при этом пациенты умирают в среднем 2,7 года спустя. Пациент с первичной опухолью диаметром 1 см имеет вероятность возникновения метастазов на момент постановки диагноза 28%; когда основной размер увеличивается до 2 и 3 см, риск скрытых метастазов возрастает до 73 и 94% соответственно. Средний размер опухоли на момент обнаружения — 5 см. Средняя выживаемость— 16 нед от момента установления диагноза; 1 год живут 17% больных, 5 лет — 1%. Более 70% пациентов не реагируют на текущую терапию и, что еще хуже, неудача химиотерапии первой линии приводит к ускорению роста опухоли, способствуя резистентносим и метастазам.
Считается, что протоковый РПЖ, наиболее частый подтип, станет к 2030 году второй связанной с раком причиной смерти после рака легких . Высокая смертность из-за раннего распространения и устойчивости к радио- и химиотерапии. Три дополнительных фактора - обильные реакции стромы, преимущественное распространение по интрапанкреатическим нервам и выраженное иммунное отклонение.

Особенностью РПЖ является выраженный склероз как самой ткани опухоли еще на стадии рак in situ, так и вокруг опухоли, образуя как бы защитный вал. Это обьясняется тем, что на стадии тканевого атипизма вновь образующиеся атипичные протоки (см. ниже) часто тупиковые и агрессивный поджелудочный сок не находя выхода начинает переваривать окружающую ткань железы.

В отличие от большинства опухолей, клетки РПЖ могут образовывать только небольшие островки в обширной строме опухоли. Основными клеточными компонентами являются ассоциированные с раком фибробласты (CAF), преимущественно происходящие из звездчатых клеток поджелудочной железы (PSC) и воспалительных клеток. В склерозированной ткани мало кровеносных сосудов, в результате чего опухолевые клетки находятся в состоянии постоянной гипоксии и выживают наиболее агрессивные субклоны. А изоляция опухолевых клеток задерживает клинические проявления.

[albert52]

Продолжим.

Пищеварительные ферменты продуцируются клетками серозного ацинуса в большей экзокринной части поджелудочной железы. Каждый ацинус поджелудочной железы состоит из нескольких серозных клеток, окружающих очень маленький просвет. Ацинарные клетки поляризованы, с округлыми базальными ядрами и апикальными многочисленными гранулами зимогена, типичными для секретирующих белок клеток. Ацинусы окружены лишь небольшим количеством соединительной ткани с фибробластами.

Каждый ацинус дренируется коротким интеркалированным протоком с одинарным плоским эпителием. Клетки этих небольших протоков простираются в просвет ацинуса в виде небольших бледно-окрашенных центроацинарных клеток , уникальных для поджелудочной железы и выделяют большой объем жидкости, богатой HCO3 (бикарбонат-ионы), которая которая увлажняет, очищает и подщелачивает ферментативную секрецию ацинусов.
Эти пищеварительные ферменты включают в себя несколько протеаз, альфа-амилазы, липазы и нуклеазы ( ДНКазы и РНКазы ). Протеазы секретируются как неактивные зимогены ( трипсиноген, химотрипсиноген, проэластазу, калликреиноген и прокарбоксипептидазы). Так, ингибитор трипсина совместно упаковывается в секреторные гранулы с трипсиногеном, который расщепляется и активируется энтеропептидазами в двенадцатиперстной кишке, генерируя трипсин, который активирует другие протеазы в каскаде.

Интеркалированные протоки сливаются с внутрилобулярными протоками и более крупными межлобулярными протоками , которые имеют все более столбчатый эпителий, прежде чем присоединиться к основному протоку поджелудочной железы, который проходит по длине железы.
Все протоковые клетки имеют базовый уровень активации SOX9 генов, препятстующий превращению этих клеток в ацинарные и эндокринные клетки. Также для SOX9 была показана его связь с процессом регенерации ПЖ при повреждениях. Регенерационный потенциал во взрослом органе обычно связан с Ptf1a+ ацинарными клетками, в которых при повреждении ПЖ происходит факультативная реактивация мультипотентных факторов SOX9 и Hnf1β, в результате чего происходит ацинарно-протоковый переход (АПМ — ацинарно-протоковая метаплазия - см. выше).

Одной из основных проблем, стоящих перед этим заболеванием, является гетерогенность, наблюдаемая среди пациентов в отношении симптомов, клинической эволюции, предрасположенности к раннему метастазированию и чувствительности к лечению. Гетерогенность может возникать на разных этапах эволюции опухоли, начиная с первых генетических мутаций, которые привели к возникновению опухоли, ее взаимодействия с микроокружением и в результате давления отбора и клональной экспансии. Тем не менее, были охарактеризованы два клинических подтипа PDAC: базальный (сквамозный), с худшим прогнозом и классический. Базальный подтип частично - но не полностью - совпадает с типом плоских клеток и с EMT; он, как правило, более устойчив к различным химиотерапевтическим средствам и особенно к схеме лечения, называемой FOLFIRINOX (фолиевая кислота, 5-фторурацил (5-FU), иринотекан и оксалиплатин).

Эти фенотипы PDAC определяются различными эпигенетическими ландшафтами, в частности паттернами метилирования ДНК, которые трансдуцируются на уровне транскрипции и изменяют взаимодействие между опухолью и ее стромой. Так, ключевыми игроками в гетерогенности PDAC являются супер-энхансеры; комплекс SWI / SNF ремоделирования нуклеосом может регулировать эти супер-энхансеры, и, что интересно, генетические изменения у членов этого комплекса часты среди опухолей PDAC. Когда комплекс SWI / SNF не способен правильно собираться, он не может противостоять поликомбо-репрессивному комплексу, локализованному в промоторах и типичных энхансерах генов дифференцировки, и это нарушение равновесия способствует онкогенезу.
Поскольку природа подтипов PDAC не является генетической, можно было бы преобразовать оба подтипа просто путем инактивации MET в базальных или GATA6 в классических выборках, что в опухолях часто и происходит. В запущенных случаях между этими двумя крайними формами опухолевого фенотипа имеется континиум промежуточных состояний.

Согласно современной концепции развития ПАПЖ (протоковой аденокарциномы ПЖ), клетками-родоначальниками ее классического подтипа являются ацинарные клетки. Ключевым инициирующим событием является АПМ. Этот процесс активируется при остром панкреатите и непосредственно связан с регенерацией ПЖ. В норме это заканчивается редифференциацией «протоковых» клеток в ацинарные, однако при появлении дополнительных факторов могут развиться ПанИН-I, II, III и в конечном итоге инвазивная аденокарцинома.
РПЖ происходит в основном из ацинарных клеток, чувствительных к мутантному KRAS, но хотя при РПЖ эти клетки претерпевают изменения, больше дистрофические, но так как РПЖ обычно является следствием многократно повторяющего воспаления (явного или скрытого), то ацинарные клетки при этом метаплазируют скорее в подобие центроацинарных клеток, образуя как бы разветвленный воротник вокруг ацинуса. Со временем вследствие накапливающихся мутаций связи между клетками в этом воротнике слабеют и он разрывается, образуя клеточные обрывки. Эти обрывки и дают начало раку, большая их часть попадает под власть генов-предшественников и далее дают начало классическому подтипу, меньшая часть превращается в псевдомезенхимальные клетки и дает начало сквамозному (плоскоклеточному) подтипу (см. выше).

Таким образом в результате хронического воспаления центроацинарные клетки образуют полиповидные разрастания со всем спектром PANIN, но агрессивный рак образуется, когда эти полипы разрываются с образованием фрагментов разной величины. Более крупные фрагменты образуют трубчаые структуры, более мелкие - рыхлые пласты плоских клеток. Метастазируют и те, и другие, только судьбв метастазов разная.

Блуждающие клетки классического трубчатого подтипа образуют (простите за тавтологию) классические метастазы, напоминающие исходную структуру опухоли, только клетки сцеплены часто крепче, что впрочем не мешает им интенсивно размножаться. Более стойкие псевдомезенхимальные клетки плоскоклеточного подтипа могут долго блуждать, постепенно дичая и превращаясь в настоящих лангольеров и образуя скопления разных размеров по всему телу (их число может достигать сотек и даже тысяч).
Зрелые клетки протоков и ацинусов благодаря стройной системе генов дифференцировки и их защитников, в том числе эпигеномных, наскоком не возьмешь. В протоках могут образовываться сравнительно редко метастазирующие IPMN и MCN (см. выше), а клеткам ацинусов, когда им плохо, есть во что превращаться; первичный ацинарный рак наблюдается очень редко.

[albert52]

Продолжим.

Согласно новой классификации ПАК (протоковая аденокарцинома) ПЖ выделяются четыре главных молекулярных подтипа: сквамозный (квазимезенхимальный), панкреатический классический (из клеток-предшественников), иммуногенный и аберрантно-дифференцированный экзокрино-эндокриноподобный (ADEX).

Сквамозный подтип запускается ЕМТ-программой и характеризуется высокой экспрессией мезенхимальных маркеров и наихудшим прогнозом. Гистологически он включает железисто-плоскоклеточный рак ПЖ. Сквамозные опухоли богаты мутациями генов семейства TP53, отражающими активацию TP63ΔN и его транскрипционную сеть. Ген TP63ΔN стимулирует дифференцировку клеток плоского эпителия в противовес железистой дифференцировке эпителия протоков ПЖ.
Гиперметилирование генов, ответственных за апоптоз (PDX1, GATA6 и HNF1B), способствует развитию дедифференцированного и мезенхимального характера этого подтипа. Множество других фенотипических характеристик патогномоничны для сквамозного подтипа ПАК ПЖ: частые мутации гена KDM6A, ответственного за перестройку хроматина, сигнальный путь TGF-β, активацию гена MYC и т.д. Клеточные линии сквамозного подтипа более чувствительны к воздействию гемцитабина.

Панкреатический классический (из клеток-предшественников) подтип характеризуется наиболее эпителиальным характером ПАК ПЖ с высоким уровнем экспрессии эпителиальных маркеров, особенно CDH1/E-cadherin. Данный подтип по молекуляр -ному фенотипу подобен KRAS-зависимым клеточным линиям ПАК ПЖ. Также присуща высокая экспрессия генов, способствующих развитию ПЖ (FOXA2/3, PDX2, MNX1 и GATA6); например, PDX2 индуцирует начальную дифференцировку эпителия поджелудочной железы. В отличие от сквамозного, этот подтип происходит из клеточных линий, чувствительных к ингибитору EGFR – эрлотинибу. Любопытна взаимосвязь классического подтипа ПАК ПЖ с развитием “диабета молодых” (MODY).

В подтипе c аберрантной эндокринной-экзокринной дифференцировкой (ADEX) нарушена регуляция генов, играющих роль в ацинарной и эндокринной дифференцировке, которая носит в норме взаимно исключающий характер, также в процессах регенерации и при панкреатите. Часть этих генов связана с активацией KRAS. ПАК ПЖ подтипа ADEX гистологически связан с ацинарно-клеточным раком.

Иммуногенный подтип ПАК ПЖ отличается различными иммуно-ассоциированными транскрипционными программами. Эти программы связаны с сигнальными путями и рецепторами В- и Т-клеток, представлением антигена и приобретенной иммунной супрессией через ключевые моменты соответствующих путей – CTLA4 и PD1. Кроме того, иммуногенный подтип ПАК ПЖ демонстрирует существенное увеличение в инфильтрате В- и Т-клеток. Гистологически ПАК ПЖ этого подтипа проявляются в виде муцинозных некистозных (коллоидных) опухолей.
Отметим,что в целом ПАК ПЖ является "иммунно-холодной" (см.выше), что обьясняется как выраженными иммунносупрессивными свойствами опухолевых клеток (в тесном стромальном ложе особо не навоюешь), так и трудностями доставки иммунных клеток к опухоли. Вот и приходится выделять отдельныq подтип, где это затруднение как то устранено.
ПАК ПЖ в целом не чувствительна к новым классам ингибиторов анти-i-PD1 иммуномодуляторов импа пембролизумаб (почему - см.выше). Однако ПАК ПЖ иммуногенного подтипа могут быть чувствительными к препаратам этой группы либо сами по себе, либо в сочетании с другими химиотерапевтическими средствами.

Молекулярные механизмы канцерогенеза РПЖ

Молекулярные изменения, которые накапливаются во время канцерогенеза поджелудочной железы, можно классифицировать на ранние (укорочение теломер и активирующие мутации в KRas в PanIN-1), промежуточные (инактивирующие мутации или эпигенетическое молчание CDKN2A в PanIN-2) и поздние (инактивирующие мутации р53 и SMAD4 в PanIN-3) события. Во время формирования PanIN могут также происходить мутации в других генах, впрочем наиболее значимо накопление мутаций, а не появление их в определенном порядке.
Наиболее распространенной является мутация в онкогене K-ras (встречается в 90% случаев). Приобретение онкогенной мутации KRas в ацинарных клетках поджелудочной железы приводит к их трансдифференцировке в протоковидные клетки.

Онкогенные KRas могут также модулировать митохондриальный метаболизм и выработку АФК посредством регуляции рецептора трансферрина (TfR1), который высоко экспрессируется в ракe поджелудочной железы. Кроме того, КRas могут вызвать подавление дыхательной цепи комплекса I и III, приводя к митохондриальной дисфункции (что-то напоминает).

Ген Р16/CDKN2A при РПЖ инактивируется наиболее часто (в 95% наблюдений). Белок р16 играет критическую роль: его инактивация приводит к утрате контроля над клеточным циклом, так как продукт гена p16 INK4а ингибирует взаимодействие циклина D с циклин -зависимой киназой 4 (CDK4). В спорадических опухолях p16 иногда инактивируется гомозиготными делециями и внутригенными мутациями, а в остальном ген INK4a выключается путем метилирования промотора.

Ген-супрессор опухолей DPC4 расположен на хромосоме 18q21 и кодирует ядерный фактор транскрипции Smad 4 - важный элемент TGF-ß сигнального пути. При раке поджелудочной железы DPC4 был инактивирован в 55% наблюдений, а при других злокачественных опухолях инактивация этого гена происходит очень редко.

Канонический каскад передачи сигналов Smad инициируется фосфорилированием рецептор-регулируемых факторов транскрипции Smad (R-Smads) Smad2 и/или Smad3 активированным ALK5 (Anaplastic Lymphoma Kinase). Это позволяет связывать R-Smad с Smad4 и транслокацию комплекса в ядро, где он может привлекать транскрипционные коактиваторы или корепрессоры к Smad-связывающим элементам (SBE) в промоторах генов-мишеней TGF-β. Отметим, что потеря функции SMAD4 почти всегда происходила в связи с генетической инактивацией TP53 , но не наоборот, указывая на то, что изменения SMAD4 были связаны с генетическими изменениями TP53 .
Эта взаимосвязь также предполагает, что инактивация SMAD4 происходит позже, чем инактивация TP53. Трансформирующий фактор роста (TGF -β) действует как супрессор опухоли во время инициации рака, но как промотор опухоли во время прогрессирования опухоли. Рост опухолевых клеток TGF-β способен ингибировать путем тормозного взаимодействия с циклином D1.

При инвазивной карциноме гиперактивирован сигнальный путь Hedgehog; эта активация может быть зависимой от лиганда Hedgehog (при РПЖ) или из-за мутации Patched (при базально-клеточном раке кожи). Ингибирование этого пути препаратом циклопамином останавливает рост опухоли в эксперименте.

[albert52]

Продолжим.

Ген р53. При раке поджелудочной железы инактивация этого гена-супрессора опухолей определяется в 50-70% наблюдений. р53 — это ядерный ДНК-связывающий белок, который влияет на старение клетки и контролирует клеточный цикл, запускает процесс клеточной гибели (апоптоз). Мутации в гене TP53 отменяют его функцию, приводя к генетической нестабильности и прогрессированию опухоли. р53 ингибирует клеточный цикл путем прямой инактивации CDK4 и косвенной инактивации p21, то есть функционирует на переходе G1 / S, блокируя вход в S-фазу, вызванный повреждением ДНК. Функции p53 также поддерживают геномную стабильность.
Потеря p53 связана с анеуплоидией, выдающейся особенностью карциномы поджелудочной железы; вообще на сегодняшний день большинство генов, которые считаются супрессорами метастазирования, демонстрируют признаки гаплоиндуцированности. Инактивация TP53 при SMAD4 дикого типа сильно обогащена нулевыми мутациями (нонсенс, делеция или сдвиг рамки), а при сопутствующей потере SMAD4 - миссенс-мутациями. При этом потеря SMAD4 частично устраняет остаточные цитостатические или апоптотические функции миссенс-мутантных белков TP53

Специфические ингибиторы COX2 (СОХ — группа ферментов, участвующие в синтезе простаноидов, таких как простагландины, простациклины и тромбоксаны) могут предотвращать канцерогенез и вызывать апоптоз опухолевых клеток. Также путь липооксигеназы (LOX) превращает арахидоновую кислоту в мощные сигнальные медиаторы, такие как лейкотриен B4 (LTB4), способствующий развитию и прогрессированию рака человека. Сверхэкспрессия рецепторов LOX и LTB4 при раке поджелудочной железы человека образует аутокринную петлю, которая стимулирует пролиферацию клеток.

Активированные гены подтипа предшественников поджелудочной железы в основном участвуют в развитии поджелудочной железы (например, GATA6, BMP2, PDX1 и SHH) и передаче сигналов Ras (например, KITLG и RASA3). Плоскоклеточный (сквамозный) подтип демонстрирует обогащение путей с сильным онкогенным потенциалом (например, PI3K-AKT, Hippo и WNT), способствующим EMT (например, передача сигналов TGFβ) и дерегулирование генов, участвующих в пролиферации, дифференцировке и апоптозе клеток (например, YAP1, CD44 , MYC и E2F7). Отметим, что устранение Kras приводит к переключению в сторону плоскоклеточного подтипа.
Впрочем подтипы опухолей лучше определяются специфическими эпигенетическими, транскрипционными и стромальными ландшафтами, чем генными мутациями (см. выше). А если эпигеном является основным фактором, ответственным за фенотипы PDAC, главное заключается в том, что это обратимое явление, а генетические мутации - нет.

К эпигенетическим регуляторам, обнаруженным в PDAC, относятся H3K4-метилтрансферазы MLL2 и SETD3 и H3K-ацетилтрансфераза KAT2A, которые активируют транскрипцию. Другим регулятором, сверхэкспрессированным во всех образцах PDAC, является энхансер Zeste Homolog 2 (EZH2). Этот фермент является функциональным компонентом субъединицы 2-го репрессивного комплекса ремоделяции хроматина (PRC2) и катализирует триметилирование H3K27, в результате чего хроматин плотнее окутывает ДНК и мешает транскрипции.

Поликомб-репрессированные комплексы подавляют гены-супрессоры опухолей и гены пути Hedgehog (см. выше). Первый в своем классе пероральный селективный ингибитор EZH2, таземетостат показал благоприятные результаты у пациентов с рефрактерной В-клеточной неходжкинской лимфомой и запущенными солидными опухолями. NUPR1 является белком, который сверхэкспрессируется во время острого панкреатита, и участвует в ремоделировании хроматина посредством его взаимодействия с белками группы поликомб. Спиральные пептиды, предназначенные для нацеливания на NUPR1, оказывают кратковременный лечебный эффект.

Метилирование ДНК таким образом является эпигенетической меткой, которая вызывает молчание генов, удерживая ДНК в транскрипционно спокойном состоянии. Зебуларин, известный ингибитор метилирования ДНК, подталкивает стволовые клетки PDAC к более пролиферативному фенотипу с повышенной чувствительностью к современным химиотерапиям. Существует также подгруппа опухолей PDAC, которые были чувствительны к хорошо изученному децитабину.

Гистондеацетилаза 1 (HDAC1) является еще одним эпигенетическим модификатором, который сверхэкспрессируется в PDAC и может нарушать регуляцию паттерна ацетилирования гистона, что в целом активирует транскрипцию. В частности, более высокие уровни экспрессии HDAC 1, 7 или 8 связаны с худшей общей выживаемостью. Ингибирование HDAC может привести к активации генов-супрессоров опухоли.
Некодирующие РНК (нкРНК) транскрипты играют роль эпигенетических модификаторов, взаимодействуя с гистоновыми модифицирующими комплексами или с DNMT (DNA methyltransferase). Среди нкРНК лучше всего изучены микроРНК (миРНК), которые действуют как посттранскрипционные репрессоры, а в предраковых поражениях PDAC подавление miR-148, наряду с miR-217 и miR-375, является мета-сигнатурой PDAC. Различные стратегии доставки могут быть выполнены для восстановления уровней экспрессии miRNA. Одним из них является использование «нановекторов», которые состоят из липидных наночастиц. Они были успешно использованы для доставки miR-34a из транскрипционной сети p53 и кластера miR-143/145, который подавляет экспрессию KRAS2 в раковыклетках.

В целом, развитие эпигенетических лечебных препаратов сталкивается с несколькими проблемами, одной из наиболее важных из которых является отсутствие специфичности: все эпигенетические методы лечения влияют на общий геном. Кроме того, следует учитывать гетерогенность, поскольку маловероятно, что одно эпигенетическое лекарственное средство, отдельно или в сочетании с современными методами лечения, будет эффективным для всех опухолей.

[albert52]

Вставка

Генный профиль развития ПЖ

Морфологические изменения, которые происходят при дифференциации поджелудочной железы от энтодермы кишечника, зависят от последовательных изменений в экспрессии генов. Внеклеточные сигналы, обеспечиваемые тканевыми взаимодействиями между развивающейся энтодермой поджелудочной железы и соседними тканями, в конечном итоге влияют на фенотип клетки, изменяя экспрессию генов в ядре.

Самыми ранними генами, избирательно экспрессируемыми в препанкреатической энтодерме, являются два фактора транскрипции, фактор гомеодомена парахокс PDX1 и фактор транскрипции основной спирали-петля-спираль (bHLH) PTF1A. Экспрессия PDX1 впервые появляется в препанкреатической энтодерме более чем за 1 день до начального формирования дорсального зачатка поджелудочной железы, и ей непосредственно предшествует появление другого парахокс-фактора, MNX1 (также известного как HB9), который в передней энтодерме экспрессируется более широко, чем PDX1. Экспрессия как MNX1, так и PDX1 сохраняется в начальных зачатках поджелудочной железы, хотя экспрессия MNX1 быстро гасится, в то время как экспрессия PDX1 еще какое-то время продолжается. В зрелых β-клетках реактивируется экспрессия обоих факторов.

Есть несколько дополнительных факторов энтодермальной транскрипции как потенциальных внутренних регуляторов экспрессии PDX1. К ним относятся такие члены семейств факторов транскрипции как HNF1 и Foxa, Onecut1, парный гомеодоменный фактор PAX6, ну и сам PDX1. HNF1a и PAX6 экспрессируются недостаточно рано или широко, чтобы инициировать раннюю экспрессию PDX1 в эмбриональном кишечнике и зачатках поджелудочной железы, но паттерны экспрессии Onecut1, HNF1b, Foxa1 и Foxa2 предполагают, что они в совокупности могут играть эту роль.
PDX1 необходим для роста зачатков поджелудочной железы; делецмя гена, кодирующего PDX1 человека, была идентифицирована у людей с агенезом поджелудочной железы. Экспрессия PTF1A следует вскоре после PDX1 и хотя он первоначально был описан как экзокринно-специфический фактор транскрипции, фактически он играет важную роль в определении судьбы всех клеток поджелудочной железы.

Поджелудочная железа состоит из трех основных типов клеток: эндокринных клеток, ацинарных клеток и протоковых клеток. Их развитие строго контролируется регуляторной сетью факторов транскрипции, которые модулируют экспрессию генов. В эту сеть включены факторы транскрипции гомеобокса (PDX1, Pbx1, HB9), факторы транскрипции гомеопротеинов парного бокса (Pax4, Pax6), факторы транскрипции Forkhead Вох (Foxa1, Foxa2) и факторы транскрипции основной спирали-петли-спирали (bHLH) (ptf1a / p48, Mist1, нейрогенин3, NeuroD).

Факторы транскрипции bHLH особенно важны для событий развития и дифференцировки из-за комбинаторной природы этих белков. Факторы bHLH подразделяются на две основные группы - белки класса A, которые включают широко экспрессируемые белки E12 / E47 / HEB, и белки класса B, которые демонстрируют ограниченный тканью паттерн экспрессии.
В большинстве случаев предпочтительный комплекс bHLH представляет собой гетеродимер, состоящий из члена класса A и члена класса B. Эти гетеродимеры связываются с сайтами E-box, обнаруженными в промоторных и энхансерных областях генов-мишеней, чтобы регулировать их транскрипцию. Из класса В ген Neurogenin3 является нижестоящей мишенью передачи сигналов Notch и необходим для развития всех клонов эндокринных клеток поджелудочной железы. NeuroD , нижестоящий ген-мишень Neurogenin3, служит ключевым регулятором транскрипции гена инсулина в β-клетках.

Ptf1a предпочтительно собирается в тримерный комплекс транскрипции PTF1 с белком E и Rbpj (или Rbpjl). Регулятор транскрипции RBPJ, иначе известный как CSL ("CBF-1, супрессор Hairless, Lag-2"), представляет собой высококонсервативный ДНК-связывающий белок, который играет центральную роль в решении судьбы клеток метазоа. RBPJ обеспечивает каноническую передачу сигналов Notch. В развитии поджелудочной железы Ptf1a незаменим для контроля роста мультипотентных клеток-предшественников, а также для спецификации и поддержания ацинарных клеток.

Как только идентичность поджелудочной железы установлена, морфогенез ветвления в MPCs (мультипотентных стволовых клетках) ведет к разделению на верхушечные и клетки ствола, предшественники ацинарных и протоковых структур соответственно. Первоначально коэкспрессируясь, Nkx6-1 становится ограниченным стволом, а Ptf1a - концевыми клетками. Последние показывают экспрессию Myc (c-Myc), тогда как клетки ствола определяются активностями генов Hnf1b, Sox9, Hnf6 и Hes1. Кроме того, расширение и поддержание экзокринного компартмента дополнительно поддерживается ингибированием пути Hippo для репрессии специфичных для эндокринной системы генов TF, включая Pax6, Ngn3, Isl1 и Nkx6-1, а также Gcg и Ins1 / 2. Активные сигналы Hippo, кстати, противодействуют активности Yap, способствуя эндокринной судьбе.

В концевых клетках Ptf1α индуцирует Nr5a2, который имеет решающее значение для ацинарной идентичности, поскольку Nr5a2 напрямую регулирует Ptf1a в петле обратной связи, а также Gata4 и Rbpjl. Эндокринный компартмент появляется в нескольких отдельных клетках внутри ствола, которые активируют Ngn3, предположительно за счет латерального ингибирования генов экзокринной дифференциации, организованного путем Notch.

Zeb1, известный EMT-TF, экспрессируется на низких уровнях в эпителиальном компартменте развивающейся поджелудочной железы. В отличие от роли Snail и Slug во время расслоения эндокринных клеток островков Лангерганса, Zeb1 является критическим для спецификации в правильных соотношениях клонов клеток в эмбриональном периоде и для тканевого гомеостаза в поджелудочной железе взрослых.
Временные волны экспрессии TF инициируют созревание эндокринных клеток, чтобы гарантировать однонаправленную спецификацию уникальных типов клеток, включая Neurod1, Insm1 и Rfx6, потеря которых ставит под угрозу идентичность и функцию островковых клеток.

Идентичность ацинарных клеток поддерживается несколькими взаимодействующими ТФ, такими как Ptf1α (см. выше) и Mist1. Подавление этих TF приводит к приобретению характеристик клеток-предшественников и увеличению образования ADM и PanIN, что подчеркивает важность поддержания экспрессии этих факторов идентичности для предотвращения инициации опухоли.

MIST1 представляет собой мастер TF, принадлежащий к семейству В белков с основной конфигурацией (доменом) спираль-петля-спираль (bHLH). MIST1 экспрессируется в серозных экзокринных клетках, включая ацинарные клетки поджелудочной железы. Вне поджелудочной железы MIST1 экспрессируется в ацинарных клетках слезных, околоушных и поднижнечелюстных слюнных желез, главных клетках желудка, альвеолярных клетках лактирующих молочных желез и секретирующих клетках, выстилающих простату и семенные пузырьки.
В поджелудочной железе MIST1 локализуется в ядрах ацинарных клеток; не наблюдается его экспрессии в протоковых или центроацинарных клетках. MIST1 является мишенью транскрипционного фактора XBP1, который также играет физиологическую роль в ацинусах поджелудочной железы. Белок MIST1 может также образовывать гетеродимеры с другими факторами транскрипции bHLH, что типично для этих белков. Однако, в отличие от других белков bHLH, MIST1, по-видимому, преимущественно работает как гомодимер.

Экзокринные клетки с выпадением гена Mist1 имеют дефект митохондриальной локализации и движения кальция, что, вероятно, является основной причиной снижения базального и регулируемого экзоцитоза, проявляемого этими клетками. При этом репрессируется Atp2c2 (ген, кодирующего секреторный путь Ca 2+АТФаза 2 (SPCA2), который участвует в поступлении кальция из клеточного депо. MIST1 также нацелен на p21 pCIP / WAF, вызывая задержку роста ацинарных клеток, что позволяет предположить, что в отсутствие MIST1 фенотип зрелых ацинарных клеток более пластичен (см. рак желудка). Также может наблюдаться спонтанный панкреатит и большая чувствительность к разным повреждающим факторам.

MIST1 также снижает способность онкогенного Kras вызывать PanIN. В эксперименте при делеции гена MIST1 KrasG12D значительно ускоряет образование PanIN, и мыши становятся нежизнеспособными из-за почти полного отсутствия ацинарной ткани, замещенной протоковым эпителием. Эти аффекты отменяются принудительным выражением MIST1. Mist1 также активирует экспрессию p21 CIP1 / WAF1 посредством уникального пути Sp1.

[albert52]

Молекулярные механизмы канцерогенеза РПЖ (продолжение)

Многочисленные сигнальные пути через стимулированные рецепторы факторов роста передают свои последующие эффекты через факторы обмена гуанином RAS (RAS-GEFs), которые активируют белки семейства RAS, KRAS, HRAS и NRAS. Напротив, негативные регуляторные пути индуцируют белки-активаторы ГТФазы RAS (RAS-GAP), которые осла***ют передачу сигналов RAS. Онкогенные мутации KRAS - в кодонах 12, 13 и 61 - продуцируют конститутивно активные формы KRAS, устраняя необходимость в восходящих индуцирующих сигналах и делая белок нечувствительным к ингибированию. Активированный KRAS задействует множество эффекторных путей, в частности, киназу, активированную митогеном RAF (MAP-киназу), фосфоинозитид-3-киназу и пути RalGDS.
В дополнение к роли в инициации опухоли, похоже, что активация KRAS необходима для поддержания онкогенного роста установленного PDAC, поскольку нарушение активности KRAS - через интерференцию РНК, антисмысловую РНК или экспрессию доминантно-отрицательного KRASN17 - осла***ет онкогенность клеточных линий PDAC. Следовательно, активность KRAS, по-видимому, необходима на всех этапах канцерогенеза протоков поджелудочной железы, и, таким образом, активированный KRAS или его эффекторы, вероятно, будут подходящими мишенями для профилактики и лечения этого злокачественного новообразования.

Экспрессия онкогенного Kras в ацинарных клетках индуцирует трансдифференцировку в протоковые клетки во время ADM; этот процесс предшествует формированию повреждений PanIN и в конечном итоге вызывает PDAC. Инициация PDAC может также развиваться отдельно от ацинарных или протоковых клеток по PanIN-независимому механизму. Сходным образом экспрессия Kras G12D в сочетании с гаплонедостаточностью Smad4 ведет к последовательному прогрессированию поражений MCN в сторону отдельного класса PDAC.

Gata6 необходим для терминальной дифференцировки и гомеостаза ацинарных клеток и установления полярности. Установлено, что инактивация Gata6 вызывает массовую потерю ацинарных клеток и способствует развитию ADM в поджелудочной железе. GATA6, среди других генов, кодирующих TF, определяющих судьбу энтодермальных клеток, подавляется в плоскоклеточном подтипе PDAC посредством гиперметилирования промотора. В соответствии с этим, экспрессия GATA6 преимущественно выявлялась в хорошо дифференцированных опухолях низкой степени злокачественности.

Pdx1 часто подавляется гиперметилированием во время прогрессирования в сторону плоскоклеточного подтипа PDAC. С другой стороны, PDX1 является частью транскрипционной сети, определяющей судьбу клеток энтодермы в сторону поджелудочной железы, и его присутствие приводит к лучшему прогнозу для подтипа предшественников PDAC. В целом Pdx1 действует как контекстно-зависимый TF во время инициации и прогрессирования PDAC: он переключается с защиты идентичности ацинарных клеток во время раннего туморогенеза на онкоген после установления ADM.

Экспрессия Sox9 в поджелудочной железе взрослого человека ограничена цитокератин-положительными клетками протока, включая центроацинарные клетки. Во время образования опухоли было показано, что Sox9 индуцируется в ADM и PanIN и поддерживается в подтипе PDAC предшественника поджелудочной железы. Важно, что ADM и PanINs, происходящие из ацинарного компартмента, нуждаются в эктопической индукции Sox9. Совместная экспрессия онкогенного Kras и Sox9 дикого типа способствует индукции предшественников поражений из ацинарного компартмента. В целом ADM, зависит от комбинированной экспрессии Sox9 и Hnf6, поскольку сверхэкспрессия Hnf6 также запускает ADM.
Сверхэкспрессия SOX9 не влияет на частоту IPMN, но снижает образование PDAC, демонстрируя, что Sox9 является основной нижестоящей мишенью Arid1a и предотвращает прогрессирование опухоли, способствуя протоковой дифференцировке. В конце концов, Sox9 является критическим медиатором идентичности протоков или предшественников. Из-за его встраивания в множественные сигнальные пути и петли обратной связи в спецификации клеточного типа, его дерегулированная экспрессия в конечном итоге связана с ранним туморогенезом.

В поджелудочной железе взрослых экспрессия Notch мишени Hes1 ограничена центроацинарными и протоковыми клетками, при этом регуляция Hes1 с помощью активной передачи сигналов Notch наблюдалась во время формирования ADM и PanIN. Notch-индуцированный Hes1 контролирует рост недифференцированной популяции клеток-предшественников как во время эмбриогенеза, так и при онкогенезе, способствуя таким образом Kras-опосредованному инициированию и прогрессированию опухоли. В этом контексте активация Notch сенсибилизирует ацинарные клетки к мутантному Kras-индуцированному инициированию и прогрессированию ADM / PanIN.
Кстати, при потере Hes1 может произойти ускорение онкогенеза PDAC за счет образования опухоли по прямому пути от ADM к PDAC, который пропускает предраковые поражения PanIN (не помнящая родства).

Таким образом, формирование PDAC зависит от ранних предопухолевых событий, таких как ADM, который основан на подавлении TF, которые контролируют идентичность ацинарных клеток, включая Gata6, Mist1 и Ptf1α, и прироста TF, которые способствуют протоковой спецификации, включая Pdx1, Sox9 и Hes1. Клетки ADM также приобретают свойства, не похожие на протоки, за счет активации Pdx1, приобретая более сходные с ранними предшественниками характеристики.

Активация определенных нижестоящих медиаторов KRAS способна способствовать переходу к плоскоклеточному подтипу. Сверхэкспрессия Etv1 индуцирует все основные EMT-TF и молекулярные маркеры, связанные с мезенхимальным фенотипом (например, Vim, Mmp3 и Mmp9), тогда как нокдаун Etv1 снижает уровни Zeb1. Также повышение HAS2 способно подпитывать самоподдерживающуюся петлю обратной связи CD44 и ZEB1, которая включает дифференциальный сплайсинг CD44 с помощью ESRP1, дополнительно способствуя EMT.

MAZ действует ниже KRAS и способствует передаче сигналов CRAF-MAPK с участием PAK и подавлению AKT / PKB. Более того, повышающая регуляция MAPK или инактивация TP53 приводит к сверхэкспрессии KLF7, способствуя росту опухоли и метастазированию. Экспрессия KLF7 активирует IFN-стимулированные гены и стабилизирует целостность аппарата Гольджи и, таким образом, гликозилирование белков для усиления секреции факторов роста, способствующих развитию рака.
В сотрудничестве с Myc Yap1 поддерживает экспрессию метаболических генов, необходимых для пролиферации и выживания. При удалении Yap1 подмножество опухолевых клеток было способно восстанавливать уровни Myc, обеспечивая выживание клеток за счет индукции генов, кодирующих EMT-TFs Snail, Zeb2, Twist2 и фактор стволовости Sox2, тем самым компенсируя потерю Yap1.

При устранении KrasG12D были идентифицированы другие компенсаторные механизмы, включая индукцию репрессора транскрипции Gli2, нижестоящего медиатора пути SHH. При этом индукция GLI2 способствует переключению сигнатуры гена с панкреатического предшественника на плоскоклеточный подтип, что сопровождается снижением маркеров эпителиальной идентичности (E-кадгерин, ESRP1, GATA6 и SHH) и повышением экспрессии EMT / маркеры стволовости (ZEB1, VIM, CK14, SOX2 и CD44).

[albert52]

Продолжим.

Рост первичной опухоли и метастатический рост можно подавить путем делеции гена SPP1 (секретируемый фосфопротеин 1), нижестоящей мишени GLI2, что подчеркивает его роль в повышении агрессивности опухоли. Синтезируемый SPP1 белок остеопонтин является неколлагеновым костным белком, важнм для взаимодействия клетки с матриксом кости. В коже остеопонтин вызывает чрезмерное образование рубцов, и был разработан гель, препятствующий его действию.
При PDAC обнаружено трм варианта его сплайсинга , при этом остеопонтин-а экспрессируется почти во всех PDAC, экспрессия остеопонтина-b коррелирует с выживаемостью, а остеопонтин-с коррелирует с метастатическим заболеванием. Хотя точные механизмы передачи сигнала остеопонтином при PDAC мало изучены, он связывается с CD44 и интегринами, запуская такие процессы, как прогрессирование опухоли и ингибирование комплемента.

Остеопонтин также стимулирует метастазирование, вызывая высвобождение сосудистого эндотелиального фактора роста (VEGF) и матриксной металлопротеазы (MMP), которые ингибируются путем нокдауна остеопонтина. Этот процесс стимулируется никотином, который является предполагаемым механизмом, с помощью которого курильщики испытывают повышенный риск РПЖ. Разрабатываются антитела против остеопонтина, в том числе hu1A12, которые ингибировали метастазирование в исследовании in vivo, а также при гибридизации с антителом против VEGF бевацизумабом.

Плоскоклеточный подтип обнаруживает обогащение для передачи сигналов TGFβ; центральным игроком в канонической передаче сигналов TGFβ является SMAD4 (см. выше). Гетерозиготная инактивация Smad4 способствует прогрессированию и росту первичной опухоли, в то время как потеря оставшегося аллеля дикого типа приводит к высокометастатическому заболеванию. Runx3 способствует метастатической колонизации, но зависит от состояния Smad4.

Повышенная регуляция пионерского фактора FOXA1 связана с классическим подтипом РПЖ, тогда как его экспрессия низка при «плоскоклеточном» (квазимезенхимальном) подтипе. Оба этих подтипа впрочем являются сильно метастатическими, с небольшими различиями в общей выживаемости пациентов. Белок регулятора транскрипции BACH1 помимо репрессии FOXA1 активирует SNAI2, который дополнительно способствует EMT, что оценивается по инактивации генов в линиях клеток человека.

Также во время туморогенеза HNF4α напрямую активирует HNF1A, а потеря первого делает возможным переход к более плоскому фенотипу. Более того, HNF4α непосредственно репрессирует мезодермальные и нейральные дифференцировочные TF SIX1 / 4, повышенная экспрессия которых связана с плоскоклеточным подтипом.
HNF1α подавляет активность ингибиторов апоптоза и модулирует экспрессию генов клеточного цикла. Но, с другой стороны, HNF1A является онкогеном, необходимым для регуляции популяций раковых стволовых клеток (CSC) в PDAC, способствует независимому от закрепления клеток росту, пролиферации, а также инвазивной и миграционной способности. Эти противоречивые данные могут быть объяснены гипотезой о том, что клеточная пластичность и, следовательно, способность индуцировать частичную EMT необходима для приобретения стволовости, тогда как обращение к эпителиальному фенотипу является критическим для роста метастазов.

Таким образом, повторная экспрессия TF, связанных с подтипом предшественников поджелудочной железы, важна для успешной колонизации печени.Также Prrx1a (Paired related homeobox 1) усиливает самообновление, снижает инвазивность и способствует метастатическому разрастанию. Изоформа ß, с другой стороны, способствует инвазии, EMT и дедифференцировке, способствуя экспрессии Hgf, предполагая, что обе изоформы отчетливо регулируют EMT и MET с образованием явных метастазов. Кроме того, эти две изоформы могут образовывать гомо- и гетеродимеры, влияя на транскрипционную активность. Отметим, что генетическая делеция Prrx1 переводит фиьробласты CAF в высокоактивированное состояние, что приводит к повышенному отложению ECM. Этот специфический фенотип CAF приводит к улучшенной дифференцировке опухоли, повышенной чувствительности к химиотерапевтическому лечению и нарушает системную диссеминацию опухоли.

Истощение глутамина способствует метастазированию за счет индукции EMT вследствие активации Snai2 посредством передачи сигналов ERK и активации ATF4. А одновременная инактивация Snai1 и Twist вызывает сдвиг EMT-равновесия в более эпителиально-подобное состояние в первичной опухоли, одновременно усиливая метастазы в печень. В целом усиление эпителиальных свойств и, следовательно, клеточной пластичности необходимо для метастатической компетентности.

В совокупности эти находки и исследования основных EMT-TF при других формах рака показывают, что их индивидуальный вклад в инвазию и метастазирование сильно зависит от клеточного контекста, то есть в первую очередь эпигенетики. Так, геномный анализ PDAC человека показал, что до 10% мутаций выявляются в генах ремоделирования хроматина. Более того, эпигенетический ландшафт PDX показал, что подтипы предшественников плоскоклеточного и панкреатического генов также можно классифицировать по паттернам метилирования ДНК и регуляторным элементам генов. В частности, мутации гистонолизиндеметилазы 6a (KDM6A) в сочетании с изменениями p53 были связаны с плоскоклеточным подтипом PDAC. Потеря только KDM6A достаточ -на для индукции плоскоклеточного подтипа за счет активации участков энхансеров ΔNp63 (TP63), MYC и RUNX3.

Активация гистон-метилтрансферазы Nsd2 увеличивает глобальное накопление метки активации H3K36me2, тем самым обогащая сигнатуру плоскоклеточных генов. Напротив, потеря Nsd2 снижает H3K36me2, что приводит к обогащению маркеров подтипа предшественников поджелудочной железы. Эти находки указывают на то, что накопление диметилирования в H3K36 необходимо для клеток, чтобы претерпевать EMT. Интересно, что H3K36me2 транскрипционно влияет на активность энхансеров и, таким образом, на экспрессию большинства генов ЕМТ-ТФ (Zeb1 / 2, Snai1 и Twist2) и других ТФ, способствующих метастазированию (см. выше).

Эпигенетическая регуляция также необходима для преодоления подавляющих опухоль эффектов передачи сигналов TGFβ, то есть индуцированного старения и апоптоза, прежде чем он сможет действовать как триггер индукции EMT. Поразительно, что повышение NFATc1 (Nuclear factor of activated T-cells, cytoplasmic 1) имеет pешающее значение для преодоления TGFβ-индуцированной остановки роста за счет противодействия H3K27ac модуляции и активации генов-мишеней TGFβ, включая Birc5, Ccnd1 и Plk1.

В целом эпигенетические состояния определяют молекулярные подтипы PDAC в очень динамичном процессе. Изменения в эпигенетическом ландшафте являются ключевыми особенностями прогрессирования PDAC в сторону злокачественности, поддерживая приобретение клеточной пластичности.

[albert52]

Продолжим.

Так как в онкопроцессе все начинается с воспалительной реакции, то рассмотрим поподробней основных участников этих как бы старых песен о главном. В начальной стадии онкогенеза важнейшую роль играет NF-κB, причем в предраковых клетках p65-субъединица NF-κB функционирует как супрессор опухолей, но затем экспрессия онкогенного Ras заставляет p65 переключать свою функцию на промотор опухоли, чтобы защитить трансформированные клетки от иммунного надзора. Отметим, что NF-κB конститутивно активируется при раке поджелудочной железы, и имеются существенные доказательства, подтверждающие его участие в образовании плотной стомы с инфильтрацией врожденными иммунными клетками.
NF-κB способен модулировать воспалительные макрофаги через прямое регулирование GDF-15 (growth differentiation factor 15), который впервые был идентифицирован как ингибирующий макрофаги цитокин-1 путем негативной регуляции фактора роста TGF-ß, который активирует киназу 1 (TAK1), что, в свою очередь, вызывает подавление экспрессии целевых генов NF-κB Tnf и iNOS. В отсутствие TNF и NO макрофаги больше не способны уничтожать опухолевые клетки.

Хроническое воспаление может привести к выработке провоспалительных цитокинов, таких как интерлейкин-6 (IL-6), который активирует специфические рецепторы, например пути Janus-Kinase-Signal Transducer и Activator of Translation3 (JAK-STAT3), митоген-активируемую протеинкиназу (MAPK) и способствует развитию PanIN. Миофибробластоподобные панкреатические звездчатые клетки (PSC) находятся в состоянии покоя в нормальной поджелудочной железе, но переходят в активированное состояние при патологических состояниях, таких как воспаление или рак. Секреция PSC содержит высокий уровень IL-6.
IL-6-JAK2-STAT3 способствует росту и развитию поджелудочной железы. Это естественным образом ингибируется SOCS3, который в целом предотвращает пролиферацию клеток. Во время онкогенеза сдерживающее действие SOCS3 снимается посредством гиперметилирования его промотора ДНК-метилтрансферазой 1. IL-6 может также независимо активировать Pim-1-киназу, протоонкогенную мишень STAT3. Связанная с прогрессированием клеточного цикла и контрольными точками G1 / S и G2 / M, Pim-1-киназа необходима для пролиферации клеток. Активация IL-6 через STAT3 придает клеткам ПК резистентность к аноикису, что в конечном итоге усиливает метастазирование.

Воспаление поджелудочной железы приводит к связанным с повреждением молекулярным паттернам (DAMPs) и активации факторов роста, такие как фактор роста эндотелия сосудов (VEGF) во время последующего заживления. DAMP, возникающие в результате воспаления и повреждения клеток, могут стимулировать TLR и, следовательно, индуцировать передачу их сигналов, что поддерживает воспалительное микроокружение. DAMP, также известные как alarmins, представляют собой молекулы, высвобождаемые стрессированными клетками, подвергающимися некрозу, которые действуют как эндогенные сигналы опасности, способствуя и усиливая воспалительный ответ.

Toll-подобные рецепторы (TLR) являются мембранными рецепторами, способствующими распознаванию образов врожденной иммунной системы. Передача сигналов TLR2 и TLR4 опосредует активацию NF-κB. Было показано, что синергизм с TLR4 опосредует эффекты DAMP HMGB1 и HSP70. Триггерный рецептор (TREM-1) является новым членом суперсемейства иммуноглобулинов, присутствующих в моноцитах и ​​нейтрофилах; TREM-1 является положительным регулятором воспалительных реакций.
Эндогенные лиганды, такие как белки теплового шока, фибриноген и фрагменты гиалуроновой кислоты, возникающие в результате повреждающих событий, вызванных воспалительными процессами, индуцируют TLR2, -4 и -9. Сигнализации TLR4 активирует PI3K-Akt путь, тем самым вызывая секрецию раковыми клетками различных воспалительных медиаторов и цитокинов. TLR4 стимулирует ангиогенез рака поджелудочной железы посредством повышающей регуляции VEGF через PI3K -АКТ.

Фактор некроза опухолей-α (TNF-α) является основным регулятором воспаления и ключевым игроком в сети цитокинов. TNF-α является трансмембранным белком типа II с сигнальным потенциалом в качестве мембранно-интегрированного белка или в виде растворимого цитокина, высвобождаемого при его протеолитическом расщеплении. Стимуляция TNF-α сильно увеличивает инвазивность с умеренным антипролиферативным эффектом.
Существует два конкретных обьекта для TNF-α: TNFR1 и TNFR2. Активация TNFR1 вызывает образование каспазсодержащих комплексов и через множество сложных путей, включая активацию проапоптотических белков семейства Bcl-2 и апоптоз, индуцирует активные формы кислорода (АФК).

IL-1-α при раке поджелудочной железы экспрессируется исключительно злокачественными клетками опухоли и его высокая экспрессия связана с плохим клиническим исходом. В присутствии IL-1-α в PSC индуцировался специфический профиль экспрессии, который характеризовался повышенной экспрессией MMP1 и MMP3, а также сниженными уровнями MMP2, TIMP (Metalloproteinase inhibitor) 2 и TIMP3. Ранее было обнаружено, что TIMP3 преимущественно ингибирует активность MMP1 и MMP3, и снижение экспрессии TIMP3 может усиливать их протеолитическую активность, что приводит к ремоделированию опухолевой стромы.

IL-4 может оказывать стимулирующее рост и проинвазивное действие в некоторых раковых опухолях, включая поджелудочную железу. Он обнаружен в большом количестве в окружении опухолевых клеток и секретируется инфильтрирующими лимфоцитами, а также самими опухолевыми клетками. Было показано, что избыточная экспрессия одной из его рецепторных цепей, IL-4Rα была связана с местно-распространенной стадией опухоли, повышенной склонностью к метастазированию и плохой общей выживаемостью.

[albert52]

Продолжим.

Интерлейкин-8 (IL-8) является провоспалительным фактором, принадлежащим к семейству CXC-хемокинов. РПЖ продуцирует IL-8, который может способствовать ангиогенезу и инвазии опухолей. Было обнаружено, что IL-8 может имитировать роль VEGF, трансактивировать VEGFR2 и способствовать ангиогенезу. При остром панкреатите IL-8 еще выше и считается надежным показателем при оценке тяжести воспаления и некроза. Здесь также отметим ключевую роль интерлейкина-1β (IL-1β), который может стимулировать аутофагию в макрофагах и индуцировать стресс эндоплазматического ретикулума, который вызывает высвобождение Са2 + в цитоплазме. Это вызывает последующую активацию трипсиногена в области центроаценарных клеток и усугу***ет повреждение. Отметим еще, что IL-1β играет важную роль в нейроэндокринных опухолях, поскольку он направляет раковые клетки на нейроэндокринную дифференцировку.
IL-8 также является основным хемоаттрактантом для нейтрофилов, которые известны как клетки «первого ответа» врожденной иммунной системы. Степень их инфильтрации коррелирует со стадией опухоли при глиомах и раке поджелудочной железы. В ответ на присутствие растворимых иммунных медиаторов в месте опухоли эти ассоциированные с опухолью нейтрофилы (называемые TAN) приобретают либо противоопухолевые, либо проопухолевые функции, в зависимости от их поляризации в сторону фенотипа TAN1 и TAN2 соответственно.

Циклооксигеназы-2 (COX-2 ) является ключевым ферментом, участвующим в воспалении, и сообщается, что он повышен при раке поджелудочной железы. Высокие уровни COX-2 коррелируют с плохим прогнозом. Множество связывающих элементов было идентифицировано в промоторе COX-2 для TP53, NF-κB и других факторов транскрипции. Сигнальная ось SP1 / COX-2 может быть образована Sp1, который транскрипционно активирует экспрессию COX-2, что имеет значение для РПЖ.

Мутация в ингибиторе сериновой протеазы Kazal type-1 (ген SPINK-1) увеличивает вероятность развития у человека хронического панкреатита (ХП) в 12 раз. Мутации в гене SPINK-1 приводят к преждевременной активации трипсиногена и, как следствие, к панкреатиту. Заболевание является аутосомно-рецессивной и в то время как до 2% населения в целом имеют мутации SPINK1, фактическое число людей с панкреатитом, ассоциированным с SPINK-1, встречается крайне редко. Распространенность мутаций SPINK1 у пациентов с идиопатическим ХП, по сообщениям, составляет от 16% до 23%.

Во время панкреатита физиологическая роль аутофагии состоит главным образом в очистке от поврежденных органелл для поддержания гомеостаза клетки, гарантирующего лучшее выживание клеток поджелудочной железы. Вероятно, что по крайней мере одна часть защитного эффекта аутофагии во время острой фазы этого заболевания связано с секвестрацией зерен зимогена, которые содержат ферменты пищеварительных соков, ответственных за самоочищение пораженных участков при панкреатите. Зимофагия (гранулы аутофагии зимогена) сама по себе уменьшает доступность пищеварительных ферментов

В ацинарных клетках поджелудочной железы индукция аутофагии сопровождается активацией экспрессии гена Vacuole Membrane Protein 1 (VMP1). VMP1 кодирует трансмембранный белок, который был идентифицирован и клонирован в 2002 году именно благодаря его необычайной активации во время острой фазы панкреатита. Сверхэкспрессия VMP1 может вызывать аутофагию во многих клетках. VMP1 участвует в образовании фагофора после его прямого взаимодействия с аутофагическим белком беклин-1, индуцибельным p53 ядерным белком 2 (TP53INP2), и, возможно, его аналогом TP53INP1.

Аутофагия индуцируется и поддерживается мутацией онкогена KRAS и сильно усиливается при панкреатите. Гипотеза гласит, что аутофагию чаще всего вызывают панкреатит, основанный на сверхэкспрессии VMP1, что обеспечивает энергетическую потребность клеток, имеющих активную мутацию онкогена KRAS, что позволяет их трансформацию.
Клетки устраняют избыточные внутриклеточные АФК за счет экспрессии антиоксидантных генов, регулируемых машиной для детоксикации АФК. Экспрессия мутантного онкогенного KrasG12D, обычно присутствующего в PDAC, поддерживает повышенный уровень транскрипционного фактора NRF2 (см. выше) для усиления антиоксидантного ответа.

Хемокины представляют собой многофункциональные секретируемые пептиды, играющие важную роль в регуляции миграции лейкоцитов. Они разделены на 4 подгруппы (СС, СХС, СХ3С и ХС) в соответствии с характерным цистеиновым мотивом. Наиболее известным представителем рецепторов хемокинов является D6, который расположен на лимфатическом эндотелии и контролирует большинство воспалительных CC хемокинов. У здоровых людей D6 нейтрализует хемокины CC и тем самым отключают воспаление, делая хемокины недоступными. В отсутствии этих рецепторов хемокиновый лиганд-3 (CCL3), аберрантно (в избытке и в течение более длительного времени) привлекает CD3+ Т-клетки и тучные клетки, делая воспаление протуморогенным.

CXCL-12 представляет собой хемокин, также известный как производный стромы фактор 1 (SDF-1). Известно, что он является лигандом рецепторов CXCR4. Высокая экспрессия активации рецепторов CXCL-12 и CXCR4 в опухолях усиливает рост и ограничивает иммунный надзор в опухоли посредством локальных аутокринных и паракринных механизмов. Активация CXCR4 при раке поджелудочной железы приводит к повышенной экспрессии маркеров Smoothened, Gli1 и EMT.
Взаимодействие CXCR4 и SHH способствует обширному отложению стромы и создает физический барьер, который может объяснить отсутствие сосудистой сети в опухолях поджелудочной железы даже при повышенной экспрессии VEGF. Кроме того, периферическая и центральная передача сигналов, опосредованная CXCL-12, оказывает контрастирующее действие на ноцицепцию, то есть опосредованную CXCL-12 анальгезию посредством модуляции клеток Шванна; это объясняет снижение болевых ощущений у пациентов с раком поджелудочной железы.

Инфламмасомы — макромолекулярные комплексы, которые содержат множество копий рецепторов, распознающих молекулярные структуры патогенных (инфекционных) агентов и повреждающих факторов (PAMP и DAMP), а также включают молекулы белка-адаптора ASC и прокаспазы-1. Описаны впервые в 2002 году, когда Юрг Чопп и его коллеги сообщили, что подвид NLRs (Nod-подобных рецепторов), известный как NLRP1, может олигомеризоваться и собираться в комплекс, который активирует каскад каспазы 1, приводящий, в конце концов, к образованию провоспалительных цитокинов, особенно IL-1β и IL-18. Этот комплекс, формируемый NLRP1, был назван инфламмасомой.
NLRP3 (белок 3, содержащий NOD-, LRR- и пириновый домены) представляет собой внутриклеточный сенсор, который обнаруживает широкий спектр микробных мотивов, эндогенные сигналы опасности и раздражители окружающей среды, что приводит к образованию и активации инфламмасомы. Сборка инфламмасомы NLRP3 приводит к зависимому от каспазы 1 высвобождению провоспалительных цитокинов IL-1β и IL-18, а также к опосредованной гасдермином D пироптотической гибели клеток. Инфламмасома активируется в макрофагах, инфильтрирующих поджелудочную железу. Механизмы активации инфламмасом при панкреатите, вероятно, связаны с ROS (например, в результате повреждения митохондрий) или клеточными компонентами DAMP, такими как высвобождаемый из некротических клеток белок группы box-1 .

[albert52]

Вставка

Хроническое воспаление и рак

В то время как острое преходящее воспаление является важным фактором контроля и восстановления повреждений тканей, связанное с опухолью воспаление, которое встречается практически во всех опухолях, является хроническим, не разрешенным типом, что способствует прогрессированию опухоли. Во время туморогенеза раковые клетки, клетки врожденного иммунитета [такие как дендритные клетки или опухолево-ассоциированные макрофаги (ТАМ)] и активированные резидентные клетки [такие как связанные с раком фибробласты (CAF) или эндотелиальные клетки] в ответ вырабатывают различные цитокины и хемокины к сигналам опасности, исходящим от опухоли.

Хронические медиаторы воспаления оказывают плейотропное действие при развитии рака. С одной стороны, воспаление способствует канцерогенезу, росту опухоли, инвазии и метастазированию; с другой стороны, воспаление может стимулировать иммунные эффекторные механизмы, которые могут ограничивать рост опухоли. Связь между раком и воспалением зависит от внутренних и внешних путей. Оба пути приводят к активации факторов транскрипции, таких как NF-κB, STAT-3 и HIF-1, и к накоплению онкогенных факторов в опухоли и микроокружении.
STAT-3 и NF-κB взаимодействуют на нескольких уровнях и тем самым усиливают воспаление, связанное с опухолью, которое может подавлять противоопухолевые иммунные ответы. Так, STAT-3 продлевает ядерное удержание RelA во время онкогенного и хронического воспаления, действуя в качестве ко-транскрипционного фактора для RelA, таким образом способствуя постоянной активации NF-κB во время хронического воспаления и канцерогенеза. Отметим, что STAT-3 способствует ядерной локализации RelA путем ацетилирования, опосредованного ацетилтрансферазой p300, влияющего на взаимодействие NF-κB / IκBα и предотвращающего его ядерный экспорт.

Связанное с раком воспаление представляет собой седьмую отличительную черту в развитии рака. При инфекциях помимо токсинов, онкопротеины и факторы роста могут воздействовать на хозяина посредством активации рецепторов распознавания образов (PRR), которые взаимодействуют с патоген-ассоциированными молекулярными структурами (PAMP). Эти рецепторы включают в себя члены семейства Toll-подобных рецепторов (TLR), нуклеотидсвязывающие доменные (NOD-подобные) рецепторы олигомеризационных доменов (NLR), рецепторы лектина С-типа (CLR), запускающие рецепторы на миелоидных клетках (TREM) и индуцируемые ретиноевой кислотой ген-I-подобные рецепторы (RLR). Связывание PAMP с этими рецепторами приводит к инициации иммунного ответа хозяина путем активации воспалительных клеток.
На начальном этапе развития опухоли медиаторы воспаления, такие как цитокины, активные формы кислорода (ROS) и активные формы азота (RNS), полученные из фильтрующих опухоль иммунных клеток, вызывают эпигенетические изменения в предраковых клетках и молчание генов-супрессоров опухолей. Во время прогресии опухоли иммунные клетки секретируют цитокины и хемокины, которые действуют как факторы выживания и пролиферации для злокачественных клеток (см. выше). Так, аберрантная экспрессия тканевой трансглутаминазы (TG2) индуцирует EMT в эпителиальных клетках. Другими типичными маркерами EMT являются кадгерин-11 и фибробласт-специфический белок (FSP -1), которые связаны с повышенной подвижностью клеток. Twist необходим для подавления транскрипции E-cadherin.

Вр внутренних путях канцерогенеза важную роль играет мутация КRAS, активация которого сопровождается индукцией сигнальных каскадов, включая каскад RAF / MEK / ERK-киназ, путь PI3K / AKT и белки RalGDS. Последние принадлежат к семейству нуклеотид-обменных факторов, активирующих небольшие GTPases, такие как RalB. Посредством комплекса октамерного белка exocyst, участвующего в прикреплении везикул к мембранам, RalB стимулирует TANK-связывающую киназу-1 (TBK-1), что приводит к активации NF-κB посредством фосфорилирования IκBα (см. выше).
В раковых клетках конститутивная активация этого пути посредством хронической активации RalB ограничивает инициацию апоптоза после онкогенного стресса. TBK-1 также активирует факторы транскрипции IRF (регуляторный фактор интерферона) -3 и IRF-7 , что приводит к выработке медиаторов роста и воспаления.

Активация NF-κB в свою очередь активирует медиаторы клеточного цикла (циклин D1, c-Myc), антиапоптотические (c-FLIP, сурвивин, Bcl-XL) и молекулы адгезии (ICAM-1, ELAM-1, VCAM-17), протеолитические ферменты (например, MMP, uPA) и провоспалительные факторы (PGHS-2, цитокины), которые стимулируют инвазивный фенотип. Присутствие конститутивно активного NF-κB связано с плохим клиническим исходом.
INOS (синтаза оксида азота) является еще одним важным медиатором воспаления, который вызывает выработку NO макрофагами, связывающими хроническое воспаление и онкогенез. NO-опосредованное ингибирование репарации ДНК позволяет клеткам, несущим эпигенетические изменения, избежать апоптоза; это приводит к клональной экспансии предраковых клеток и, как следствие, к канцерогенезу. Кроме того, NO способствует росту опухоли путем трансактивации HIF-1α, экспрессии VEGF и подавляет p53.

RANKL, член суперсемейства цитокинов TNF, был первоначально обнаружен в Т- и дендритных клетках (DC). RANKL поддерживает дифференцировку и выживание эффекторных клеток, а также способствует онкогенезу, прежде всего в молочной железе, но не только. Так, в плоскоклеточном раке головы и шеи экспрессия RANKL способствует EMT и прогрессированию опухоли, индуцируя VEGF-независимый ангиогенез.

Мембраносвязанный IL-1α в злокачественных клетках индуцирует противоопухолевые иммунные ответы, тогда как внутриклеточные предшественники IL-1α контролируют гомеостатические функции, включая экспрессию генов, дифференцировку и рост клеток. Что же касается секретируемого IL-1β, то его низкие концентрации подавляют воспалительные реакции и иммунные механизмы, тогда как высокие концентрации способствуют повреждению тканей, связанному с воспалением, и опухолевой инвазивности.
При раке поджелудочной железы IL-1 придает хеморезистентность посредством повышения уровня PGHS-2 и способствует ангиогенезу во время прогрессирования опухоли. IL-1α и IL-1β проявляют идентичные агонистические действия, связываясь с рецептором IL-1 типа I (IL-1RI).

[albert52]

Продолжим.

Изучение РПЖ подтверждает правильность моей теории: на фоне хронического воспаления мутации, прежде всего KRAS, но не только, снимают ограничения на поступление к клетку питательных веществ, и усиленный гликолиз в сочетании с хронической гипоксией ведут клетку по пути канцерогенеза. При этом происходит перепрограммирование не только метаболизма, но и всей клеточной стратегии несмотря на сопротивление генов надстройки на путь автономного развития, крайней формой которого является ЕМТ.

ЕМТ представляет собой процесс динамичный , что приводит к появлению промежуточных клеточных состояний с как эпителиальными, так и мезенхимальными признаками, способствуя клеточной гетерогенности и широким спектром функций от инициации рака до прогрессирования. Примечательно, что EMT управляется факторами транскрипции (EMT-TFs), включающими семейство SNAIL, ZEB и TWIST, которые регулируют экспрессию эпителиальных и мезенхимальных генов. Помимо программы EMT, EMT-TFs ( Epithelial-mesenchymal Transition-inducing Transcription Factors) проявляют плейотропные роли, связывая EMT со стволовостью, метаболическим перепрограммированием, уклонением от иммунитета и лекарственной устойчивостью.

Опухолевые клетки, происходящие из EMT, избыточно продуцируют многие провоспалительные медиаторы, тем самым создавая регуляторную петлю, которая может способствовать поддержанию как фенотипа EMT, так и провоспалительного контекста. Связанные с опухолью EMTs редко включают полное переключение клонов, а скорее генерируют промежуточные состояния (гибридные фенотипы) с разной степенью агрессивности, которые распределяются по спектру эпителиально-мезенхимальной дифференцировки. Соответственно, существует множество молекулярных репертуаров EMT, участвующих в генерации этих гибридных фенотипов. Так, сигнатура EMT в аденокарциноме легких связана с повышенной экспрессией нескольких иммунных контрольных точек (PD-1 / PD- L1, CTLA-A, TIM-3 и другие), высокой плотности Foxp3-позитивных Treg-клеток, иммуносупрессивной продукции цитокинов (TGF-β, IL-10 и IL-6) и, наконец, сильной воспалительной реакции.

Опухолевые клетки способны подавлять направленный против них иммунный ответ двумя способами: во-первых, избегая иммунологического надзора путем уменьшения экспрессии молекул HLA или продукцией неканонических форм этих молекул, а также уменьшая экспрессию опухоль-ассоциированных антигенов на своей поверхности, и, во-вторых, непосредственно блокируя активацию Т-лимфоцитов, вызывая анергию опухоль-специфичных клонов. В последнем случае один из молекулярных механизмов инвазии основан на передаче ингибирующего сигнала от рецепторов CTLA-4 или PD-1 на цитотоксические Т-лимфоциты.
Опухоль не только уклоняется от иммунной системы, но и эффективно извлекает пользу из инфильтрирующих клеток, изменяя их функции, создавая микроокружение, благоприятное для развития опухоли (см. выше).

Ключевыми событиями в ЭМП являются:
- растворение эпителиальных межклеточных соединений;
- потеря апикально-базальной полярности и приобретение передне-задней полярности;
- реорганизация архитектуры цитоскелета и изменение формы клеток;
- снижение экспрессии генов, ответственных за эпителиальный фенотип и активация генов, которые формируют мезенхимальный фенотип, увеличение подвижности и, во многих случаях, способность к ремоделированию внеклеточного матрикса, обеспечивающая возможность инвазии клеток.
Важно отметить что, клетки, которые подвергались ЭМП, приобретают устойчивость к старению и апоптозу.

Основные шаги ЕМТ в онкологии: опухолевые клетки могут мигрировать и проникать в окружающую строму путем усиления транскрипции нескольких маркеров и генов инвазивности, таких как N-кадгерин, виментин и мезенхимальные интегрины. Затем они разлагают внеклеточный матрикс (ЕСМ) и распространяются в кровоток или в лимфатические пути. После распространения опухолевые клетки могут поражать другие органы, где они могут следовать разным судьбам, но в основном образуют растущие микрометастазы.

Отличительной чертой ЭМП является снижение экспрессии Е-кадгерина, приводящее к дестабилизации адгезионных контактов. Кроме того, подавление экспрессии генов, кодирующих клаудины, окклудины, десмоплакин и плакофилин, стабилизирует растворение апикальных плотных контактов и десмосом, соответственно. Эти изменения в экспрессии генов, предотвращают образование новых эпителиальных межклеточных контактов и приводят к потере функции эпителиального барьера.
Репрессия экспрессии генов, кодирующих эпителиальные белки клеточных контактов, сопровождается активацией генов, продукты которых способствуют мезенхимальной адгезии. В частности, снижение экспрессии Е-кадгерина уравновешивается повышением экспрессии мезенхимального нейронального кадгерина (N-кадгерина), что ведет к "переключению кадгерина". Изменения в экспрессии генов, кодирующих цитоскелет и белковые комплексы полярности, также способствуют прохождению ЭМП.

Для SOX9 также обнаруживаются различия в уровнях экспрессии, но в отличие от Pdx1 и FoxA2 SOX9, очевидно, способствует ЭМП. В клетках ПЖ, подвергшихся АПМ, подавление ATM-киназы приводило к запуску ЭМП при сопутствующей активации генов SOX9, маркера мезенхимальных клеток N-кадгерина и факторов-активаторов ЭМП Snail (Snai1)и Slug (Snai2).
Связь SOX9 с ЭМП была показана и для опухолей других органов. Например, выключение SOX9 в раковых клетках щитовидной железы блокирует ЭМП. Подавление SOX9 в клетках рака простаты вызывает снижение уровня одного из основных регуляторов ЭМП фактора ZEB1, но не оказывает влияния на представленность других факторов ЭМП, таких как TWIST, SNAIL и SLUG.

Агрессивный характер РПЖ обусловлен главным образом метастазированием, что облегчается десмоплазией (свойством эпителиальных тканей воспроизводить элементы соединительной ткани), специфическим микроокружением опухоли и способностью опухолевых клеток проходить EMT и принимать подвижный и инвазивный фенотип. При этом изменяется адгезия между клетками и клеточным матриксом, теряется клеточная полярность, деградируется ECM и усиливается взаимодействие клетка-строма.
Так, активация RHO-GTPases и особенно RAC1 является ключевым шагом в механизме EMT и вероятным фактором, способствующим тубулоинтерстициальному фиброзу. Механическая жесткость / жесткость матрикса (опухолевого) микроокружения играет решающую роль в продвижении EMT, контролируя субклеточную локализацию и передачу сигналов вниз по течению путей RAC1 и RAC1b.

Передача сигналов TGF-β играет центральную роль в развитии злокачественного состояния богатых стромой карцином, таких как рак молочной железы и аденокарцинома протоков поджелудочной железы (PDAC). TGF-β сверхэкспрессируется в опухолевой ткани и его избыточная экспрессия коррелирует с плохим прогнозом. Отметим, что на ранних стадиях он действует как супрессор опухолей, ингибируя клеточный цикл и способствуя апоптозу, и только на поздних стадиях он функционирует как промотор, усиливающий нестабильность генома, уклонение от иммунитета, неоангиогенез и метастазирование. Это явление было названо «парадоксом TGF-β» и тесно связана с началом программ EMT во время прогрессирования опухоли.

В нормальных условиях отделение эпителиальных и эндотелиальных клеток от ЕСМ приводит к аноикису (апоптозу зависимых от якоря клеток), а чувствительность к аноикису поддерживается белками клеточной полярности и контролируется кооперативным способом с помощью TGF-β, путей Wnt и Hippo. EMT индуцирует устойчивость опухолевых клеток к аноикису.

Фактор Foxa2, являющийся антагонистом фактора Snail (SNAI1) в регуляции экспрессии гена эпителиального маркера E-кадгерина, отвечает за ингибирование ЭМП, поэтому экспрессия его гена в метастазирующей опухоли также подавляется, при этом в дифференцированных раковых клетках экспрессия Foxa2 присутствует. SOX9 в отличие от Pdx1 и FoxA2, очевидно, способствует ЭМП.

[albert52]

Продолжим.

Учтьывая важность метастазирования в клинике онкозаболеваний изучение молекулярных механизмов этого феномена, включая ЕМП, приобретает особое значение. Интерес в этом отношении представляет CD44, который представляет собой широко экспрессируемую полиморфную интегральную молекулу мембранной адгезии, которая связывает гиалуроновую кислоту (HA) и способствует адгезии между клетками и клетками-матриксом, росту и переносу клеток, EMT и прогрессированию опухоли. Подавляющее большинство опухолей экспрессирует CD44.

У людей ген, кодирующий CD44, расположен на коротком плече хромосомы 11. CD44 транскрипты подвергаются сложному альтернативному сплайсингу, что приводит к функционально различным изоформам, экспрессирующимся главным образом на эпителиальных клетках. CD44s - стандартная изоформа, а вариантные изоформы (CD44v) по-видимому ограничены субпопуляциями, наделенными потенциалом стволовых клеток и развитием рака.

Среди изоформ CD44v CD44v6, по-видимому, играет роль в прогрессировании рака благодаря своей способности связываться с фактором роста гепатоцитов (HGF), остеопонтином (OPN) и другими цитокинами, продуцируемыми микроокружением опухоли. CD44v6 в присутствии HGF взаимодействует с рецептором фактора роста гепатоцитов (MET) и усиливает его передачу сигналов; при этом способность к инвазии полностью принадлежит подмножеству CD44v6 + клеток, в котором транслируются Twist и Snail. Во время этого процесса внутриклеточная часть CD44v6 помогает связывать цитоплазматический домен MET с актиновыми микрофиламентами и промежуточными белками ezrin, radixin и moesin, тем самым облегчая активацию RAS посредством son of sevenless (SOS).

Метастатический потенциал зависит от передачи сигналов, генерируемых HGF через CD44v6 и MET. Эти рецепторы взаимодействуют, чтобы активировать путь PI3K/AKT, который способствует миграции и передаче сигналов выживания в раковых стволовых клетках.
Биохимически HA способствует фосфорилированию цитоплазматического домена CD44v6, который затем активирует Ras и FAK (киназа фокальной адгезии) через Src, что приводит к активации сигнального пути MAPK/ERK. Точно так же взаимодействие между HA и CD44v6 также активирует сигнальный путь PI3K/Akt, который повышает устойчивость клеток CRC к апоптозу. Более того, взаимодействие между HA и CD44v6 увеличивает выработку MMP2/9, которая разрушает ECM, а также способствует созреванию TGFβ.

Экспрессия CD44v индуцируется комплексом транскрипции β-catenin/Tcf-4. Ядерный β-катенин накапливается в недифференцированных клетках на инвазивном фронте, тогда как в хорошо дифференцированных опухолевых участках обнаруживается его постоянная потеря, что позволяет предположить его роль в качестве маркера-предиктора метастазирования рака. Wnt3a был способен повышать уровни экспрессии CD44v6, а также клоногенную и миграционную активность стволовых клеток при CRC и клеток-предшественников .

Экспрессия CD44v6 является биомаркером клинического исхода у пациентов с раком толстой кишки. Значительна отрицательная корреляция между экспрессией CD44v6 и вероятностью выживания пациентов с CRC. Как правило, пациенты с CRC с CD44v6-позитивными клетками или без них в первичных опухолях демонстрируют 5-летнюю выживаемость 52,78% и 80,95% соответственно. CD44v6-позитивные клетки CRC склонны к образованию метастатических поражений в легких и печени, причем взаимодействие между OPN и CD44v6 облегчает метастазирования CRC в печень.
Процент CD44v6-позитивных клеток в целом тесно связан со степенью дифференцировки CRC. В хорошо дифференцированных опухолях процент CD44v6-позитивных клеток составил 18,18%. Напротив, это количество достигло 67,65% в умеренно дифференцированных опухолях и 91,67% в низкодифференцированных опухолях.

Цитокины, высвобождаемые в микроокружении, вносят значительный вклад в поддержание недифференцированного статуса и клоногенной активности онкогенных клеток. Это свойство не ограничивается HGF, но оно является общим для OPN и SDF-1, которые усиливают активацию β-катенина в CR-CSCs. Аналогичный эффект может быть опосредован TGF-β, который продуцируется как CAF, так и CD44v6 + клетками.
В то время как CAF, по-видимому, играют ключевую роль в индукции CD44v6, вполне вероятно, что аутокринная продукция OPN и TGF-β может способствовать метастатической активности CD44v6 + клеток. Нацеливание на экспрессию CD44v6 предотвращало образование метастазов, не влияя на рост первичных опухолей.
Также BMP4 противодействует активности Wnt в CR-CSC и способствует их дифференцировке за счет усиления PTEN и ингибирования PI3K , который поддерживает недифференцированный статус этой онкогенной субпопуляции. Механически, экспрессия гена CD44 управляется каноническим Wnt, который нетрадиционно активируется в 37% всех случаев CRC.

p53 противодействует CD44-опосредованной пролиферации и антиапоптозу в дополнение к ингибированию экспрессии CD44. Однако ген p53 обычно мутирован или истощен среди клеток CRC, и в этом контексте клетки CRC повышают свою устойчивость к апоптозу. Что же касается взаимосвязи между CD44v6 и аутофагией, то избыточная экспрессия CD44v6 служит индуктором внутриклеточного образования аутофагосом. Более того, активированный сигнальный путь MAPK/ERK также играет важную роль в индукции аутофагосом, которая затем действует на сигнальный путь TGFβ/Smad для запуска EMT. Интересно, что повышенная аутофагия позволяет раковым клеткам повышать экспрессию CD44.

Ген множественной лекарственной устойчивости (MDR) кодирует P-гликопротеин, который широко распространен среди кишечного эпителия и функционирует, перекачивая внутриклеточные токсины в просвет. Однако взаимодействие HA-CD44v6 увеличивает экспрессию MDR за счет активации PI3K/Akt- или ErbB2-связанного сигнального пути RTK. Более того, активность P-гликопротеина увеличивается при активации PI3K/Akt, таким образом усиливая неэффективность химиотерапии CRC.
Отметим, что CD44v6-специфический пептид более эффективно повышает чувствительность раковых клеток поджелудочной железы человека к апоптозу, чем кризотиниб и ингибитор VEGFR2 пазопаниб, тем самым более эффективно предотвращая рост опухоли и метастазирование.

[albert52]

Вставка

TGF-β и mTOR 2 в механизмах ЕМТ

TGF-β является мощным индуктором EMT, и считается, что усиление передачи сигналов TGF-β в раковых клетках приводит к развитию связанной с раком EMT. При этом TGF-β индуцирует активность киназы mTORC2 в клетках, подвергающихся EMT, а mTORC2, регулируя связанные с ЕМТ изменения цитоскелета и экспрессию генов, необходим для миграции и инвазии клеток. Инактивация mTORC2 предотвращает распространение раковых клеток.

Дополняя переключение в экспрессии генов, клетки, подвергающиеся EMT, изменяют свою морфологию и реорганизуют свой актиновый цитоскелет. Переключение актина с корковой архитектуры на стрессовые волокна, связанные с комплексами фокальной адгезии, усиливает способность клетки к миграции. Фокальные адгезионные комплек -сы, связанные с актиновым цитоскелетом на краях мигрирующих клеток, необходимы для прикрепления к субстрату и отделения клетки во время миграции. mTORC2 регулирует динамическую локализацию этих фокальных спаек во время миграции, что контролируется экспрессией паксиллина. При этом мера однородности ориентации фибрилл от 0 (случайное) до 1 (полное выравнивание), была значительно ниже в клетках с нокдауном Rictor, чем в здоровых клетках.
Отметим, что реорганизация актина в стрессовые волокна во время EMT регулируется Rho-GTPases, такими как RhoA. И TGF-β, и mTORC2 вовлечены в регуляцию активности RhoA. Также микротрубочки были плохо организованы и менее линейны в клетках с нокдауном Rictor по сравнению с контрольными клетками.

Эффективная миграция клеток зависит не только от актинового цитоскелета, но также и от динамики фокальных адгезий, позволяющих мигрирующим клеткам прикрепляться к переднему краю и открепляться от заднего края. В контрольных клетках паксиллин был равномерно распределен по переднему краю в виде точечной картины, характерной для фокальных спаек. Напротив, подавление экспрессии Rictor приводит к неравномерному распределению паксилина, часто в более крупных участках (пятнах).

Считается, что повышенная продукция активного TGF-β опухолевыми клетками и повышенные уровни рецепторов TGF-β, приводящие к аутокринной передаче сигналов TGF-β, индуцируют или необходимы для EMT клеток карциномы. mTORC2 играет свою роль в инвазии отчасти за счет усиления экспрессии MMP9. Индукция экспрессии MMP9 зависела от Snail, что согласуется с активацией экспрессии MMP9 Snail, а также Akt1 и Akt2. Поскольку клетки с подавленной экспрессией Rictor демонстрируют нарушение регуляции экспрессии Snail, предполагается, что mTORC2 контролирует экспрессию MMP9 через Snail, возможно, с участием Akt1 и / или Akt2.

TGF-β передает сигналы через тетрамерные комплексы трансмембранных рецепторов и киназ, а также белки Smad, которые перемещаются в ядро ​​для регуляции транскрипции. После активации TGF-β Smads контролируют экспрессию и активность факторов транскрипции, участвующих в EMT, таких как Snail (Snai1), который репрессирует транскрипцию гена E-кадгерина. Рецепторы TGF-β также активируют передачу сигналов не-Smad, таких как пути MAPK, PI3K и передачу сигналов Rho GTPase. Активация RhoA участвует в растворении эпителиальных соединений, реорганизации актинового цитоскелета и влиянии на изменения формы клеток во время EMT.
Известно, что TGF-β активирует RhoA способом, который зависит от киназы TβRI и ее нижестоящей киназы p160 ROCK в эпителиальных клетках, и их активность необходима для EMT; mTORC2 необходим для активации RhoA, индуцированной TGF-β.

В целом в клетках, которые подвергаются EMT в ответ на TGF-β, TGF-β индуцирует быструю активацию PI3K, Akt, mTOR комплекса 1 (mTORC1) и киназы S6, что приводит к увеличению синтеза белка, размера клетки и пролиферации. Помимо mTORC1, который состоит из mTOR, Raptor, mLST8 и PRAS40, был идентифицирован комплекс mTOR 2 (mTORC2) и включает mTOR, mLST8, Rictor , mSIN1 и Protor. Блокирование PI3K предотвращает индуцированную TGF-β активацию mTORC2 и фосфорилирование Akt (S473), т.е. активация mTORC2 в ответ на TGF-β происходит через PI3K.
mTORC2 фосфорилирует Akt по Ser473, который вместе с фосфорилированием Akt на Thr308 с помощью PDK1 в ответ на активацию PI3K придает полную активность Akt. mTORC2 требуется клеткам для завершения EMT в ответ на TGF-β. Без Rictor клетки задерживаются на промежуточной стадии между эпителиальной и мезенхимальной дифференцировкой, без подвижного и инвазивного поведения клеток после EMT.

mTORC2 необходим эпителиальным клеткам для приобретения мезенхимального фенотипа в ответ на TGF-β. Отсутствие эффекта на эпителиальные клетки согласуется с недавним сообщением о том, что mTORC2 необходим для развития рака простаты, вызванного дефицитом Pten в эпителиальных клетках, но не в нормальных эпителиальных клетках простаты.

Как я уже писал, клетки проходят ЕМТ в нестабильном состоянии, в котором они экспрессируют как эпителиальные, так и мезенхимальные маркеры, прежде чем проявлять повышенное миграционное и инвазивное поведение. Rictor-нокдаун-клетки, обработанные TGF-β, задерживаются в этом промежуточном состоянии, и, таким образом, mTORC2 необходим для перехода в мезенхимальный инвазивный фенотип.
В то время как mTORC2 участвует в инициации TGF-β-индуцированной EMT, например, регулируя ранние ответы транскрипции, он также участвует во второй сигнальной волне, где происходит усиление взаимодействия между Rictor и mTOR и изменения в морфологии и поведении клеток.

Опухоли содержат небольшую популяцию раковых стволовых клеток (см. выше), которые могут частично возникать из-за EMT или иметь общие характеристики клеток, которые подверглись EMT.

[albert52]

Продолжим раком легких.

Эпителий легкого возникает с вентральной стороны передней энтодермы передней кишки, где формируются первичные почечные легкие. После обширного разветвления проксимальных проводящих дыхательных путей, включая трахею, бронхи и бронхи -олы, клетки на кончиках дистальных ветвей дифференцируются в альвеолярные клетки типа 1 (AT1) и 2 (AT2), которые составляют газообменные альвеолы.

В развивающихся и взрослых легких множественные региональные типы эпителиальных клеток могут служить пулами клеток-предшественников. В трахее и основных бронхах базальные клетки дают секреторные и реснитчатые клетки просветного слоя, тогда как в бронхиолярном эпителии клубные клетки (ранее известные как клетки Клары) могут самообновляться и генерировать ресничные клетки. В дистальных дыхательных путях клетки AT1 и AT2 возникают непосредственно из бипотентного предшественника во время эмбриогенеза.

В постнатальных легких клетки AT2 также приобретают функции, подобные предшест -венникам, чтобы генерировать клетки AT1. После тяжелой травмы и воспаления дистальная эпителиальная регенерация также может происходить из предполагаемых стволовых клеток.
Карцинома легкого может вызвать анатомические изменения в легком дистальнее пораженного бронха. Частичная обструкция бронха опухолью может привести к значительной очаговой эмфиземе, а полная обструкция — стать причиной ателектаза. Нарушение дренажа дыхательных путей является частой причиной тяжелого гнойного или язвенного бронхита либо бронхоэктазов. Латентные карциномы иногда иногда могут манифестировать абсцессами легких. Сдавление или прорастание опухоли в верхнюю полую вену может индуцировать венозный застой и отек тканей головы и верхних конечностей и в результате — синдром верхней полой вены. Распространение рака в перикард и плевру может вызвать перикардит или плеврит с накоплением значительного количества экссудата.

Известно и предсказано влияние клетки происхождения c онкогенной мутацией в формировании различных подтипов рака легкого.

Аденокарцинома легкого (LUAD)

На NSCLC (немелкоклеточный рак легкого) приходится около 85% всех диагнозов рака легких, причем большинство пациентов с аденокарциномой легкого (LAC). Предположительно рост заболеваемости связан с популярностью сигарет с низким содержанием смолы и сигарет с фильтром, при курении которых человек делает более глубокий вдох, и, как следствие, табачный дым оседает в периферических дыхательных путях, где чаще всего и развивается аденокарцинома.

В новой классификации ВОЗ выделяется два подтипа аденокарциномы, которые отсутствовали в предыдущих версиях: аденокацинома in situ и минимально инвазивная аденокарцинома.
Первый подтип, аденокарцинома in situ (AIS), представляет собой локализованную (≤3 см) аденокарциному, рост которой ограничен поверхностным ростом вдоль альвеолярных структур (со стелющимся типом роста, «lepidic»), без признаков инвазии. В большинстве случаев AIS – немуцинозные опухоли. Проспективные исследования свидетельствуют, что при полной резекции AIS выживаемость приближается к 100% (97%).
Минимально инвазивная аденокарцинома (МИА) – также небольшая одиночная опухоль размером ≤3 см, однако, в отличие от AIS, со стелющимся типом роста и минимальной инвазией, не превышающей 5 мм. Большинство опухолей не вырабатывают муцин. Безрецидивная выживаемость в течение 5 лет у пациентов, по данным наблюдений, также должна достигать 97% при условии полной хирургической резекции.

Опухоли, которые раньше классифицировались как бронхоальвеолярные, теперь причисляются к одной из нескольких категорий: AIS, минимально инвазивная аденокарцинома или атипическая аденоматозная гиперплазия. Последняя рассматривается как преинвазивное поражение аденокарциномы легких, не превышающее 5 мм.

Гистологическое строение аденокарцином вариабельно: от хорошо дифференцированной опухоли с явными элементами железистой дифференцировки, формирования папиллярных структур, напоминающих таковые у других папиллярных карцином, до солидных опухолей с незначительным количеством муцинпродуцирующих желез и клеток.
Инвазивная муцинозная аденокарцинома бывает коллоидной, фетальной, кишечного типа и аденосквамозной. Аденосквамозная карцинома определяется как опухоль, состоящая более чем на 10% из злокачественных железистых и плоскоклеточных компонентов. По всей вероятности, смешанная гистология отражает гетерогенность этой карциномы легкого.

Частота встречаемости аденосквамозной карциномы находится в диапазоне от 0,4% до 4% всех случаев бронхогенного рака. Этот подтип опухоли более агрессивен, чем аденокарцинома или плоскоклеточная карцинома, и, соответственно, сопряжен с худшим прогнозом.
Большинство аденокарцином экспрессируют тиреоидный фактор транскрипции 1, а также 80% опухолей содержат муцин. В легких TTF-1 активирует транскрипцию генов, кодирующих сурфактант в пневмоцитах 2 типа и секреторный протеин клубных клеток.

Предполагают, что аденокарцинома легкого проходит те же стадии развития, что и аденокарцинома толстой кишки: атипическая аденоматозная гиперплазия прогрессирует до неинвазивной карциномы, которая затем трансформируется в инвазивную. Это подтверждается тем фактом, что атипическая аденоматозная гиперплазия является моноклональной и имеет многие молекулярные аберрации, например мутации ECFR, характерные для аденокарцином.

Отметим, что недостатки репарации ДНК из-за эпигенетических изменений, которые уменьшают или заставляют молчать экспрессию генов репарации ДНК, встречаются гораздо чаще при раке легкого, чем классические мутации. При этом KRAS мутации являются основным фактором LAC и тесно связаны с курением сигарет, в отличие от мутаций рецептора эпидермального фактора роста (EGFR), которые возникают у никогда не курящих.
Вообще, большинство НМРЛ являются генетически сложными опухолями с множеством потенциальных активирующих событий. Их мутантные мишени включают FGFR1, PTEN, MET, MEK, PD-1 / PD-L1 и NaPi2b. В свете множества новых биомаркеров и целевых агентов стратегии мультиплексного тестирования будут иметь неоценимое значение при определении подходящих пациентов для каждой терапии и позволять направлять целевые агенты пациентам, наиболее вероятно получающим от них пользу.

В дистальных эпителиальных клетках другой член семейства SOX, SOX9 отмечает кончики ветвей растущих легких и функционирует ниже по ходу передачи сигналов рецепторной тирозинкиназы для подавления преждевременной альвеолярной дифференцировки. SOX9 сверхэкспрессируется в человеческом LUAD, и его экспрессия коррелирует с плохой выживаемостью пациентов.

Гомеобокс NK2 1 (NKX2-1), также известный как TF-1 (тиреоидный фактор), экспрессируется в клетках AT2 и подгруппе бронхиолярных клеток. NKX2-1 необходим для морфогенеза легких и дифференцировки альвеолярных клеток. Он может взаимодействовать с множественными ДНК-связывающими транскрипционными репрессорами или активаторами, чтобы расширить или ограничить диапазон генов-мишеней.
Белок TF-1 является биомаркером рака тимуса и LUAD. Около 15% LUAD содержат амплификацию NKX2-1, что коррелирует с плохим исходом и требуется для жизнеспособности опухолевых клеток.

[albert52]

Продолжим.

Плоскоклеточный рак легких (LUSC)

По данным эпидемиологического исследования наиболее высокий риск развития рака легкого связан с хронической обструктивной болезнью легких. Наличие ХОБЛ у курильщиков со стажем увеличивает вероятность развития рака легких в 4,5 раза. У 50-90% больных раком легкого выявляется ХОБЛ. Пока не установлено, обусловлена ли эта взаимосвязь общими факторами риска (например, курением), участием генов, определяющих склонность к заболеваниям, или нарушением выведения канцерогенов. На фоне ХОБЛ чаще всего происходят гиперпластические процессы, плоскоклеточная метаплазия. Так, по данным некоторых авторов эти морфологические изменения эпителия были обнаружены у 70% больных ХОБЛ.
Гиперплазия и плоскоклеточная метаплазия, как правило, являются основой для развития дисплазии и рака легких. У больных ХОБЛ, имеющих большой стаж курения, отмечается высокая частота встречаемости тяжелой дисплазии и рака in situ – 24 – 48% случаев. Кроме того, с ХОБЛ связывают и н***агоприятный исход немелкоклеточного рака легкого после лечения.

Есть сведения о том, что 10% случаев рака легкого не связаны с курением. В качестве возможного фактора риска развития рака легкого у таких пациентов, может быть «атопическая конституция». При БА структурные изменения эпителия связаны с ремоделированием бронхов. В результате, нарушаются пролиферация, миграция, дифференцировка и барьерная функция эпителия. Частыми признаками проявления ремоделирования бронхов являются утолщение и гиалиноз базальной мембраны, десквамация эпителия, эпителиальная гиперплазия и плоскоклеточная метаплазия.

В зависимости от интенсивности и длительности воспаления в эпителии бронхов наблюдается ряд последовательных изменений. Увеличивается число бокаловидных клеток в состоянии повышенной секреции, вплоть до полного замещения ими реснитчатых клеток. Усиливается пролиферативная активность эпителия.
Делящиеся базальные клетки в зоне дефектов эпителиальной выстилки гиперплазируются, и могут подвергаться метаплазии в многослойный плоский эпителий. Именно клетки с морфологией базального эпителия являются стволовыми клетками – источниками плоскоклеточной метаплазии и дисплазии. Плоскоклеточная метаплазия ухудшает мукоцилиарный клиренс и способствует повышенному риску развития плоскоклеточного рака.

На фоне хронического воспаления выраженная пролиферация эпителия часто предшествует возникновению опухоли. Генетические изменения, такие как делеции хромосомных регионов, транслокации или генные мутации могут возникать в гистологически нормальном эпителии и при гиперпластических процессах, а их число или выраженность увеличиваются по мере прогрессирования тяжести предопухолевых изменений. Понятие эпителиальной гиперплазии включает в себя бокаловидноклеточную и базальноклеточную гиперплазии; при последней метапластический эпителий занимает почти всю толщину эпителия. По сравнению со зрелой плоскоклеточной метаплазией, цитоплазма клеток скудная и не кератинизирована. Реснитчатые клетки могут удерживаться на поверхности эпителия, но бокаловидные клетки, как правило, отсутствуют.

Плоскоклеточная метаплазия (зрелая ПМ) характеризуется заменой цилиндрического мерцательного респираторного зрелым плоским эпителием; эпителиальные клетки поверхностного слоя ориентированы параллельно базальной мембране. Характерны межклеточные мостики. Клеточная атипия отсутствует или незначительна.
Плоскоклеточная дисплазия/рак in situ предшествуют плоскоклеточному раку легкого. Плоскоклеточная дисплазия слабой степени характеризуется минимальными архитектурными и клеточными нарушениями, ограниченными нижней третью эпителиального слоя. При умеренной плоскоклеточной дисплазии нарушается дифференцировка клеток, отмечается умеренный полиморфизм. Изменения охватывают две трети эпителиального пласта. Ядерноцитоплазматическое соотношение сдвинуто в сторону ядра. Хроматин мелкозернистый. Ядрышки, как правило, отсутствуют. Митозы находятся в нижней трети эпителиального пласта.

Для тяжелой степени дисплазии свойственна выраженная клеточная атипия, распространяющаяся вплоть до верхнего эпителиального слоя. Отмечается ядерный полиморфизм, могут быть видны ядрышки. Митозы наблюдаются в двух нижних эпителиальных слоях. Для рака in situ, характерна полная потеря клеточной ориентации, клеточная «скученность», выраженный клеточный и ядерный полиморфизм. Митозы наблюдаются по всей толщине эпителиального пласта. В целом дисплазию III степени и рак in situ зачастую сложно дифференцировать друг от друга.

Чаще всего базальноклеточную гиперплазию и плоскоклеточную метаплазию описывают в бронхах крупного и среднего калибра. Однако, они могут быть найдены и в других отделах бронхиального дерева. Частота встречаемости дисплазии была выше в случаях плоскоклеточного рака (66,7%), нежели аденокарциномы легкого (36,4%). Локализация и степень диспластических изменений не были связаны с расстоянием от первичной карциномы легкого. Дисплазия высокой степени редко бывает «изолиро -ванной» и, как правило, сочетается с дисплазией низкой степени. Рак «in situ» может возникнуть изначально без предшествующих изменений, на месте нормальной слизистой бронха.
Следует отметить, что базальноклеточная гиперплазия и плоскоклеточная метаплазия, описанные в качестве предопухолевых изменений плоскоклеточной карциномы легкого, также могут предшествовать аденокарциноме легкого, особенно в случаях ее центрального происхождения.

При хроническом бронхите в сегментарных бронхах цитометрические показатели (площадь, периметр ядра и клетки) дисплазии I-III, сочетающейся с плоскоклеточной метаплазией (Д+ПМ+), превышают аналогичные параметры дисплазии IIII степени, не сочетающейся с плоскоклеточной метаплазией (Д+ПМ-). Сочетание дисплазии с плоскоклеточной метаплазией является н***агоприятным признаком, связанным с прогрессией и необратимостью дисплазии: в 47,7% случаев дисплазия прогрессировала до более высокой степени, а в 9,2% – перешла в плоскоклеточный рак.

Установлено, что диффузная плоскоклеточная метаплазия ассоциирована с высокой вероятностью прогрессии в дисплазию. В 76,2% случаев диффузная плоскоклеточная метаплазия перешла в дисплазию I-II степени против 23,8% при очаговой плоскокле -точной метаплазии. В слизистой бронхов мелкого калибра, отдаленных от НМРЛ, дисплазия чаще всего встречается при плоскоклеточной раке и в тех случаях, когда определяется плоскоклеточная метаплазия, но отсутствует базальноклеточная гиперплазия (БКГ-ПМ+Д+) – 81,8%тслучаев; при других вариантах морфологических изменений бронхиального эпителия дисплазия определяется в 1,1% наблюдений.

Установлено, что морфофункциональные характеристики (экспрессия Ki-67, p53, Вcl-2, CD138) базальноклеточной гиперплазии зависят от варианта ее сочетания с плоскоклеточной метаплазией. При ее сочетании уровень экспрессии маркеров Ki-67, p53, Вcl-2 выше, а CD138 ниже, чем при изолированной базальноклеточной гиперплазии (БКГ+ПМ-Д-). При плоскоклеточной метаплазии и дисплазии в бронхах мелкого калибра, в отдалении от немелкоклеточного рака, отсутствует экспрессия маркера дифференцировки плоского эпителия CD138.
Для каждого из вариантов сочетания базальноклеточной гиперплазии и плоскоклеточной метаплазии характерен свой набор специфических гипер- и гипоэкспрессирующихся генов, регулирующих специфические биологические процессы.

LUSC экспрессирует маркеры базальных клеток (включая KRT5, p63 и SOX2) и часто встречается в проксимальных дыхательных путях. Во время нормального развития SOX2 необходим для фиксации таких базальных клеток, поэтому было предложено, что LUSC возникает из базальных предшественников.

Плоскоклеточная карцинома чаще наблюдается у мужчин и коррелирует с курением. Гистологически опухоль характеризуется кератинизацией и/или наличием межклеточных мостиков. При ороговении образуются скопления эпителиальных клеток с гомогенного вида цитоплазмой, называемые «раковыми жемчужинами», или эти клетки располагаются отдельно. Эти особенности хорошо видны в высокодифференцированных опухолях, слабо выражены в умеренно дифференцированных опухолях и могут быть очаговыми в низкодифференцированных опухолях. Митотическая активность выше в низкодифференцированных опухолях.

Существующая в настоящее время модель последовательных молекулярных нарушений в патогенезе рака легкого, свидетельствует о том, что генетические аномалии, обнаруживаются уже в морфологически неизмененном эпителии. Их число возрастает с увеличением степени тяжести предопухолевых процессов. Молекулярные изменения в бронхиальном эпителии являются обширными и мультифокальными по всему бронхиальному дереву и происходят с определенной последовательностью.
Наиболее ранние нарушения – это аллельные потери 3p хромосомы (3p21, 3p14, 3p22-24, 3p12), 9p21 (p16INK4a) и 8p21-23. Потеря и инактивация 13q14 (Rb) и 17q13 (TP53) генов – промежуточный этап, а более поздние изменения происходят в 5q хромосоме. Так, потеря аллеля в области 3р хромосомы встречается в 90% случаев НМРЛ, и 78% – предопухолевых изменений бронхиального эпителия. Делеции 3-й хромосомы связаны с прогрессией предопухолевых изменений.

Дисперсные потери гетерозиготности (loss of heterozigosity (LOH)) в 3р-хромосоме были обнаружены уже при гиперпластических и диспластических процессах в бронхиальном эпителии; потеря гетерозиготности 3р хромосомы значительно чаще встречалась при раке «in situ». В работах I. Wistuba (2006), LOH в 3р отмечаются в нормальном эпителии в 31%, гиперплазированном – 42%, при диспластических изменения – 78% и в 95% случаев при плоскоклеточном раке легкого.
В коротком плече 3р (3р14.2) хромосомы имеется предполагаемый ген-суппрессор FHIT – ген хрупкой триады гистидина, функция которого связана с апоптозом и контролем клеточной пролиферации. Наличие аномалий 3 хромосомы в течение поздней стадии канцерогенеза, указывает на возможность их возникновения (3p потери и 3q увеличения) в любой момент времени во время перехода от плоскоклеточной метаплазии к карциноме.

[albert52]

Продолжим.

Ген-супрессор RaRb – ретинойный кислотный рецептор b (3р24), также может быть связан с бронхиальным канцерогенезом. LOH RaR выявляют при плоскоклеточной дисплазии и раке «in situ». LOH 9р в смежных с опухолью очагах гиперплазии обнаружен в 38%, дисплазии – 80% и рака «in situ» в 100% случаях.
Активация теломеразы является ранним событием бронхиального канцерогенеза. Укорочение теломера – генетическая аномалия, предшествующая экспрессии теломеразы и p53/Rb инактивации, которые преобладают уже в плоскоклеточных предраковых изменениях.

Плоскоклеточная карцинома характеризуется самой высокой частотой мутаций р53 среди всех гистологических типов карциномы легкого. Усиление экспрессии белка р53 и, реже, мутации гена р53 могут предшествовать метастазированию. В 15% случаев плоскоклеточной карциномы обнаруживают потерю экспрессии белка гена-супрессора опухолей RB1. На ранней стадии канцерогенеза было обнаружено метилирование p16INK4a. При этом, его частота увеличивалась от 24% в плоскоклеточной метаплазии до 50% при раке «in situ». Инактивация ингибитора циклин-зависимой киназы гена pl16/INK4a приводит к потере его белкового продукта в 65% опухолей.
Экспрессия белка р53, в случае плоскоклеточной метаплазии, составляла 5%, а при тяжелой дисплазии достигала уже 60% клеток. Экспрессия Вcl-2 происходила аналогичным образом. Не высокий уровень экспрессии этого белка при плоскоклеточной метаплазии резко возрастал при тяжелой дисплазии/раке «in situ».

Подчеркивается, что множество клональных и субклональных участков молекулярных аномалий, не больше размера бронхиальной биопсии и оцениваемой примерно в 40 000 – 360 000 клеток, могут быть обнаружены в нормальном и гиперплазированном бронхиальном эпителии пациентов с НМРЛ. Также активность MYC усиливается не только в опухоли, но и в предраковых изменениях (метаплазия, дисплазия). Это может быть важным событием, способствующим дизрегуляции клеточного цикла в канцерогенезе плоскоклеточного рака легкого .

У 2-70% больных немелкоклеточным раком легкого, в гистологически неизмененном бронхиальном эпителии отмечается микросателлитная нестабильность, которая вероятно имеет значение в бронхиальном канцерогенезе. Наличие микросателлитной нестабильности свидетельствует о дефиците системы репарации ДНК в клетке и высокой вероятности возникновения трансформирующих мутаций по всему геному (см. выше).

Профилирование микроРНК показало значительное снижение экспрессии подавляющего большинства микроРНК на самых ранних стадиях бронхиального канцерогенеза, включая гиперплазию, метаплазию, легкую и умеренную дисплазии. То же нарастающим итогом наблюдалось и при аденокарциноме.
На ранней стадии выявлена экспрессия генов CEACAM5 (играет важную роль в клеточной адгезии и внутриклеточной сигнализации), SLC2A1 (транспортер глюкозы), PTBP3 (играет важную роль в регуляции клеточной пролиферации и дифференцировки) ассоциированных с курением и которые активируются в опухоли легкого.

В патогенезе периферической аденокарциномы легкого определяют два молекулярных пути: у курящих – связанный с активацией RAS сигнализации, у некурящих – EGFR. Считают, что КRAS и EGFR мутации являются взаимоисключающими. КRAS мутации, вызванные канцерогенными веществами табака, происходят чаще всего в кодоне 12, реже в кодонах 13 и 61. По данным различных авторов, активация КRAS мутаций наблюдается в 15 – 39% случаев ААГ, примерно в 10% рака «in situ», в 8–70% случаев аденокарцином легкого и очень редки в бронхиальной дисплазии. EGFR мутации крайне редко происходят при плоскоклеточном раке легкого – менее 10%.

PCNA участвует в репликации и репарации ДНК, присутствует в делящихся (G1, G2, М) и находящихся в покое (G0) клетках. Период его полураспада около 20 часов, поэтому он может накапливаться в клетках, закончивших деление и давать более высокие показатели пролиферации. Khuri et al. отметили увеличение уровня экспрессии PCNA по мере перехода от нормального бронхиального эпителия к эпителию с признаками гиперплазии, плоскоклеточной метаплазии и дисплазии. Hirano et al. выявили экспрессию PCNA в 25% клеток неизмененной слизистой бронха, в случаях слабо выраженной дисплазии количество клеток с позитивной экспрессией составило 35%, при тяжелой степени дисплазии – 40%, а при инвазивном раке легкого – 85-90%.
В отличие от PCNA, Ki-67 не участвует в репарации ДНК и присутствует в ядрах делящихся клеток. Его содержание характеризует только пролиферативный пул ткани, а период полураспада составляет 60-90 минут. Наибольшее число позитивных на Ki-67 клеток – 57,6%, было обнаружено при дисплазии. Вообще, пролиферативная активность, в ходе развития плоскоклеточного рака напрямую связана с увеличением клеточной атипии.

Основные функции syndеcan-1 (CD138) – установление контроля над ростом, дифференцировкой клеток, а также поддержание клеточной адгезии и миграции клеток. Высокая экспрессия CD138 ингибирует рост клеток и миграцию пораженных клеток. Экспрессия CD138 зависит от типа опухоли и степени ее дифференцировки. Уровень экспрессии снижается при плоскоклеточном канцерогенезе и коррелирует с плохим прогнозом в случаях рака головы/шеи и плоскоклеточного рака шейки матки. С другой стороны, отмечается связь между высокой экспрессией CD138 и менее благоприятным прогнозом аденокарциномы поджелудочной железы.

В настоящее время в качестве биомаркера НМРЛ изучается белок С4.4А, являющейся маркером плоскоклеточной дифференцировки. Экспрессия C4.4A в многослойном плоском эпителии определяется в основном в супрабазальных слоях и отсутствует в нормальной ткани легкого. Экспрессия маркера не отмечалась и в случаях бокаловидноклеточной гиперплазии. Слабовыраженной она была при базальноклеточной гиперплазии, однако резко возрастала при плоскоклеточной метаплазии и дисплазии. При раке «in situ» и инвазивном плоскоклеточном раке легкого экспрессия С4.4А была умеренной. Большинство бронхоальвеолярных и инвазивных аденокарцином легкого были негативны для С4.4А.

[albert52]

Вставка.

Плоскоклеточный рак

Плоскоклеточный рак ( SCC ) по отдельности и в совокупности является одной из наиболее распространенных форм рака человека. Изменения стромальных клеток также играют важную роль в развитии этих опухолей, и они могут даже быть первичной детерминантой, помимо содействия уходу от иммунного надзора и устойчивости к химиотерапии.
Отличительной особенностью SCC является их высокая степень клеточной гетерогенности, при этом клеточные популяции находятся на различных стадиях дифференцировки, которые способны обращать приверженность клонов к стадиям пролиферации, а также вступать в фазы покоя с медленным циклом роста. Была предложена дифференцировочная терапия для исчерпания популяций клеток, инициирующих рак, путем принуждения их к терминальной дифференцировке. Однако обещаниям этого подхода противодействует риск того, что он может скорее повысить выживаемость клеток и устойчивость к химиотерапевтическим агентам, а также способствовать проонкогенному уклонению от иммунитета.

Классификация SCC обычно следует анатомическим разделам клинической медицины, где, например, SCC головы и шеи лечат отдельно от SCC аногенитальной области. Однако становится все более очевидным, что SCCs обладают сходными свойствами, о чем свидетельствует общность геномных, генетических и эпигенетических изменений и сходное влияние подлежащей мезенхимы.
В этих опухолях базальный слой состоит из относительно круглых пролиферативных клеток с высоким соотношением ядер / цитоплазмы. Это соотношение меняется на противоположное с каждым последующим слоем, где клетки уплощаются в неделящиеся окончательно дифференцированные «чешуйки», в честь которых и назван плоский эпителий. Жесткое регулирование этого градиента пролиферации-дифференцировки необходимо для поддержания барьерной функции и нарушается стрессом в виде инфекции, канцерогенов, лекарств и радиации (см. выше).

Плоскоклеточная метаплазия возникает в респираторном дереве и мочевыводящих путях как реактивная реакция на различные вредные условия (например, курение сигарет). Индукция плоскоклеточной дифференцировки в этом контексте может иметь защитную роль, увеличивая эластичность тканей и, как обсуждается ниже, выживаемость клеток. Однако, если метаплазия сохраняется, увеличивается вероятность дисплазии и риска рака.

Кожные SCC (CSCC) обычно представляют собой вялотекущие опухоли, редко дающие метастазы (<5%) на поздних стадиях развития болезни, при этом множественные и рецидивирующие CSCC являются основной причиной смерти многих пациентов-реципиентов органов, получающих лечение ингибиторами кальциневрина для иммуносупрессии. Конкретно здесь повышенный риск CSCC по сравнению с другими SCC во внутренних органах указывает на синергизм между канцерогенным воздействием УФ-света и ингибированием кальциневрина.

Помимо LSCC была обнаружена сильная связь между курением и опухолями, анатомически классифицируемыми как SCC «головы и шеи» (HNSCC). Курение также является критическим фактором риска SCC пищевода (ESCC). Курение имеет относительно предсказуемую мутагенную сигнатуру, преимущественно воздействуя на пары оснований гуанина и создавая замены G → T. Также многие полиароматические углеводороды и компоненты сигаретного дыма неактивны и требуют метаболической активации для причинения генотоксического повреждения.
Поверхностные эпителиальные ткани обычно изобилуют дендритными клетками, интернализующими антигены и они играют важную роль в активации 7,12-диметилбенз [a] антрацена (DMBA) углеводорода . Канцерогенное превращение компонентов дыма в мутагенные агенты также может происходить под действием ферментов детоксикации печению. Существует также синергия между алкоголем и курением сигарет в патогенезе различных типов SCC, в частности HNSCC и ESCC.
ESCC имеет особенно плохой прогноз: 5-летняя выживаемость редко превышает 20%. ESCC особенно часто встречается у мужчин (> 4: 1) .

Патогены создают проонкогенную среду двумя основными способами:
1) экспрессия онкогенов, полученных из патогенов, и / или инактивация генов-супрессоров опухоли хозяина;
2) хроническое воспаление и снижение иммунного надзора.
Примером первого механизма инфекционного онкогенеза являются вирусы папилломы человека (HPV), которые продуцируют онкопротеины E6 и E7 при интеграции в геном кератиноцитов хозяина. Затем клеточный цикл нарушается функциональной инактивацией ключевых белков-супрессоров опухолей p53 и p105-Rb под действием E6 и E7 соответственно. Благодаря этому механизму HPV ответственен за ошеломляющие 96% цервикального ПКР (CvSCC) и получил признание в качестве важной причины HNSCC.

Наряду с высокой частотой генных мутаций, хромосомная нестабильность является еще одной особенностью SCC. Так, УФ-мутации в горячих точках в кинетохоре гена KNSTRN (kinetochore localized astrin (SPAG5) binding protein), как сообщается, вызывают нарушение целостности хроматид и анеуплоидию.

В целом, широкий спектр генных изменений, выявленных в SCC, можно разделить на две категории: первая, с вероятной функцией драйвера рака при различных типах рака, а другая, затрагивающая гены с преимущественной или избирательной ролью в SCC в сети мутаций генов, сосредоточенных вокруг решений судьбы плоских клеток и / или программы терминальной плоской дифференцировки. Взаимоисключающие изменения были обнаружены для 90 пар генов, только 1 из которых статистически значима: TP53 - KMT2C (lysine (K)-specific methyltransferase 2C).

Мутации TP53 - это наиболее часто определяемые соматические мутации в SCC из всех участков тела. Очень распространены бессмысленные мутации «горячих точек», которые приводят к доминантным негативным свойствам и / или к усилению функциональных свойств с помощью трех возможных механизмов. Первый относится к образованию тетрамерного комплекса р53 и его способности взаимодействовать в формах дикого типа или в мутированных формах с двумя другими членами семейства, p63 и p73, влияя на их функцию. Второй включает модуляцию экспрессии гена мутантным p53, опосредованную его ассоциацией с другими транскрипционными факторами.
Третий результат связан с изменением специфичности связывания ДНК мутантного р53. В результате был идентифицирован целый ряд дерегулированных генов с про-выживательной, проинвазивной и про-онкогенной функциями.

Подавление активности p105-Rb за счет мутаций потери функции ингибитора CDK CDKN2A также очень распространено в SCC, в то время как мутации самого гена Rb1 обнаруживаются реже, за исключением ESCC. Интересно, что предполагаемые мутации драйвера рака во многих генах, включая TP53 , уже часто встречаются в нормальной коже, подвергшейся воздействию фотовоздействию, за исключением мутаций CDKN2A , что позволяет предположить, что они могут быть критическим триггером развития рака.

Частота мутаций TP53 и CDKN2A / Rb1 значительно снижена в HNSCC и CvSCC, связанных с инфекцией HPV. Здесь было показано, что экспрессия вирусных E6 и E7 ингибирует белки p53 и p105-Rb, что делает невозможным прямую генетическую мутацию.

[albert52]

Продолжим.

Гены, кодирующие Cyclin D1 и c-Myc, также обычно амплифицируются в SCC и амплификация этих генов часто встречаются в HNSCC HPV (-) , но редко или отсутствуют в их (+) аналогах HPV. FBXW7 кодирует компонент SCF ubiquitin E3 лигазного комплекса, участвующего в деградации ряда ключевых клеточных регуляторных молекул, включая c-Myc, cyclin E и Notch1. Мутации с потерей функции в FBXW7 особенно часто встречаются в CvSCC, но также встречаются в SCC из других участков тела. Важной мишенью FBXW7 в HNSCCs является антиапоптотический белок Mcl-1, который участвует в увеличении выживаемости раковых клеток и является возможной терапевтической мишенью.

SCC также связаны с частой амплификацией и, в некоторых случаях, мутациями генов рецепторов тирозинкиназы. Частая амплификация EGFR и близкородственного ERBB2 может вносить вклад в повышенную активность рецепторов в HNSCCs и ESCCs. Поскольку EGFR является избыточным рецептором для нескольких лигандов, он является особенно привлекательной мишенью для терапии либо низкомолекулярными ингибиторами, либо блокирующими антителами. Благоприятный ответ на низкомолекулярные ингибиторы наблюдается в случае активирующих мутаций EGFR , например, часто встречающимися в аденокарциномах легких, но не в плоскоклеточных карциномах.
Другой путь устойчивости к терапии анти-EGFR связан с повышением активности другого рецептора тирозинкиназы, c-MET. C-MET задействован лигандом фактора роста гепатоцитов (HGF), и его фосфорилирование запускает множество сигнальных путей, подобно EGFR. Хотя МЕТ может быть усилен в небольших подгруппах HNSCC, ESCC и LSCC, мутации не распространены. Несмотря на это, двойная терапия анти-EGFR и c-MET является многообещающей для терапевтического вмешательства.

FGFR1 и, в меньшей степени, FGFR2 и FGFR3 также часто усиливается в SCC из различных участков тела, причем амплификации этих генов происходит в основном в опухолях без EGFR, CCND1 или MYC амплификации. Как и в случае с этими другими генами, амплификация гена FGFR1,2 происходит избирательно в HPV(-) опухолях. В отличие от EGFR, по крайней мере в LSCC, амплификация генов FGFR может сопровождаться картированием активирующих мутаций во внеклеточные или внутриклеточные области рецепторов, что делает эти молекулы возможными терапевтическими мишенями.

Отмечена повышенная частота мутаций HRAS (> 20%) с более низкой частотой мутаций KRAS и NRAS в СSCC, что может отражать тот факт, что общая частота мутаций гена в этих опухолях значительно выше, чем в SCC внутренних органов. Еще большая частота мутаций HRAS (> 40%) была обнаружена в кожных SCC и кератоакантомах, которые развиваются у пациентов с меланомой, получавших ингибитор B-RAF вемурафениб. Они могут включать парадоксальную активацию передачи сигналов MAPK и ускоренный рост поражений, несущих HRAS.

Как и во многих других типах опухолей, на сигнальный путь PI3K / AKT часто влияет амплификация и / или мутации генов, что соответствует его ключевой роли в выживании клеток. Хромосомная область 3q26 / 28, включающая PIK3CA , а также гены клонов клеток TP63 и SOX2, обсуждаемые ниже, часто амплифицируется в различных SCC . Активирующие мутации гена PIK3CA также часто встречаются в различных SCC, с потерей PTEN в качестве альтернативного возможного механизма дерегуляции передачи сигналов AKT и, как следствие, увеличения выживаемости клеток.

Стволовые клетки или клетки-предшественники SCC характеризуются повышенной экспрессией TP63 , члена семейства генов TP53. TP63 кодирует две основные изоформы TAp63 и ΔNp63 (без N-концевого домена трансактивации), каждая из которых приобретает дополнительное разнообразие за счет альтернативного сплайсинга (α, β, γ, δ, ε субизоформы). Этот ген имеет решающее значение для развития плоского эпителия.
Переход от однорядного эпителия к многослойному происходит в разное время развития примерно в середине беременности. В развивающейся коже TP63 играет ключевую роль в поддержании популяций стволовых клеток и / или переходе от простого к стратифицированному и железистому эпителию. В этом контексте он участвует в переключении с горизонтальной плоскости деления эпителиальных клеток на вертикальную, которая сопровождает стратификацию.

TP63 также играет ключевую роль в балансе между пролиферацией эпителия / кератиноцитов в антагонизме с p53 и передачей сигналов Notch. p63 играет положительную функцию продвижения опухолей на начальных стадиях, но подавляет на более поздних стадиях Этот белок используется в качестве диагностического маркера плоскоклеточного рака легких и рака пищевода в сравнении с аденокарциномой, и очень часто он сверхэкспрессируется в SCC различных участков тела. TP63 , SOX2 и PIK3CA находятся в хромосомной области 3q , и недавно сообщалось о совместной амплификации этих генов вместе с FGFR1 в LSCC, что указывает на возможно важный уровень перекрестной активации.
Прямая мишень p63, которая, вероятно, актуальна в контексте развития SCC, - это FGFR2 с усиленной передачей сигналов FGFR, способствующей развитию рака. TP63 также, вероятно, играет важную роль в ранних изменениях тканей, предшествующих развитию рака. Фактически, его несоответствующая и повышенная экспрессия была связана с плоскоклеточной метаплазией как в трахеальном, так и в пищеводном эпителии.

В легких SOX2 , по-видимому, избирательно участвует в развитии рака по плоскоклеточному клону, поскольку амплификации этого гена происходят с ошеломляющей частотой (> 50%) в LSCC, а в аденокарциноме вместо этого амплифицируется ген NKX2-1 (см. выше).
В LSCCs SOX2 и PRKCI часто также коамплифицируются с фосфорилированием SOX2 с помощью протеинкиназы Ciota , продукта гена PRKCI , что увеличивает продукцию лиганда Hedgehog и, как следствие, увеличивает потенциал раковых стволовых клеток. SOX2 и p63 физически взаимодействуют и сходятся на большом количестве общих генов-мишеней с проонкогенным потенциалом, таких как ETV4 .
Активность SOX2 простирается на контроль Notch1 и Notch2 экспрессии, с взаимодействием между двумя клеточными регуляторными сетями , играющими , возможно , важной ролью в определении клеток происхождения и подтипа KRAS-индуцированных опухолей легких.

Взаимодействие между производством активных форм кислорода (ROS) и метаболизмом играет важную роль в балансе между обновлением стволовых клеток и приверженностью к дифференцировке. Фактор транскрипции NRF2 является ключевым регулятором ферментов, участвующих в защитном ответе против АФК и в метаболизме соединений. Активирующие мутации NFE2L2 , кодирующего NRF2, являются частым событием в SCC различных типов, с взаимоисключением предполагаемых мутаций потери функции NRF2-инактивирующего гена KEAP1.

Вообще самообновление базальных эпителиальных стволовых клеток крупных дыхательных путей контролируется динамическими вариациями уровней ROS посредством NRF2-зависимой активации передачи сигналов Notch с возможно важными последствиями для развития рака. Более конкретно, в коже функция NRF2 была связана с гетерогенностью популяций стволовых клеток SCC и стабилизацией NRF2 с помощью p21 CDKN1A, что привело к усилению защиты от ROS и устойчивости к химиотерапевтическим агентам.

Отличительной особенностью плоского эпителия является их плотная организация и упаковка межклеточных соединений, с поляризацией вдоль базально-апикальной оси, а также и вдоль основной оси тела. Мутации в генах, кодирующих классические адгезивные соединения и десмосомные белки, такие как DSG1-4 , происходят в SCC различных типов, но с относительно низкими частотами. Напротив, часто мутирует FAT1, принадлежащий к надсемейству cadherin и играющий ключевую роль в полярности планарных клеток.

[albert52]

Вернемся немного назад.

Рак легкого в структуре онкологических заболеваний занимает одно из первых мест в мире. На долю немелкоклеточного рака легкого приходится ~ 80–85% новообразований данной локализации. На момент постановки диагноза лишь у 20-25% больных опухоль оказывается резектабельной.
Несмотря на постоянное совершенствование методов диагностики, проведение радикального хирургического, химиотерапевтического и лучевого лечения, 5-летняя выживаемость составляет ~30%. У 60-75% больных немелкоклеточным раком легкого III стадии происходит прогрессирование опухолевого процесса в виде местного рецидива, метастазов в лимфоузлы грудной полости или развития отдаленных метастазов.
Выявление первичной опухоли на ранней стадии существенно улучшает отдаленные результаты лечения, хотя и не гарантирует отсутствие риска прогрессирования новообразования. Поэтому актуальным остается поиск объективных маркеров, позволяющих прогнозировать риск развития рецидивов и гематогенных метастазов немелкоклеточного рака.

Закономерности развития предопухолевых процессов в бронхиальном эпителии остаются на сегодняшний день важной и интенсивно изучаемой проблемой. Базальноклеточная гиперплазия и плоскоклеточная метаплазия – одни из первых морфологически идентифицируемых изменений бронхиального эпителия. Известно, что в основе появления и прогрессии этих процессов лежит генетическая нестабильность. Она базируется на нарушениях механизмов репарации ДНК, изменениях регуляции клеточного цикла и апоптоза. Отметим, что недостатки репарации ДНК из-за эпигенетических изменений, которые уменьшают или заставляют молчать экспрессию генов репарации ДНК, встречаются гораздо чаще, чем классические мутации.

Потеря контроля над процессами пролиферации, дифференцировки и гибели клеток коррелирует с развитием дисплазии и увеличением степени ее тяжести. Особое значение имеет плоскоклеточная метаплазия, которая, как правило, является основой для последующего развития диспластических изменений.
Считается, что базальноклеточная гиперплазия, плоскоклеточная метаплазия, а также, в большинстве случаев легкие и умеренные диспластические изменения, могут подвергаться спонтанной регрессии. Тяжелая дисплазия имеет высокий потенциал малигнизации. Переход с одного уровня изменений на другой может занимать различное время. По данным литературы продолжительность этих временных отрезков существенно разнится – от полугода до нескольких десятков лет.
В этой связи необходимы дальнейшие исследования, посвященные поиску новых прогностических признаков вероятности прогрессирования морфологических изменений респираторного эпителия до дисплазии III степени у больных хроническим бронхитом.

Развитие и прогрессия предопухолевых изменений зависят от влияния клеток микроокружения, в частности, воздействия цитокинов воспалительного инфильтрата. Известно, что предопухолевые изменения развиваются в условиях хронического воспаления как проявления ускоренной регенерации и замедления дифференцировки эпителия
Прогрессирование предопухолевых процессов может быть связано не только с воздействием клеток микроокружения, но и с генетическими или эпигенетическими нарушениями в самих клетках эпителия, в конечном счете, приводящими к изменению экспрессионного профиля. Среди биологических процессов выделяли «ответ на цитокины», «регуляция продукции цитокинов», «ответ на интерферон гамма», «иммунный ответ», «клеточный хемотаксис», «регуляция клеточной пролиферации».

Различные варианты морфологических изменений часто выявляются в бронхах, непосредственно не контактирующих с очагами немелкоклеточного рака легкого. При этом базальноклеточная гиперплазия, плоскоклеточная метаплазия и дисплазия могут одновременно обнаруживаться при морфологическом исследовании в одном бронхе. Сочетания данных процессов бывают различными и, по-видимому, имеют неслучайный характер. Значимость каждого из вариантов сочетания рассматриваемых морфологических изменений в прогрессии немелкоклеточного рака в отдаленном периоде после завершения лечения неизвестна.

По гистологическим проявлениям базальноклеточная гиперплазия, которая сочетается с плоскоклеточной метаплазией (БКГ+ПМ+Д-), неотличима от «изолированной» базальноклеточной гиперплазии (БКГ+ПМ-Д-). В участках сочетанной БКГ была выше пролиферативная активность – 34,9% Ki-67+ клеток против 18,3±7,1 % при плоскоклеточной карциноме и 34% против 17±8 % при аденокарциноме. Суперэкспрессия Вcl-2 при этом ингибирует апоптоз в случаях, когда возможна его инициация (что бывает далеко не всегда). Благодаря этому, по-видимому, возрастает вероятность выживания клеток с н***агоприятными мутациями.

По данным эпидемиологического исследования наиболее высокий риск развития рака легкого связан с хронической обструктивной болезнью легких. Наличие ХОБЛ у курильщиков со стажем увеличивает вероятность развития рака легких в 4,5 раза. У 50-90% больных раком легкого выявляется ХОБЛ. Пока не установлено, обусловлена ли эта взаимосвязь общими факторами риска (например, курением), участием генов, определяющих склонность к заболеваниям, или нарушением выведения канцеро -генов. На фоне ХОБЛ чаще всего происходят гиперпластические процессы, плоскоклеточная метаплазия. Так, по данным некоторых авторов эти морфологические изменения эпителия были обнаружены у 70% больных ХОБЛ.
Гиперплазия и плоскоклеточная метаплазия, как правило, являются основой для развития дисплазии и рака легких. У больных ХОБЛ, имеющих большой стаж курения, отмечается высокая частота встречаемости тяжелой дисплазии и рака in situ – 24 – 48% случаев. Кроме того, с ХОБЛ связывают и н***агоприятный исход немелкоклеточного рака легкого после лечения.

Есть сведения о том, что как минимум 10% случаев рака легкого не связаны с курением. В качестве возможного фактора риска развития рака легкого у таких пациентов, может быть «атопическая конституция». Так, при БА (бронхиальной астме) структурные изменения эпителия связаны с ремоделированием бронхов. В результате, нарушаются пролиферация, миграция, дифференцировка и барьерная функция эпителия.
Частыми признаками проявления ремоделирования бронхов являются утолщение и гиалиноз базальной мембраны, десквамация эпителия, эпителиальная гиперплазия и плоскоклеточная метаплазия.

[albert52]

Продолжим.

Эпителий легкого возникает с вентральной стороны передней энтодермы передней кишки, где формируются первичные почки легких. После обширного разветвления проксимальных проводящих дыхательных путей, включая трахею, бронхи и бронхиолы, клетки на кончиках дистальных ветвей дифференцируются в альвеолярные клетки типа 1 (AT1) и 2 (AT2), которые составляют газообменные альвеолы.
В развивающихся легких пулы клеток-предшественников могут давать начало множеству региональных типов эпителиальных клеток . В трахее и основных бронхах базальные клетки дают секреторные и реснитчатые клетки просветного слоя, тогда как в бронхиолярном эпителии клубные клетки (ранее известные как клетки Клары) могут самообновляться и генерировать ресничные клетки. В дистальных дыхательных путях клетки AT1 и AT2 во время эмбриогенеза возникают непосредственно из бипотентного предшественника, имеющего другое происхождение. В постнатальных легких клетки AT2 также приобретают функции, подобные предшественникам, чтобы генерировать клетки AT1.

Известно и предсказано влияние клетки происхождения c онкогенной мутацией в формировании различных подтипов рака легкого. Основными типами рака легкого являются мелкоклеточная карцинома легкого SCLC и немелкоклеточная карцинома легкого NSCLC, которая включает три основных гистологических типа: аденокарциному, плоскоклеточную карциному (SCC) и крупноклеточную карциному. Около 15% опухолей представляют собой SCLC и возникают в крупных дыхательных путях, быстро растут и имеют нейроэндокринный компонент.
Аденокарциномы составляют около 40% НМРЛ и обычно начинаются в железах периферической ткани легких; SCC составляют 25% и обычно возникают из базальных клеток вблизи центрального бронха. Считается, что крупноклеточный рак происходит из нейроэндокринных клеток и может наблюдаться в сочетании с другими типами НМРЛ. Эти нейроэндокринные опухоли легких представляют собой эпителиальные опухоли, характеризующиеся преимущественной нейроэндокринной дифференцировкой, на что указывают нейроэндокринные гранулы, гранулы муцина, микроворсинки и тонофиламенты.

Аденокарцинома легкого (LUAD)

На NSCLC (немелкоклеточный рак легкого) приходится около 85% всех диагнозов рака легких, причем большинство пациентов с аденокарциномой легкого (LAC). Предположительно рост заболеваемости связан с популярностью сигарет с низким содержанием смолы и сигарет с фильтром, при курении которых человек делает более глубокий вдох, и, как следствие, табачный дым оседает в периферических дыхательных путях, где чаще всего и развивается аденокарцинома.

Опухоли, которые раньше классифицировались как бронхоальвеолярные, теперь причисляются к одной из нескольких категорий: аденокарцинома in situ (AIS), минимально инвазивная аденокарцинома (MIA) и атипическая аденоматозная гиперплазия (ААН). Последняя рассматривается как преинвазивное поражение легких, не превышающее 5 мм и представляет собой пролиферацию атипичных цилиндрических клеток вдоль поверхности альвеол.
Первый подтип, (AIS), представляет собой локализованную (≤3 см) аденокарциному, рост которой ограничен поверхностным ростом вдоль альвеолярных структур (со стелющимся типом роста, «lepidic»), без признаков инвазии. В большинстве случаев AIS – немуцинозные опухоли. Проспективные исследования свидетельствуют, что при полной резекции AIS выживаемость приближается к 100% (97%). Минимально инвазивная аденокарцинома (МIА) – также небольшая одиночная опухоль размером ≤3 см, однако, в отличие от AIS, с инвазией, не превышающей в глубину 5 мм. Большинство таких опухолей также не вырабатывают муцин.

Гистологическое строение аденокарцином вариабельно: от хорошо дифференцированной опухоли с явными элементами железистой дифференцировки, формирования папиллярных структур, напоминающих таковые у других папиллярных карцином, до солидных опухолей с незначительным количеством муцинпродуцирующих желез и клеток.
Инвазивная муцинозная аденокарцинома бывает коллоидной, фетальной, кишечного типа и аденосквамозной. Аденосквамозная карцинома определяется как опухоль, состоящая более чем на 10% из злокачественных железистых и плоскоклеточных компонентов. По всей вероятности, смешанная гистология отражает гетерогенность этой карциномы легкого.
Частота встречаемости аденосквамозной карциномы находится в диапазоне от 0,4% до 4% всех случаев бронхогенного рака. Этот подтип опухоли более агрессивен, чем аденокарцинома или плоскоклеточная карцинома, и, соответственно, сопряжен с худшим прогнозом.

Предполагают, что аденокарцинома легкого проходит те же стадии развития, что и аденокарцинома толстой кишки: атипическая аденоматозная гиперплазия прогрессирует до неинвазивной карциномы, которая затем трансформируется в инвазивную. Это подтверждается тем фактом, что атипическая аденоматозная гиперплазия является моноклональной и имеет многие молекулярные аберрации, например мутации ECFR, характерные для аденокарцином.

KRAS мутации являются основным фактором развития LAC и тесно связаны с курением сигарет, в отличие от мутаций рецептора эпидермального фактора роста (EGFR), которые возникают и у никогда не курящих.
Вообще, большинство НМРЛ являются генетически сложными опухолями с множеством потенциальных активирующих событий. Их мутантные мишени включают FGFR1, PTEN, MET, MEK, PD-1 / PD-L1 и NaPi2b. В свете множества новых биомаркеров и целевых агентов стратегии мультиплексного тестирования будут иметь неоценимое значение при определении подходящих пациентов для каждой терапии и позволять направлять целевые агенты пациентам, наиболее вероятно получающим от них пользу.

В дистальных эпителиальных клетках SOX9 отмечает кончики ветвей растущих легких и функционирует ниже по ходу передачи сигналов рецепторной тирозинкиназы для подавления преждевременной альвеолярной дифференцировки. SOX9 сверхэкспрессируется в человеческом LUAD, и его экспрессия коррелирует с плохой выживаемостью пациентов.

Большинство аденокарцином экспрессируют тиреоидный фактор транскрипции 1, а также 80% опухолей содержат муцин. Гомеобокс NK2 / 1 (NKX2/1), также известный как TТF-1 (тиреоидный фактор), экспрессируется в клетках AT 2 и подгруппе бронхиолярных клеток, активируя транскрипцию генов, кодирующих сурфактант в пневмоцитах 2 типа и секреторный протеин клубных клеток. Он может взаимо -действовать с множественными транскрипционными факторами, чтобы расширить или ограничить диапазон генов-мишеней. Так, уровни NKX2/1 поддерживают альвеолярную дифференцировку и ингибируют пролиферацию путем ограничения активности геномных локусов-мишеней FOXA1/2 и AP1 - 85 соответственно.

Белок TF-1 является биомаркером рака тимуса и LUAD. Около 15% LUAD содержат амплификацию NKX2-1, что коррелирует с плохим исходом и требуется для жизнеспособности опухолевых клеток. NKX2-1 может поддерживать про-онкогенную передачу сигналов вниз по течению от мутантного EGFR и требуется для EGFR-опосредованной трансформации.

[albert52]

Продолжим.

Плоскоклеточный рак легких (LUSC)

В зависимости от интенсивности и длительности воспаления в эпителии бронхов наблюдается ряд последовательных изменений. Увеличивается число бокаловидных клеток в состоянии повышенной секреции, вплоть до полного замещения ими реснитчатых клеток. Усиливается пролиферативная активность эпителия.
Делящиеся базальные клетки в зоне дефектов эпителиальной выстилки гиперплазируются, и могут подвергаться метаплазии в многослойный плоский эпителий. Именно клетки с морфологией базального эпителия являются стволовыми клетками – источниками плоскоклеточной метаплазии и дисплазии. Плоскоклеточная метаплазия ухудшает мукоцилиарный клиренс и способствует повышенному риску развития плоскоклеточного рака.

На фоне хронического воспаления выраженная пролиферация эпителия часто предшествует возникновению опухоли. Генетические изменения, такие как делеции хромосомных регионов, транслокации или генные мутации могут возникать в гистологически нормальном эпителии и при гиперпластических процессах, а их число или выраженность увеличиваются по мере прогрессирования тяжести предопухолевых изменений.
Понятие эпителиальной гиперплазии включает в себя бокаловидноклеточную и базальноклеточную гиперплазии; при последней метапластический эпителий занимает почти всю толщину эпителия. По сравнению со зрелой плоскоклеточной метаплазией, цитоплазма клеток скудная и не кератинизирована. Реснитчатые клетки могут удерживаться на поверхности эпителия, но бокаловидные клетки, как правило, отсутствуют.

Плоскоклеточная метаплазия (зрелая ПМ) характеризуется заменой цилиндрического мерцательного респираторного зрелым плоским эпителием; эпителиальные клетки поверхностного слоя ориентированы параллельно базальной мембране. Характерны межклеточные мостики. Клеточная атипия отсутствует или незначительна.
Плоскоклеточная дисплазия/рак in situ предшествуют плоскоклеточному раку легкого. Плоскоклеточная дисплазия слабой степени характеризуется минимальными архитектурными и клеточными нарушениями, ограниченными нижней третью эпителиального слоя. При умеренной плоскоклеточной дисплазии нарушается дифференцировка клеток, отмечается умеренный полиморфизм. Изменения охватывают две трети эпителиального пласта. Ядерно-цитоплазматическое соотношение сдвинуто в сторону ядра. Хроматин мелкозернистый. Ядрышки, как правило, отсутствуют. Митозы находятся в нижней трети эпителиального пласта.

Для тяжелой степени дисплазии свойственна выраженная клеточная атипия, распространяющаяся вплоть до верхнего эпителиального слоя. Отмечается ядерный полиморфизм, могут быть видны ядрышки. Митозы наблюдаются в двух нижних эпителиальных слоях. Для рака in situ, характерна полная потеря клеточной ориентации, клеточная «скученность», выраженный клеточный и ядерный полиморфизм. Митозы наблюдаются по всей толщине эпителиального пласта. В целом дисплазию III степени и рак in situ зачастую сложно дифференцировать друг от друга.

Чаще всего базальноклеточную гиперплазию и плоскоклеточную метаплазию описывают в бронхах крупного и среднего калибра. Однако, они могут быть найдены и в других отделах бронхиального дерева. Частота встречаемости дисплазии была выше в случаях плоскоклеточного рака (66,7%), нежели аденокарциномы легкого (36,4%), при этом локализация и степень диспластических изменений не были связаны с расстоянием от первичной карциномы легкого. Дисплазия высокой степени редко бывает «изолированной» и, как правило, сочетается с дисплазией низкой степени. Рак «in situ» может возникнуть изначально без предшествующих изменений, на месте нормальной слизистой бронха.

Следует отметить, что базальноклеточная гиперплазия и плоскоклеточная метаплазия, пусть и не так выраженные, как при предопухолевых изменениях в случае плоскоклеточной карциномы легкого, также могут предшествовать аденокарциноме легкого, особенно в случаях ее центрального происхождения.

Установлено, что морфофункциональные характеристики (экспрессия Ki-67, p53, Вcl-2, CD138) базальноклеточной гиперплазии зависят от варианта ее сочетания с плоскоклеточной метаплазией. При ее сочетании уровень экспрессии маркеров Ki-67, p53, Вcl-2 выше, а CD138 ниже, чем при изолированной базальноклеточной гиперплазии (БКГ+ПМ-Д-). При плоскоклеточной метаплазии и дисплазии в бронхах мелкого калибра, в отдалении от немелкоклеточного рака, отсутствует экспрессия маркера дифференцировки плоского эпителия CD138.

Плоскоклеточная карцинома чаще наблюдается у мужчин и коррелирует с курением. Гистологически опухоль характеризуется кератинизацией и/или наличием межклеточных мостиков. При ороговении образуются скопления эпителиальных клеток с гомогенного вида цитоплазмой, называемые «раковыми жемчужинами», или эти клетки располагаются отдельно. Эти особенности хорошо видны в высокодифференцированных опухолях, слабо выражены в умеренно дифференцированных опухолях и могут быть очаговыми в низкодифференцированных опухолях. Митотическая активность выше в низкодифференцированных опухолях.
LUSC экспрессирует маркеры базальных клеток (включая KRT5, p63 и SOX2) и часто встречается в проксимальных дыхательных путях. Во время нормального развития SOX2 необходим для фиксации таких базальных клеток, поэтому было предложено, что LUSC возникает из базальных предшественников. При LUSC в том же ампликоне, что и SOX2, находится PRKCI , который кодирует протеинкиназу С1, которая фосфорилирует SOX2, что приводит к активации передачи сигналов Sonic hedgehog (Shh) и самообновлению LUSC. В отличие от своей роли в продвижении LUSC, высокие уровни Sox2 ограничивают образование LUAD в бронхиолах путем подавления активации Notch.

Плоскоклеточная карцинома характеризуется самой высокой частотой мутаций р53 среди всех гистологических типов карциномы легкого. Усиление экспрессии белка р53 и, реже, мутации гена р53 могут предшествовать метастазированию. В 15% случаев плоскоклеточной карциномы обнаруживают потерю экспрессии белка гена-супрессора опухолей RB1. На ранней стадии канцерогенеза было обнаружено метилирование p16/INK4a, при этом, его частота увеличивалась от 24% в плоскоклеточной метаплазии до 50% при раке «in situ». Инактивация гена ингибитора циклин-зависимой киназы pl16/INK4a приводит к потере его белкового продукта в 65% опухолей.

[albert52]

Продолжим.

По крайней мере два молекулярных пути вовлечены в развитие LUAD: путь KRAS и пути EGFR у курильщиков и некурящих пациентов соответственно. Мутации в EGFR , особенно делеции в рамке считывания экзона 19 и вариантов L858R и L861Q в экзоне 21, прочно связаны со статусом отказа от курения, женским полом и восточноазиатской этнической принадлежностью. Клетками происхождения LUAD являются клетки AT2, экспрессирующие сурфактантный белок C (SPC), а также из бронхиолярного эпителия и желез малых бронхов.

AAH участвуют в линейной прогрессии клеток «терминальной дыхательной единицы» (TRU) в AIS (рак in situ) и впоследствии в инвазивные LUAD из-за экспрессии общих генов между TRU и AAH. Так от ~ 30% до 40% AAH проявляют мутации KRAS (кодон 12). Кроме того, мутации EGFR с одинаковой частотой характерны для AAH, поражений AIS и LUAD, особенно в последовательности поражений, предшествующих развитию LUAD подтипа TRU.
Другие молекулярные аберрации, которые были идентифицированы в AAHs, включают сверхэкспрессию онкопротеинов Cyclin D1, сурвивина и ERBB2, потерю гетерозиготности (LOH) в хромосомах 3p (18%), 9p ( CDKN2A ) и p14arf (оба действуют как супрессоры опухолей , регулируя клеточный цикл ), 9q ( комплекс туберозного склероза 1 / TSC1 ), 17q и 17p ( TP53 ) и снижение экспрессии супрессора опухолей серин-треонинкиназы 11 (STK11, также известного как LKB1). Эпигенетические изменения, включая метилирование ДНК CDKN2A и PTPRN2 (Protein tyrosine phosphatase receptor type N2) также были зарегистрированы в AAHs.

В целом амплификация онкогена EGFR является преобладающим дифференциальным молекулярным признаком между ранними поражениями и LUAD. Также NKX2-1 обычно накапливается или амплифицируется (локус 14q13.3) в LUAD, указывая на специфическую онкогенную функцию клеточного клона для этого транскрипционного фактора в LUAD.

Ангиогенез развивается на ранней стадии канцерогенеза легких и что эти аномалии служат основанием для разработки целевых стратегий антиангиогенной химиопрофилактики. Наличие этого поражения (зарастание сосудов в субэпителиальных тканях с повышенной плотностью микрососудов) у курильщиков из группы высокого риска предполагает, что аберрантный паттерн микроваскуляризации может возникать на ранней стадии бронхиального канцерогенеза.

Другие пути, включая передачу сигналов с помощью жирных кислот и ретиноевой кислоты, также являются общими для плоскоклеточных прединвазивных поражений и LUSC. SOX2 усилен (3q26.3) в LUSCs, способствует выживанию опухолей с амплификацией гена. Отметим, что экспрессия белка SOX2 полностью отсутствует в патогенезе аденокарциномы легких и высоко выражена в преинвазивных плоскоклеточных поражениях и в LUSC. Аналогично NKX2-1 в LUADs, можно предположить, что SOX2 функционирует как онкоген, ограниченный по клонам, в раннем патогенезе LUSCs.

Профили экспрессии генов, модулируемые на ранней стадии между нормальными клетками и предраковыми поражениями, а также профили, которые менялись между предопухолевыми тканями и LUSC указывают на ингибирование TP53 и активацию Mус. Напомню, что экспрессия белка р53 в случае плоскоклеточной метаплазии, составляла 5%, а при тяжелой дисплазии достигала уже 60% клеток. Экспрессия Вcl-2 происходила аналогичным образом.
Невысокий уровень экспрессии этого белка при плоскоклеточной метаплазии резко возрастал при тяжелой дисплазии/раке «in situ». Такая парадоксальная экспрессия обьясняется процессами в диспластическом эпителии: если р53 пытается инициировать аполптоз, то Вcl-2 эффективно его блокирует ( уже при раке in situ р53 начинает генетически и эпигенетически блокироваться ). Так, широко распространенные мутации в TP53 были зарегистрированы в бронхиальном эпителии курильщиков, свободных от рака (сначала активирующие, а затем тормозящие).

Выявлен высокий уровень соответствия статуса метилирования CDKN2A между опухолями легких и прилегающим нормальным эпителием бронхов. Другие гены, которые были описаны как метилированные в области повреждения дыхательных путей у здоровых от рака, включают RAR-β2 ( retinoic acid receptor beta2 - тип ядерного рецептора, который активируется как полностью транс-ретиноевой кислотой, так и 9-цис-ретиноевой кислотой, который функционирует как ген-супрессор опухоли в различных типах опухолей человека), RASSFF1A (Ras-association domain family 1, isoform A) и GSTP1 (принадлежит к семейству глутатион-S-трансфераз (GSTs), ферментов, которые катализируют детоксикацию эндогенных и экзогенных веществ, конъюгируя их с глутатионом (GSH).

Среди курильщиков с предраковыми поражениями сигнатура активированного PIK3CA уменьшалась в области повреждения после химиопрофилактики миоинозитом, ингибитором PIK3CA, и изменения в сигнатуре экспрессии гена были связаны с клиническим ответом, измеренным по регрессу диспластического поражения.

Базальные клетки дыхательных путей у здоровых курильщиков подвергаются репрограммированию в направлении фенотипа, подобного эмбриональным стволовым клеткам, и постулировано, что этот процесс представляет собой раннее событие в развитии карциномы легких у курильщиков.

Полевой канцерогенез включает аберрантную модуляцию микроРНК (miRNA). Выявлена новая микроРНК, miR-4423, которая проявляла клон-специфические свойства, поскольку было обнаружено, что ее экспрессия ограничивается исключительно эпителием дыхательных путей. miR-4423 была снижена в опухолях легких и подавляла признаки злокачественного фенотипа легких, т.е. она лежат на пересечении между полевым канцерогенезом и ранними событиями в патогенезе рака легких.

Возможные пути и маркеры, которые дифференцированно модулировались со временем в полевых условиях включали повышенную бронхиальную экспрессию фосфорилированных форм онкогенов AKT1 и ERK1 / 2. Они могут быть связаны с рецидивом рака легких у пациентов на ранней стадии, подвергшихся хирургическому лечению. Напомню,что фосфорилирование этих онкогенов стимулируется mTOR2, который активируется при травматическом и воспалительном повреждении эпителия. В норме при регенерации ран эпителий наползает с краев ран по сформировавшейся базальной мембране (БМ). Выход за пределы БМ (инвазия) наблюдается только при злокачественном перерождении эпителия.

Профили генов соседних, но не далеких клеток дыхательных путей тесно связаны с паттернами экспрессии близлежащего NSCLC. Один из этих генов, LAPTM4B , онкоген, связанный с лизосомами, является новым активатором пути стрессового ответа NRF2 в клетках рака легких.
Сейчас создан 17-генный классификатор в качестве бронхиального биомаркера для выявления рака легких. Классификатор и бронхоскопия продемонстрировали комбинированную чувствительность 97% для диагностики рака легких независимо от размера, местоположения, типа клеток или стадии рака.

Создана разветвленная модель эволюции патогенеза опухолей, при которой субклоны расширяются независимо, приобретая различные мутации с течением времени. Кроме того, эти множественные субклональные популяции могут сосуществовать вместе. Внутриопухолевая гетерогенность (ITH): эпителий дыхательных путей, подвергшихся воздействию курения, в областях повреждения / канцеризации или предраковых поражений может проявлять клеточные субклоны с различными мутационными паттернами и, таким образом, с различной способностью прогрессировать до НМРЛ.

[albert52]

Вставка.

Ген р53 и его роль в онкогенезе

Сначала немного теории.

Механизмы, приводящие к активации р53, могут зависеть от стимула: например, повреждение ДНК способствует фосфорилированию р53, блокируя опосредованную MDM2 деградацию, тогда как онкогенная передача сигналов индуцирует супрессор опухолей ARF для ингибирования MDM2.
р53 имеет решающее значение для обратимой контрольной точки фазы G1, индуцированной повреждением ДНК, отчасти благодаря своей способности транскрипционно активировать циклин-зависимую киназу р21 - ген-ингибитор, предположительно облегчающий репарацию ДНК перед дальнейшим делением клеток.

Подавляющее большинство опухолевых мутаций ТР53 происходит в области, кодирующей ДНК-связывающий домен р53. При этом в то время как мутация TP53 может коррелировать с паттернами вариантов отдельных нуклеотидов и специфических ко-мутированных генов, связь между мутацией TP53 и вариацией числа копий (CNV) является сильной и универсальной в пан-раковом анализе. Кроме того, злокачественные опухоли, содержащие мутации TP53 , обычно являются анеуплоидными, с грубыми изменениями числа целых хромосом.
В этом аспекте отметим способность p53 регулировать процессы в переходах G2 / M. Например, потеря p53 нарушает регуляцию контрольной точки сборки веретена, осла***я MAD2, что приводит к увеличению скорости рассредоточения хромосом и тетраплоидизации. В контексте тетраплоидных клеток потеря р53 приводит к увеличению частоты многополярных митозов и последующей неправильной сегрегации хромосом.

р53 может также ограничивать хромосомную нестабильность посредством своей способности отбирать клетки при риске аберрантных митозов, особенно после амплификации центросом и / или дисфункции теломер. Дополнительные центросомы приводят к активизации пути Hippo, который, в свою очередь, активирует p53 путем ингибирования MDM2. Соответственно, мутации TP53 также связаны с событиями удвоения целого генома в опухолях человека.

Вообще p53-дефицитные клетки лучше переносят протеомный стресс, вызванный аберрантной дозой генов. p53 также, по-видимому, подавляет определенный тип хромосомного разрушения и перестройки, известный как хромотрипсис (см. выше). р53 помогает поддерживать целостность генома, подавляя ретротранспозоны; их репрессия, опосредованная р53, зависит от эпигенетического молчания локусов ретротранспозонов, а не от апоптоза, и деспрессированные ретротранспозоны способны реинтегрироваться в геном, способствуя мутагенезу.
Инактивация р53 может также быть уникальной по своей способности как стимулировать геномную нестабильность (за счет увеличения количества новых вариантов), так и обеспечивать выживание более широкого пула генетических конфигураций (уменьшая вероятность исчезновения вариантов).

р53 может модулировать аутофагию, изменять метаболизм, подавлять плюрипотентность и клеточную пластичность и способствовать железо-зависимой форме гибели клеток, известной как ферроптоз . Даже базальные уровни р53 могут усиливать множественные другие сети, подавляющие опухоль. Однако ответ p53 является чрезвычайно гибким и зависит от типа клетки, ее состояния дифференцировки, стрессовых условий и взаимодействующих сигналов окружающей среды.

Хотя остановка клеточного цикла и апоптоз связаны с активацией p21 или проапоптотических белков семейства Bcl-2 соответственно, отметим что глобальный транскрипционный ответ на активацию p53 включает много других потенциальных модификаторов исхода. Природа мишеней р53 убедительно подтверждает, что неканонические процессы, включая контроль АФК, ремоделирование тканей, аутофагию и метаболизм, являются процессами, контролируемыми р53 . Отметим, что только около 60 генов являлись общими целями, и клеточный контекст и различные стимулы вызывают транскрипцию качественно разных наборов генов, а не просто разных уровней одного и того же набора генов.

Так, коллекция метаболических генов-мишеней, контролируемых p53, влияет на многие отдельные процессы: сообщается, что p53 увеличивает катаболизм глутамина, поддерживает антиоксидантную активность, подавляет синтез липидов, увеличивает окисление жирных кислот или стимулирует глюконеогенез. В целом р53 может регулировать различные аспекты метаболизма, которые приводят к различным или даже противоположным биохимическим и фенотипическим результатам. Так, аутофагия может задерживать апоптоз за счет снижения уровня PUMA. Тем не менее, в тех случаях, когда р53 не способен подавлять гликолиз, аутофагия эффективно не задействована и благоприятствует апоптозу.

Один из предложенных механизмов для качественной модуляции биологических эффектов р53 включает зависящие от стимула посттрансляционные модификации (РТМ), которые могут изменять сродство р53 к различным генам-мишеням; например, phospho-p53 (S46) или acetyl-p53 (K120) стимулирует апоптоз, тогда как PRMT5-метилированный p53 активирует p21 более легко, чем гены апоптоза. Описано множество других PTM во многих различных сайтах белка p53, которые не только модифицируют стабильность белка, но также влияют на смещение гена-мишени.

Кинетика активации р53 может быть переведена в смещение гена-мишени из-за различий в скорости связывания и диссоциации р53 в разных локусах-мишенях. Так, промотор р21 чувствителен к коротким импульсам активности р53, следовательно, короткий импульс вызывает пролиферативный арест, а устойчивый сигнал вызывает апоптоз.
Возможно, определенные стрессовые реакции, вызванные p53, инициируют краткосрочную программу восстановления и спасения, которая, при необходимости, достигает переломного момента, который прогрессирует к самоуничтожению клеток. Кстати гены-мишени для p53 могут уже экспрессироваться на базальных уровнях, поэтому, например, p53-нулевые клетки ни в коем случае не являются p21-нулевыми.

Модификации хроматина в зависимости от типа клеток и состояния могут сделать определенные гены более или менее доступными для трансактивации р53. Например, CTCF при определенных условиях изолирует локус PUMA от репрессивных модификаций гистонов , определяя, экспрессируется ли PUMA и происходит ли апоптоз.
Наконец, один и тот же транскрипционный вывод может иметь разные эффекты в зависимости от состояния клетки. Передача сигналов ATM защищает клетки от p53-опосредованного апоптоза, не изменяя управляемый p53 транскрипционный выход, но блокирует аутофагию, таким образом поддерживая митохондриальный гомеостаз и снижение уровня ROS.

В совокупности эти наблюдения подразумевают, что ответ p53 является не просто переключателем «включено-выключено»; наоборот, клеточная судьба является результатом богатой палитры p53-управляемых стрессовых реакций. Так, в В-клеточных лимфомах, экспрессирующих Myc, ответ на р53 представляет собой массивный апоптоз; при раке печени и саркомах ответом является старение. В других случаях реактивация р53 может вызвать клеточную дифференцировку и потерю самообновления.
Короче говоря, клеточный контекст (тип клетки, эпигенетическое состояние, микроокружение ткани, активирующий сигнал) является центральным как для биохимических аспектов активности р53, так и для биологического результата ответа р53.

[albert52]

Продолжим.

TP53 является членом более широкого семейства генов, которое включает гены TP63 и TP73 (см. выше) , которые выполняют разнообразные и дополняющие роли. TP53 высших эукариот отошел от TP63 / TP73 за некоторое время до появления акул. После отделения от своих гомологов TP53 и его сеть приобрели способности к подавлению опухолей, которые не разделяются TP63 / TP73 , что демонстрирует еще более четкие связи с эмбриональным развитием. Семейство p53 необходимо для мезендодермальной дифференцировки. Представляется вероятным, что компенсация между членами семьи р53 маскирует другие роли р53 в процессе развития.

Хотя сама последовательность белка р53 относительно консервативна у высших эукариот, домены, участвующие в регуляции р53 на N- и С-концах, а также нижестоящий ответ р53 находятся под постоянным эволюционным давлением.
Другой путь развития сети p53 - увеличение дозы гена. То, что слоны приобрели до 20 ретрогенов TP53, может объяснить, по крайней мере частично, то, что животное с таким большим размером тела и относительной продолжительностью жизни не подвержено высокому риску рака.

p53 ограничивает клеточную пластичность (регулирующую переход между клеточными состояниями) и, в крайнем случае, способность соматических клеток подвергаться эпигенетическому перепрограммированию в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки. Факторы, стимулирующие iPS KLF4 и Oct4, репрессируют p53 и, наоборот, активность p53 противодействует эффективности перепрограммирования клеток iPS.

Применение вышеуказанных принципов можно увидеть в регенерации тканей и реакции заживления ран, которая представляет собой сложный процесс, включающий волны воспаления, ангиогенеза, регенерации тканей, ремоделирования внеклеточного матрикса (ECM) и фиброза для предотвращения инфекции и устранения повреждения ткани. Во время начальной пролиферативной фазы регенерации митогены активиру -ются, и р53 должен подавляться, чтобы позволить ремоделирование ткани. Запуская клеточное старение, р53 способствует высвобождению секреторных факторов, которые позволяют разрешить фиброз и координируют ремоделирование ECM. Кроме того, действие р53 при заживлении ран также формирует микроокружение опухоли.

Интересно, что физиологические функции и функции развития р53 тесно связаны с ассоциированным с раком фенотипом потери р53. Уклонение от терминальной дифференцировки является важным шагом в злокачественной трансформации, и потеря р53 может быть одним из путей ослабления этого врожденного барьера для онкогенеза. В крайнем случае потеря p53 может даже способствовать переключению клонов в качестве механизма устойчивости к антиандрогенной терапии при раке предстательной железы.

Похоже, что эволюция выбрала для тонкого баланса активности р53, так как слишком мало р53 приводит к раннему раку и слишком много р53 усугу***ет старение. Несмотря на это, опасность избытка р53 очевидна при патологиях, помимо рака, включая старение, ишемическое повреждение и дегенерацию. С возрастом стоимость уничтожения потенциально опасных клеток - это истощение стволовых клеток, необходимое для гомеостаза тканей. Чрезмерный p53-зависимый апоптоз может также приводить к нарушениям развития головного мозга и связанным с старением нейродегенератив -ным заболеваниям, а именно к болезням Альцгеймера и Паркинсона. Наконец, избыточный p53-опосредованный ферроптоз может вызвать летальную ишемию почки.

Наиболее распространенными и хорошо охарактеризованными мутациями TP53 являются миссенс-мутации в ДНК-связывающем домене, подразумевая, что эта особенность p53 является критической для подавления опухоли. Большинство однонуклеотидных вариантов (SNV), наблюдаемых при раке, являются мутациями ошибок транскрипции, причем 25% из них попадают в 5 мутаций «горячей точки».
Для TP53 почти 25% мутаций являются нонсенс-мутациями или мутациями со сдвигом рамки, которые кодируют усеченные белки, тогда как остальная часть состоит из SNV сайта сплайсинга и внутрикадровых индексов с неясной биологической значимостью. Хотя обычно предполагается, что мутации укорочения TP53 являются нулевыми аллелями, появляются данные, что даже эти аллели могут обладать неоморфной активностью, что отражает установленный прирост функциональных миссенс-мутантов. Экспрессия или имитация альтернативных вариантов сплайсинга могут также способствовать фенотипу других распространенных мутаций.

LOH гена р53 происходит посредством сегментарных делеций, которые сильно различаются по размеру и происходят с частотой, сходной с SNV p53. Наблюдаются почти все возможные комбинации аллелей, так что в действительности только ~ 25% опухолей содержат каноническую комбинацию миссенс-мутации / делеции р53.
Отдельные мутационные сигнатуры в TP53 и других генах могут быть частично связаны со специфическим источником мутагенеза. Например, мутация R249S, распространенная в гепатоцеллюлярной карциноме, возникает из-за G-to-T трансверсий, связанных с воздействием афлатоксина, а мутации R213 в меланоме связаны с сигнатурой C-to-T-перехода вследствие УФ мутагенеза.

Некоторые мутантные аллели TP53 обладают свойствами «усиления функции», которые продуцируют фенотипы, отличные от нуля. Наиболее заметным фенотипом, продуцируемым такими мутантными белками, является их способность усиливать инвазию и метастазирование, хотя в некоторых условиях определенные мутанты усиливают лекарственную устойчивость, эпигенетическое перепрограммирование или ангиогенез. Так, в случае белково-белкового взаимодействия с усилением функции мутантный p53 может взаимодействовать с комплексом SWI / SNF, чтобы активировать регулятор ангиогенеза VEGFR2.

В то время как предлагаемые действия мутантов разнообразны, появляющееся «правило большого пальца» состоит в том, что полученные из опухоли мутанты p53 противодействуют функциям p53 дикого типа или усугу***ют последствия потери p53.
Теоретически, аллели мутанта р53 могут отражать ослабление функции, разделение функции или неоморфную функцию. При этом потеря функции является общей характеристикой всех мутантов р53, связанных с раком, учитывая неспособность большинства мутантов индуцировать апоптоз. Но в целом мутации, встречающиеся при раке, приобретают некоторую комбинацию этих независимых характеристик. И, наконец, делеции 17 хромосомы, рассматриваемые как синтенические к 17p13, где лежит ТР53, приводят к более агрессивным раковым заболеваниям, чем простой дефицит p53.

В некоторых случаях устойчивые ответы на обычную химиотерапию могут зависеть от p53; так, драматические излечения, достигнутые лечением ретиноевой кислотой и мышьяком острого промиелоцитарного лейкоза, зависят от p53-опосредованного старения. Одна из наиболее продвинутых попыток использовать наше понимание биологии р53 для лечения рака включает в себя усилия по ингибированию MDM2 в опухолях, содержащих р53 дикого типа. Так, была разработана совокупность низкомолекулярных и пептидных ингибиторов MDM2 и MDMX, направленных на усиление эффектов ингибиторов первого поколения, которые обычно действуют путем нацеливания на сайт связывания p53 в MDM2. Отметим еще, что ингибиторы MDM2 также используются в усилиях, направленных на снижение токсических побочных эффектов химиотерапии.

Мутантные белки р53 обычно экспрессируются на высоких уровнях и могут быть антигенными, а потеря p53 может защитить раковые клетки от CD8 + T-клеток посредством дерепрессии PD-L1, что, кстати, проявляется при раке легкого. Хотя p53-дефицитные клетки могут избежать апоптоза перед лицом агентов, повреждающих ДНК, дальнейшее отключение DDR лелает эти клетки сверхчувствительными к генотоксическому повреждению. Соответственно, были разработаны стратегии, объединяющие повреждающие ДНК агенты с ингибиторами компонентов DDR ATM, CHK2, ATR и CHK1. Также ингибитор WEE1, который отключает контрольную точку клеточного цикла G2, усиливает противоопухолевую активность генотоксической химиотерапии у ранее резистентных p53 мутантных пациентов с раком яичников.

[albert52]

Продолжим.

По оценкам, треть взрослого населения мира и около 1,1 миллиарда человек курит табак, что делает курильщиками каждого шестого человека. Заболевания, связанные с курением, по оценкам, вызывают около 5 миллионов смертей в год во всем мире, но считаются ведущей предотвратимой причиной смерти. На курение приходится не менее 30% всех смертей от рака и 87% смертей от рака легких.
Первоначально распространенность курения сигарет была выше среди мужчин, но с 1980-х годов гендерный разрыв сократился и стабилизировался. Пассивное курение или табачный дым в окружающей среде также классифицируется как известный канцероген для человека и считается причиной около 50 000 смертей в США ежегодно. Пассивное курение представляет собой смесь двух форм дыма от горящего табака: побочного дыма, который исходит из конца зажженного источника (сигарета, трубка или сигара), который содержит более мелкие частицы, которые легко проникают в клетки и богатым канцерогенами дыма, выдыхаемого курильщиком. Сигаретная смола и оксид азота (NO) действуют синергетически, вызывая разрывы однонитевой ДНК.

Что же касается электронных сигарет (ЭС), то в них не происходит горения табака и пользователь вдыхает и выдыхает не дым, а аэрозоль никотина («пар»). Общее содержание никотина во вдыхаемом аэрозоле в анализе 20 серий из 15 затяжек может находиться в диапазоне от 0,5 мг до 15,4 мг. ЭС могут содержать NNN и NNK, вещества с доказанной канцерогенностью. После обнаружения н-ХР (никотиновых холинрецепторов) на эпителиальных клетках, выстилающих области перехода слизистых оболочек в кожу, ЖКТ и воздухоносные пути, стало очевидно, что на пути в центры «удовольствия» в ЦНС никотин сталкивается со множеством неневральных мишеней, которые он потенциально может повредить. Так, никотин избирательно накапливается в тканях злокачественных опухолей желчного пузыря, что позволяет предполагать связь никотина с опухолями этого органа.
Более того, после злокачественного перерождения клеток меняется доминирующий подтип экспрессируемых ими н-ХР. Так однонуклеотидные полиморфизмы (ОНП) в генах, кодирующих субъединицы н-ХР, могут влиять на вероятность развития у индивида рака легкого, пищевода, желудка и шейки матки .

Предполагается, что рак легких у не курильщиков возникает из-за множества факторов риска, включая генетическую предрасположенность, хотя это чрезвычайно редко (1% с> 3 больными родственниками). Генетические мутации остаются основной причиной, поскольку мы встречаемся с раком легких в относительно более раннем возрасте, когда он передается в семье. Гормональное лечение женщин в постменопаузе не увеличивало заболеваемость раком легких, однако оно увеличивало смертность от рака легких, в частности смертность от НМРЛ.

Канцерогены табака метаболизируются ферментами цитохрома P-450, что делает их легко выводимыми. Оксигенированные промежуточные метаболиты претерпевают последующие преобразования (детоксикацию и секрецию) глутатионами, суфатазами или уридин-5'-дифосфат-глюкуронозилтрансферазами (U5'DPGT). Некоторые из метаболитов, образующихся во время этих процессов, реагируют с ДНК с образованием продуктов ковалентного связывания, называемых аддуктами ДНК, в процессе, называемом метаболической активацией. Канцерогены, такие как полциклические ароматические углеводороды (ПАУ) и 4- (метил -нитрозамино) -1- (3-пиридил) -1-бутанон (NNK), требуют метаболической активации для проявления своего канцерогенного действия. Восприимчивость к развитию рака зависит от баланса между метаболической активацией и детоксикацией потенциальных канцерогенов у курильщиков .

Курение сильно связано с SCLC и плоскоклеточным раком (SCC), но постепенное изменение способа производства сигарет привело к сдвигу в гистологии с SCC, который был более частым в 1970-х годах, на подтипы аденокарциномы, которые в настоящее время встречаются чаще. Влияние сигарет с низким содержанием смол, появившихся в 1950-х годах, на заболеваемость аденокарциномой, было связано с введением в этих сигаретах вентиляционных отверстий, облегчающих курильщику вдыхание дыма и обеспечивающих более глубокое вдыхание, чем у старых сигарет без фильтра. Кроме того, смешанный восстановленный табак высвобождает более высокую концентрацию N-нитрозаминов из ст***ей табака. В результате вдыхание переносит специфические для табака канцерогены более дистально к бронхоальвеолярному соединению, где часто возникает аденокарцинома (см. выше).

У курильщиков есть свой набор мутаций-драйверов, которые отличаются от рака легких у никогда не куривших. Общие мутации у курильщиков включают p53 (> 50%), K-Ras (~ 30%), p16 (> 70%), STK11 (11%) и другие, такие как F-HIT и T790M. Напротив, частота мутаций EGFR (4%) и EML4 ALK (2%) у них относительно низкая. Так, шансы мутации EGFR в 6,5 раз выше у некурящих, в 4,4 раза выше у людей с аденокарциномой, в 1,7 раза выше для женщин и в 4-6 раз выше у жителей Восточной Азии.
Гомозиготная делеция или потеря гетерозиготности (LOH) хромосомы 19p в локусе супрессора LKB1 произошла в 90% протестированных образцов при первичном раке легких. Мутация чаще встречается при раке легких у курильщиков, чем у никогда не куривших, и обычно возникает совместно с мутациями K-Ras, но нечасто с мутациями EGFR, составляя 50% приобретенной устойчивости к TKI таргетной терапии).

При мутации р53 (см. выше) события амплификации генов приводят к появлению дополнительных хромосомных копий протоонкогена или событиям транслокации, которые перемещают протоонкоген на новый хромосомный сайт, что приводит к более высокой экспрессии рецептора белка клеточной поверхности, например сверхэкспрессии EGFR. Это также может привести к слиянию между протоонкогеном и вторым геном, генерирующим слитый белок; например, EML4-АЛК - это слитый онкоген в результате инверсии в хромосоме 2р, что приводит к постоянной экспрессии химерной тирозинкиназы. Около 5% всех пациентов с НМРЛ имеют этот гибридный ген, причем более молодые люди, некурящие / легкие курильщики с аденокарциномой имеют эту мутацию с большей вероятностью (около 13%).

Мутации р53 демонстрируют дозозависимое увеличение трансверсий G → T в горячих точках, часто после воздействия канцерогенов табака. Отметим, что пациенты с мутациями p53, которые продолжают курить, были значительно старше и курили значительно больше лет, чем пациенты без изменений p53 . Вообще, поскольку p53 редко бывает нулевым в опухолях человека, но часто развивает потерю гетерозиготности (LOH) в одном аллеле и миссенс-мутацию во втором аллеле, наличие мутантного аллеля с активностью усиления функции становится потенциально важной терапевтической проблемой.

Контрольная точка повреждения ДНК служит мощным активатором функции p53, и аллельное ослабление p53 WT путем хромосомной делеции, наряду с точечной мутацией в оставшейся копии, часто наблюдается в различных типах опухолей человека как механизм обхода этой критической контрольной точки. Хотя мутации были обнаружены почти во всех аминокислотных позициях в белке, было идентифицировано несколько областей горячих точек (V157, R158, R175, G245, R248, R249 и R273), которые подчеркивают критическую функцию основного домена связывания ДНК.

Некоторые мутации KRAS, такие как мутации в экзонах 2 и 3, которые предотвращают гидролиз GTP и предотвращают выключение передачи сигналов KRAS, приводят к конститутивной активации белков KRAS. Отметим, что полная злокачественная трансформация зависит от высоких уровней экспрессии KRAS G12C, которая требует потери p53, чтобы обойти индуцированное онкогеном старение.
Эта мутация обнаруживается примерно в 13% случаев НМРЛ, чще выявляется у курильщиков и стала терапевтической мишенью; появились два специфических TKI KRAS G12C: соторасиб (AMG510) и адаграсиб. Отметим, что второй по частоте KRAS G12D чаще встречается у некурящих .
Мутации Kras и p53 также управляют NF-κB-зависимой передачей сигналов в опухолях легких , т.е. в условиях хронического воспаления мутантный р53 в опухолевых клетках потенциально может аннулировать нормальную опосредованную р53 проверку клеточного ответа на воспалительные сигналы.

Курильщики склонны к частым побочным эффектам во время терапевтических курсов химиотерапии и лучевой терапии (например, мукозит) и при общей анестезии (ГА), а также к хирургическим осложнениям. Их послеоперационная выживаемость также хуже.

[albert52]

Продолжим.

Аденокарциномы легкого гистологически гетерогенны, что побудило Всемирную организацию здравоохранения подчеркнуть, что большинство аденокарцином имеют смешанный характер роста с характерными паттернами солидного, ацинарного, папиллярного и лепидного типов. Аденокарциномы легкого с папиллярным ростом демонстрируют 2 типа папиллярной архитектуры: истинные папиллярные структуры с сосочками, содержащими слоистый железистый эпителий, окружающий фиброваскулярное ядро, и микропапиллярный рост (МР). Гистологически картина MP определяется как опухолевые клетки, растущие в папиллярных структурах, с пучками, лишенными центрального фиброваскулярного ядра и плавающими в альвеолярных пространствах, что приписывает более инвазивное и метастатическое поведение. Поэтому паттерны микропапиллярного роста были связаны с более агрессивным клиническим течением по сравнению с традиционной папиллярной аденокарциномой и бронхиолоальвеолярной карциномой.

Микропапиллярная аденокарцинома легкого является важным гистологическим вариантом, похожим на варианты, наблюдаемые в других органах, таких как грудь, мочевой пузырь и яичник; считается эквивалентной низкодифференцированной аденокарциноме. Статьи, сообщающие о росте микропапилляров, указывают на его присутствие в от 5% до 100% исследуемых групп населения.

Микропапиллярные опухолевые клетки, как правило, маленькие и имеют кубическую форму с минимальной ядерной атипией, отделяются и/или соединяются со стенками альвеол. Клеточный матрикс может отсутствовать, а полярность обычно инвертирована с периферической ядерной поляризацией. Скопления обычно располагаются по периферии опухоли. Считается, что неупорядоченные микропапиллярные структуры способствуют распространению в лимфатические и другие ткани.
МUC1 был положительным на внешней поверхности микропапиллярных пучков. Метастатический потенциал был опосредован дефицитом Ras-GTPase-активирующего белка (IQGAP1), который повсеместно экспрессируется у людей. В микропапиллярном компоненте дефицит IQGAP1 вызывает нарушение целостности всей сети кадгерин-катенин-актин и разрушение клеточных адгезивных соединений, что приводит к высвобождению клеток карциномы, организующихся в микропапиллярный паттерн.
Ламинин был идентифицирован в базальной мембране нормальных альвеолярных клеток и опухолевых клеток основной опухоли, но не был обнаружен ни в одной клетке с микропапиллярными пучками. Клеточные пучки без фиброваскулярного ядра как правило, являются отличительной чертой этого образования. Это сильно отличалось от других типов опухолей, в которых важны сосуды и неоваскуляризация. Однако в легких опухолевые клетки питаются из окружающих жидкостей на альвеолярных поверхностях.

Уровни MMP9 были самыми высокими в преобладающих микропапиллярных и солидных подтипах аденокарцином легких. Напротив, уровни MMP9 были низкими у ацинарного и папиллярного подтипов и даже ниже у лепидного подтипа. Драйверные мутации аденокарциномы легкого (LADC) в нынешнюю эпоху точной медицины имеют решающее значение для выбора таргетной терапии. Наиболее распространенными молекулярными изменениями были мутации EGFR, за которыми следовали мутации KRAS и транслокации ALK. При LADC мутация HER2 чаще встречается у женщин; пациенты с опухолями, содержащими мутации HER2, реагируют на несколько типов таргетной терапии (например, трастузумаб, афатиниб и адо-трастузумаб, либо в качестве монотерапии, либо в комбинации с цитотоксической химиотерапией.

Белок ROS1 демонстрирует существенную гомологию с ALK (оба принадлежат к надсемейству рецепторов инсулина), особенно в пределах сайта связывания АТФ (гомология 84%) и доменов киназы (гомология 64%). Мутации киназы ROS1 были значительно более частыми в НМРЛ с STAS. У ROS1-положительных пациентов с раком легкого ген ROS1 сливается (присоединяется) к части другого гена. Это активирует ген ROS1 таким образом, что вызывает неконтролируемый рост клеток и рак. Это изменение гена называется слиянием или перестройкой ROS1. Ген ROS1 может сливаться со многими разными партнерами. Наиболее распространенным из них при раке легкого является ген CD74.
Кризотиниб как средство против рецептора фактора роста гепатоцитов (МЕТ) ингибирует АТФ-зависимые клеточные функции, связываясь с соответствующими доменами тирозиновых протеинкиназ, что приводит к сильному подавлению ROS1, MET и ALK.

Современная архитектурная система классификации была наиболее эффективной системой из трех предложенных моделей (архитектурная, Кадота, и Sica), потому что он позволяет лучше всего различать исходы аденокарциномы I стадии низкой, средней и высокой степени злокачественности. Морфология определяется следующим образом: лепидная как хорошо дифференцированная, ацинарная и папиллярная как умеренно дифференцированная. Две плохо дифференцированные морфологии — солидная и микропапиллярная — были в центре внимания значительных исследований на протяжении многих лет. Как солидные, так и микропапиллярные паттерны чаще наблюдаются у пациентов с рецидивом, и преобладание этих паттернов связано с н***агоприятным прогнозом, особенно для микропапиллярных.

Аденокарциномы, содержащие микропапиллярные и/или солидные компоненты в качестве вторичного, не преобладающего паттерна, имели более высокие показатели метастазирования в лимфатические узлы и более короткую медиану безрецидивной (БРВ) и общей выживаемости (ОВ). В последней классификации ВОЗ распространение опухоли через воздушные пространства (STAS) было сообщено как новый н***агоприятный прогностический фактор. STAS представляет собой идентификацию опухолевых клеток, которые распространяются в воздушных пространствах паренхимы легкого, прилегающих к краю опухоли.
Моримото и др. определили «свободные опухолевые кластеры» или STAS как три небольших кластера, содержащих <20 неинтегрированных микропапиллярных опухолевых клеток, которые находились в воздушных пространствах и на расстоянии > 3 мм от основной опухоли. Это напоминает опухолевые почки (Tumor budding) при раке толстой кишки. Наличие STAS и края опухоли менее 1,0 см являются значительными факторами риска местного рецидива на ранней стадии заболевания.
Расчетная частота STAS составила 0,368 у пациентов с НМРЛ. Кроме того, показатели STAS для плоскоклеточного рака и аденокарциномы составляли 0,338 и 0,374 соответственно. Среди гистологических подтипов аденокарциномы опухоли с преобладанием микропапилляров имели самый высокий уровень STAS ( 0,652–0,778). Показатели STAS солидной и папиллярной аденокарциномы были равны 0. 567 (0,478–0,652) и 0,446 (0,392–0,501) соответственно. Расчетные показатели STAS варьировались от 12,8% до 71,9% в зависимости от подтипа ADC. Микропапиллярный подтип показал самую высокую частоту STAS среди подтипов ADC (0,719).

Согласно гистологической классификации Международной ассоциации по изучению рака легких процент каждой гистологической картины — лепидной, ацинарной, папиллярной, солидной и микропапиллярной — регистрировался с шагом 5%, а опухоли классифици -руются по преобладающему типу. Каждый гистологический паттерн считался присутствующим в опухоли, если он составлял ≥5% всей опухоли. Также было зарегистрировано наличие висцеральной плевральной, лимфатической и сосудистой инвазии.
STAS считался присутствующим, когда в опухоли STAS выявлялся за краем основной опухоли, даже если она существовала только в первом альвеолярном слое от края опухоли. Поражения STAS состоят из опухолевых клеток, которые морфологически располагаются в воздушных пространствах в виде микропапиллярных скоплений, плотных гнезд или одиночных клеток, отслоившихся от альвеолярных стенок. Это отличается от лепидного роста, когда опухолевые клетки растут линейно вдоль поверхности альвеолярных стенок. Степень заполнения воздушного пространства опухолевыми клетками варьировала от обильных клеточных инфильтратов до очень малозаметных одиночных клеток или микропапиллярных скоплений, которые иногда трудно отличить от альвеолярных макрофагов.

[albert52]

Мелкоклеточный рак легкого (SCLC)

Поскольку SCLC возникает в центральных дыхательных путях и экспрессирует маркеры NE, уже давно постулируется, что этот тип рака легких происходит от легочных эндокринных клеток (NE). Эти предшественники редки и обычно группируются в виде NE элементов в бронхиолах. Мелкоклеточная карцинома состоит из клеток характерного вида: клетки имеют относительно небольшие размеры, узкий ободок цитоплазмы, плохо определяемые границы, мелкогранулированный ядерный хроматин, ядрышки могут отсутствовать или быть незаметными, митотическая активность высокая. Клетки круглые, овальные или веретенообразные, с относительно выраженными ядрами, часто образуют кластеры и не имеют признаков ни железистой, ни плоскоклеточной дифференцировки. Часто развивается обширный некроз.

Часто в ткани опухоли обнаруживают мутации генов-супрессоров р53 и RB1 (50-80 и 80-100% соответственно). Иммуногистохимическое исследование демонстрирует высокий уровень экспрессии антиапоптотического белка BCL2 в 90% опухолей и низкий уровень экспрессии проапоптотического белка ВАХ. Этот тип рака легкого чаще всего ассоциируется с эктопической продукцией гормонов.
Прогрессирование SCLC может быть ускорено дополнительной потерей Pten. Отметим еще, что путь Notch направляет дифференцировку клеток-предшественников по не-нейроэндокринному пути. Такие клетки начинают очень медленно расти, что согласуется с подавляющей опухоль функцией Notch. Но в то же время эти клетки не только становятся медленно растущими, резистентными к терапевтическим средствам, но и активно продуцируют и секретируют фактор роста белок мидкин (Midkine), которым они «питают» нейроэндокринные клетки, способствуя их ускоренному делению и прогрессии опухоли.

Эндокринные клетки дыхательного эпителия также сходны с одноименными клетками в различных органах пищеварительной системы. Они являются частью диффузной эндокринной системы, предположительно выполняют хемо- и барорецепторную функции и относятся к нескольким типам. В их базальной части находятся секреторные гранулы, в которых содержится ряд пептидных гормонов и биоаминов, влияющих на тонус мышечных клеток в стенке воздухоносных путей и активность секреторных клеток.
Эндокринные клетки выявляются с помощью специальных окрасок или иммуногистохимическими методами. Их относительное содержание в эпителии воздухоносных путей нарастает в дистальном направлении. В воздухоносных путях, в особенности в их дистальных участках, эндокринные клетки располагаются в составе нейроэпителиальных телец - внутриэпителиальных компактных овальных образований, в которых они окружены нервными волокнами.

Легочные нейроэндокринные клетки (PNEC) - это специализированные эпителиальные клетки дыхательных путей, которые встречаются в легких в виде отдельных клеток или кластеров, называемых нейроэпителиальными тельцами (NEB) .
Легочные нейроэндокринные клетки также известны как клетки Кульчицкого или К-клетки. Они расположены в респираторном эпителии верхних и нижних дыхательных путей. PNEC и NEB существуют на стадии плода и новорожденного в дыхательных путях легких. Эти клетки имеют форму бутылки или колбы и простираются от базальной мембраны до просвета . Их можно отличить по профилю биоактивных аминов и пептидов, а именно серотонина , кальцитонина , пептида, связанного с геном кальцитонина (CGRP), хромогранина А , гастрин-высвобождающего пептида (GRP) и холецистокинина .

PNEC могут играть роль хеморецепторов в обнаружении гипоксии. Лучше всего это подтверждается наличием чувствительного к кислороду калиевого канала, связанного с сенсорным белком кислорода в просветной мембране кролика. Они также гипотетически участвуют в регуляции локализованного роста и регенерации эпителиальных клеток через паракринный механизм , посредством чего их сигнальные пептиды высвобождаются в окружающую среду. Кроме того, они содержат нейроактивные вещества, которые выделяются из базальной цитоплазмы. Эти вещества индуцируют вегетативные нервные окончания или сосудистую сеть в глубокой собственной пластинке .

Эти клетки могут быть источником нескольких типов рака легких, прежде всего мелкоклеточной карциномы легкого и карциноидной опухоли бронхов. По сравнению с немелкоклеточным раком легкого (НМРЛ), МРЛ характеризуется быстрым временем удвоения и ранними, широко распространенными часто гематогенными метастазами. Следовательно, у большинства пациентов (60–70%) на момент постановки диагноза будет заболевание обширной стадии (ЭС) (определяемое как рак, распространившийся за пределы ипсилатерального легкого и регионарных лимфатических узлов, и который не может быть включен в одно поле излучения.

Действующая система классификации рака легких Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ, 2004 г.) признает 3 злокачественных рака легких нейроэндокринного (NE) происхождения. К ним относятся SCLC, комбинированный SCLC (который содержит области NSCLC) и крупноклеточный рак NE (LCNEC) (подмножество NSCLC). NSCLC-подобные области характеризуются наличием мутаций типа NSCLC, включая KRAS, STK11, KEAP1 или MAP2K1.
SCLC располагается вдоль спектра NET в легком и является опухолью высокой степени злокачественности. Также в этом спектре находятся LCNEC, типичные карциноиды низкой степени злокачественности (TC) и атипичные карциноиды средней степени злокачественности (AC). Хотя этиология до сих пор полностью не выяснена, карциноиды, по-видимому, возникают из другой клетки-предшественника, чем SCLC и LCNEC.

SCLC характеризуется почти универсальной потерей генов ТР53 (75% -90% пациентов) и ретинобластомы 1 ( RB1 ) (приближается к 100%) - см. выше. Также RBL2 (член семейства РВ) служит вторичным опухолевым супрессором во время развития SCLC. Подобно тому, как RBL2 обеспечивает избыточность в RB-дефицитных клетках, гомологи P53 TP73 и TP63 вызывают остановку клеточного цикла и апоптоз благодаря своей способности активиро -вать экспрессию генов-мишеней P53. Эти члены семейства P53 часто существуют в нескольких изоформах, в том числе с укороченными N-концевыми доменами Эти усеченные формы имеют доминантно-негативную активность, которая ингибирует дикий тип семейства P53.
Инактивация всех четырех аллелей RB1 и TP53 была описана как причина SCC, включая SCLC. Этот механизм вероятен для независимого первичного SCLC, и возможен альтернативный путь рецидива вторичного SCLC из NSCLC с центральной ведущей осью, включая NOTCH-ASCL1-RB-p53.

Наблюдается инактивация RB за счет обширного фосфорилирования в трех различных положениях серина в клонах ASCL1 in vitro. После инактивации RB E2F1 высвобождается, и клетки направляются к апоптозу, опосредованному p53. Следовательно, фосфорилирование Ser795 является функционально важным, поскольку это наиболее мощный сайт, ингибирующий связывание E2F1 с карманом RB. Опухолевые клетки могут уклоняться от этого механизма апоптоза, приобретая мутации в гене TP53 .

Во время клеточного цикла CDK опосредуют фосфорилирование RB. Обнаружена повышенная регуляция CDK5 при сверхэкспрессии ASCL1. Прямое взаимодействие ASCL1 и CDK5 было показано в клетках рака легких, где ASCL1 стимулировал миграцию с помощью активированных CDK5. Известно, что CDK5 способен фосфорилировать RB по тем же остаткам, что и CDK4 и CDK2 в постмитотических нейронах, и способствует повторному входу в клеточный цикл и пролиферации. Более того, CDK5-опосредованное фосфорилирование RB по Ser807 / 811 важно для туморогенеза и прогрессирования опухоли при NE раке щитовидной железы. Также ASCL1 управляет передачей сигналов WNT посредством ингибирования DKK1 в глиобластоме.

Также выявлены новые мутации (например, в эпигенетических регуляторах) и мутации-драйверы с четко установленной ролью в нескольких типах рака (например, генов семейства MYC , BCL2, PTEN , CREB-связывающий белок [ CREBBP ] и FGFR1 ). Усиленный биогенез рибосом и синтез белка были наиболее значительными молекулярными изменениями во время L-Myc-управляемой трансформации предполагаемых клеток-предшественников.
Некоторые мутации онкогенов, такие как KRAS, при SCLC редки или отсутствуют. Сверхэкспрессия протоонкогенов происходит обычно путем амплификации отдельных хромосомных областей, включая L-myc или C-myc.

[albert52]

Продолжим.

В исследованиях генно-инженерных моделей SCLC на мышах (GEMM) полная потеря Rb и p53 посредством Cre-опосредованной рекомбинации флоксированных аллелей в эпителии легких приводит к развитию SCLC у мышей, тогда как неполная делеция аллелей Rb или p53 вызывает только аденокарциному легких. Однако длительная латентность опухоли (9–12 месяцев после Cre-опосредованной делеции Rb и p53 ), наблюдаемая в GEMM, также подразумевает зависимость от дополнительных онкогенных событий, приводящих Rb / p53- мутантные клетки к злокачественному образованию, таких как сверхэкспрессия L-MYC (см. выше). Согласно моей теории полная потеря Rb и p53 делает клетки беззащитными перед генами инфраструктуры и их гиперэкспрессия вынуждает клетку создать дополнительный центр хоть для какого-то управления ими.

RB напрямую связывается с семейством факторов транскрипции E2F и рекрутирует HDAC и другие белки комплекса репрессоров транскрипции, так что он ингибирует экспрессию ряда белков, связанных с клеточным циклом, включая циклины. Инактивация RB также связана с увеличением пластичности клеток из-за выпадения регуляции пролиферации клеток и передачи сигналов апоптоза. Требование потери RB наблюдается в нескольких нейроэндокринных (NE) опухолях, включая ретинобластому и опухоль гипофиза, что позволяет предположить, что функция RB по подавлению опухоли частично связана с регулированием дифференцировки NE. Rb-нокаут, специфичный для эпителия легких, приводит к гиперплазии NE клеток.

Геномная амплификация генов MYC обнаруживается в значительной части (6–24%) опухолей пациентов, и более распространена (32–44%) в клеточных линиях SCLC. Амплификация каждого члена семейства MYC происходит взаимоисключающим образом, что указывает на функциональную избыточность среди членов семьи в их вкладе в онкогенез SCLC. Ингибирование биогенеза рибосом и синтеза белка с использованием специфического ингибитора CX-5461 подавляет рост опухоли в Rb / p53 -мутантном GEMM.
Опухоли, управляемые MYC, показали повышенную экспрессию нейрогенного фактора транскрипции NeuroD1, но сниженную экспрессию другого нейрогенного фактора транскрипции, Ascl1. Этот паттерн экспрессии совпадал со сниженной экспрессией других маркеров NE, включая SYP и CGRP; эта генетическая ассоциация со статусом MYC также наблюдается как в опухолях SCLC, так и в клеточных линиях.
Лечение алисертибом (низкомолекулярным ингибитором киназы Aurora A) резко подавляло рост MYC-обусловленного SCLC мыши и человека, который в противном случае быстро рецидивировал после стандартной химиотерапии, например, однократной дозы цисплатина или этопозида, или комбинации обоих методов лечения.

К клональным регуляторам транскрипции NE-линии в патогенезе SCLC относятся ASCL1, NEUROD1, SOX2, TTF-1, BRN2, INSM1 и GFI1 / 1B и многие другие. Недавние исследования показывают, что, помимо функционирования в качестве онкогенов выживания клонов, эти факторы определяют молекулярные подмножества клеток SCLC и вносят вклад во внутриопухолевую гетерогенность.
ASCL1 (achaete-scute-like 1) является членом фактора транскрипции основной спираль-петля-спираль (bHLH), который играет роль в нейрональной приверженности и дифференцировке клеток, включая PNEC, во время развития. В отличие от его широко распространенной экспрессии среди PNEC в легком плода, экспрессия ASCL1 ограничена субпопуляцией PNEC - потенциально спящих клеток-предшественников - в зрелом легком и повышена в субпопуляциях NE опухолей высокой степени злокачественности, включая SCLC.

Особенность Ascl1 объясняется его способностью распознавать и связываться с регуляторными элементами своих генов-мишеней, даже когда они связаны с нуклеосомами. Напротив, такая же новаторская активность не была продемонстрирована для Neurog2 , который, как полагают, связывается исключительно с доступными регуляторными элементами в геноме. Стратификация SCLC, основанная на различных паттернах экспрессии ASCL1 и NEUROD1, выявляет подтипы ASCL1 High (70%), NEUROD1 High (15%) и ASCL1 Low / NEUROD1 Low (15%) и указывает на то, что SCLC, развивающийся в Rb / p53 -мутантном GEMM, может больше напоминать подтип ASCL1 High. Эти подтипы также экспрессируют отдельные наборы связанных с SCLC онкогенов, среди которых L-MYC, RET, SOX2 и NFIB являются мишенями для ASCL1, тогда как c-MYC является мишенью для NEUROD1.

TTF-1 (фактор транскрипции щитовидной железы 1; также известный как NKX2-1) является одним из главных регуляторов эпителиальной дифференцировки и морфогенеза ветвления во время развития легких. Наблюдение за широко распространенной экспрессией TTF-1 в SCLC (почти 90% опухолей пациентов) привело к гипотезе о том, что он функционирует как онкоген выживания клонов в SCLC, как и в случае аденокарциномы легких. Большинство TTF-1-положительных SCLC были обнаружены на периферии легких, и этот SCLC периферического типа имел худший прогноз, чем центрально расположенные опухоли.

BRN2 (brain-2; также известный как POU3F2) представляет собой фактор транскрипции домена POU, специфичный для нервных клеток. BRN2 функционирует выше ASCL1 и NEUROD1, способствуя экспрессии генов NE и способствуя пролиферации клеток. RB может быть вышестоящим регулятором BRN2, поскольку мутантная по RB ретинобластома экспрессирует высокие уровни BRN2, которые снижаются с восстановлением экспрессии RB.

INSM1 (ассоциированный с инсулиномой 1) представляет собой фактор транскрипции с ДНК-связывающим доменом цинкового пальца и доменом SNAG (SNAIL / GFI1), играет важную роль в развитии клеток NE в поджелудочной железе и кишечнике. Insm1 напрямую связывается с регуляторными последовательностями в гене Hes1, подавляя его экспрессию; мутация Insm1 приводит к усилению экспрессии Hes1 и препятствует поддержанию экспрессии Ascl1. И наоборот, сигнализация NOTCH / HES1 подавляет INSM1. Он является важным регулятором дифференцировки NE при этом раке. Нокдаун INSM1 снижает скорость пролиферации клеточных линий SCLC и экспрессию нейроэндокринспецифических генов, включая ASCL1 , BRN2 , CHGA , SYP и NCAM.

GFI1 (независимый от фактора роста-1) и его гомолог GFI1B, белки с ДНК-связывающими доменами «цинковые пальцы» и доменами SNAG, действуя ниже по потоку от пронейрального bHLH таких факторов, как ASCL1 и Math1, играет роль в NE дифференцировке и развитии SCLC. Нокаут GFI1 резко снижает дифференцировку NE и нарушает пролиферацию PNEC. Механически GFI1 связывается с регуляторными областями генов-мишеней и рекрутирует модификаторы хроматина, включая LSD1, которые, в свою очередь, деметилазу H3K4 для подавления экспрессии гена. Это взаимодействие, вероятно, объясняет влияние ингибиторов LSD1 на рост SCLC.

NOTCH играет важную роль в принятии решений о судьбе клеток во многих тканях. Во время развития легких подмножество эпителиальных клеток-предшественников, экспрессирующих дельта-подобные лиганды (DLL), ингибирует NE дифференцировку соседних клеток-предшественников, экспрессирующих NOTCH, посредством передачи сигналов, опосредованных взаимодействием DLL-NOTCH, которые подавляют экспрессию ASCL1 в клетках, экспрессирующих NOTCH.
Активация передачи сигналов NOTCH посредством экспрессии N1ICD / N2ICD, эффекторов транскрипции, ингибирует развитие клеточного цикла в клетках SCLC и снижает развитие опухоли в легких Rb / p53 -мутантного GEMM. Управляемое NOTCH / HES1 переключение на фенотип, отличный от NE, происходит в 10-50% NE клеток и совпадает с индукцией REST, репрессора транскрипции и прямой мишени пути NOTCH, который репрессирует гены NE.

В целом сигнальные пути, которые вносят вклад в гетерогенность SCLC через изменение транскрипции, вероятно, сложны, включая большее количество путей, участвующих в нормальном развитии легких и гомеостазе, и перекрестных связях между ними. Например, PEA3, член семейства факторов транскрипции ETS, участвует в поддержании внутриопухолевой гетерогенности. Повышенного PEA3 было достаточно, чтобы вызвать свойство инвазивной миграции в клетках NE.
Путь фактора роста фибробластов (FGF) / RAS / MAPK регулирует экспрессию PEA3 и инвазивность в клетках NE, что позволяет предположить, что путь FGF отвечает за паракринную передачу сигналов между NE и не-NE клетками в SCLC. PEA3 вообще экспрессируется в метастатических опухолях и его экспрессия коррелирует с метастазированием различных раковых заболеваний человека, включая рак груди и NSCLC, что указывает на роль PEA в паракринной передаче сигналов в микроокружении опухоли легких.

Сигналы НН передаются для активации GLI семейств цинк-пальцев факторов транскрипции, которые пробуждают многочисленные онкогены, в том числе с - MYC, CCND1, и Glis сам. Возникает соблазн предположить, являются ли не-NE клетки HH-чувствительными стромальными клетками, а транскрипционная активность GLI способствует развитию и поддержанию гетерогенности опухоли.

[albert52]

Продолжим.

Эпигенетические изменения, ведущие к прогрессированию SCLC

NFIB, член семейства факторов транскрипции ядерного фактора I (NFI), связывается с областями промотора, энхансера и сайленсера в геноме и регулирует множество генов почти во всех тканях во время развития. Изменения NFIB были вовлечены в злокачественные новообразования; в частности, он амплифицирован в опухолях SCLC человека (15%) и клеточных линиях (34%) с Rb / p53 -мутантном GEMM.
Эти исследования показали, что амплификация и избыточная экспрессия Nfib более распространены в метастазах, чем в первичных опухолях, причем увеличение Nfib было достаточным и необходимым для множественных стадий метастазирования в лимфатические узлы и печень. Nfib, однажды связанный с элементами ДНК-мишени, инициирует и стабилизирует доступную конфигурацию хроматина, которая способствует экспрессии генов, необходимых для метастазирования. Так, согласованные действия генов-мишеней Nifb вызывают метастазирование SCLC главным образом за счет изменения клеточной адгезии и движения.

EZH2 представляет собой гистон-метилтрансферазу, которая вместе с EED и SUZ12 образует репрессивный комплекс polycomb 2 (PRC2). Она опосредует триметилирование гистона H3 по лизину 27 (H3K27me3) в дискретных промоторных островках CpG, что приводит к репрессии транскрипции (подробнее в новой теории рака). В дополнении к своей роли в содействии формирования гетерохроматина и молчания генов в процессе развития и дифференциации, повышенная экспрессия EZH2 была связана с многочисленными типами рака, включая рак легкого. В раковых клетках высокая активность EZH2 приводит к долговременной репрессии генов-супрессоров опухолей, в частности сверхэкспрессия EZH2 способствует развитию K-Ras-зависимого НМРЛ.

Поскольку EZH2 является известной мишенью фактора транскрипции E2F, полная потеря RB при SCLC, вероятно, приводит к нарушению регуляции экспрессии EZH2. Функционально EZH2 играет роль в гомеостазе клеток SCLC, так как его нокдаун увеличивает апоптотическую активность за счет активации проапоптотических факторов, таких как PUMA и BAD, и за счет повышения уровня белка P21.
Одним из потенциальных биомаркеров активности Ezh2 является SLFN11 (член семьи Schlafen 11, предполагаемой ДНК / РНК - хеликазы), экспрессия которого может повышать чувствительность клеток к ДНК-повреждающим агентам. SLFN11 является прогностическим биомаркером чувствительности к PARP-таргетной терапии при SCLC и ингибирование EZH2 в сочетании с ингибированием PARP восстановило SLFN11, тем самым восстанавливая химиочувствительность.

Комплекс MLL1 / 4 (KMT2A / B) метилирует H3K4, а MLL2 / 3 (KMT2D / C) - H3K27. Мутации семейства MLL, впервые обнаруженные при злокачественных новообразованиях крови с делецией домена SET, приводящей к гипометилированию H3K4 и транскрипционной инактивации, являются одними из наиболее частых изменений при раке. При SCLC в генах, кодирующих MLL, были обнаружены множественные типы мутаций, включая миссенс-мутации и усечения; эти мутации были связаны с низким уровнем белка и глобальным снижением монометилирования гистона H3 лизина 4 (H3K4me1), маркера хроматина энхансеров транскрипции.

LSD1 (лизин-специфическая деметилаза 1), также известная как KDM1A деметилаза моно- и диметилирует лизин 4 гистона H3 (H3K4me1 / 2), тем самым эпигенетически регулируя активацию или репрессию экспрессии генов в различных контекстах. LSD1 сверхэкспрессируется при гематологических злокачественных новообразованиях и солидных опухолях, включая SCLC.
Два низкомолекулярных ингибитора LSD1, обозначенные как GSK2879552 и T-3775440, оказывают противоопухолевое действие на клетки SCLC in vitro и in vivo. Механически GSK2879552 вызывает широко распространенное гипометилирование, которое изменяет экспрессию ряда генов, включая ZEB1 и IGFBP2, а T-3775440 нарушает взаимодействие между LSD1 и факторами транскрипции домена SNAG (SNAIL / GFI1) INSM1 и GFI1B, тем самым подавляя экспрессию NE -ассоциированных генов, таких как ASCL1.

CREBBP [белок, связывающий элемент ответа цАМФ (CREB)] и EP300 (связанный с E1A p300) обладают внутренней активностью гистонацетилтрансферазы (HAT) и играют критическую роль в эмбриональном развитии, контроле роста и гомеостазе путем связывания ремоделирования хроматина с фактором транскрипции. При SCLC значительная часть опухолей пациентов несет мутации в генах, кодирующих эти факторы.
Характер кластеризации миссенс-мутаций в экзонах, кодирующих домен HAT, указывает на важность каталитической функции для подавления опухоли и, вместе с взаимной исключительностью мутаций CREBBP и EP300, также предполагает, что мутации, влияющие на домен HAT, могут иметь доминантно-отрицательные функции.

Механически CREBBP / EP300 ацетилирует H3K27 в энхансерных областях генов-мишеней по всему геному, чтобы способствовать транскрипции, которая, вместе с комплексом деметилазы MLL3 / 4-UTX, противостоит PRC2-опосредованному метилированию гистонов, которое обычно подавляет экспрессию генов. В контексте опухолевых клеток с измененной активностью CREBBP / EP300 модификация H3K27 нарушается, и пораженные гены, вероятно, супрессоры опухоли, сильно метилированы и подавлены. Отметим однако, что инактивация как CREBBP, так и EP300 усиливает метилирование H3K27, но также вызывает снижение экспрессии MYC; последний оказывается губительным для клеток НМРЛ. Следовательно, взаимоисключающий паттерн мутации CREBBP и EP300 может указывать не только на функциональную избыточность этих паралогов, но и на их синтетические летальные отношения.

Компоненты комплексов BAF-SWI / SNF и PBAF-SWI / SNF вовлечены в SCLC; при этом мутации были обнаружены в ARID1A / B (AT-богатый домен взаимодействия 1 A и B), PBRM1 (polybromo 1; также известный как BAF180) и BRG1 (SMARCA4). CHD7 (ДНК-связывающий белок 7 хромодомена геликазы), о котором известно, что он взаимодействует с PBRM1-содержащим комплексом PBAF, также мутирует в SCLC. В совокупности эти мутации обнаруживаются в значительных частях SCLC, предполагая роль эпигенетической регуляции, опосредованной SWI / SNF, в развитии SCLC.

BRG1 регулирует экспрессию MAX, партнера по димеризации MYC, и взаимодействует с MYC / MAX в экспрессии общего набора генов в SCLC. Но истощение BRG1 вызывает летальность конкретно в MAX-дефицитных клетках, значительно влияя на MYC в экспрессии генов. Кроме того, BRD4 (белок 4, содержащий бромодомен), белок, который связывается с ацетилированными гистонами и рекрутирует модификаторы хроматина и факторы транскрипции, представляет собой молекулярную мишень, представляющую интерес, поскольку ингибитор бромодомена JQ1 ингибирует рост раковых клеток со значительно более высокой эффективностью в MYC-амплифицированных линиях SCLC.

[albert52]

Продолжим.

Табак содержит множество канцерогенов, в частности NNK (см. выше), а также никотин, вызывающий привыкание. Никотиновая зависимость начинается со связывания никотина с его родственным рецептором, никотиновым рецептором ацетилхолина (nAChR). Полногеномные исследования ассоциации выявили причастность кластера генов nAChR, CHRNA5 / A3 / B4, к никотиновой зависимости и предрасположенности к раку легких. Так, сверхэкспрессия сгруппированных генов nAChR наблюдалась при мелкоклеточной карциноме легких (SCLC). Анализ промоторных областей этих генов выявил предполагаемые сайты связывания во всех трех промоторах для ASCL1, что повышает вероятность того, что этот фактор может регулировать экспрессию кластерных генов nAChR.
Нокдаун ASCL1 в SCLC, но не NSCLC, приводил к значительному снижению экспрессии генов α3 и β4 нейронных nAChR, не оказывая влияния на любой другой высоко экспрессируемый ген nAChR. Отметим, что локус восприимчивости к раку легких находится в длинном плече хромосомы 15 (15q24 / 15q25.1), геномной области, содержащей гены, кодирующие субъединицы α5, α3 и β4 (CHRNA5 / A3 / B4).

α3-содержащие подтипы nAChR участвуют в никотин-опосредованной активации пути Akt, тогда как подтип α7, как полагают, опосредует индуцированный никотином ангиогенез и индуцированное NNK ингибирование апоптоза. α7 nAChR также обладают высокой проницаемостью для кальция, и связывание NNK приводит к притоку кальция, который запускает сигнальные пути, которые приводят к пролиферации клеток, увеличению миграции клеток, ингибированию апоптоза и ангиогенезу. Эти пути, по-видимому, включают митоген-активированные киназы ERK1 и ERK2, протеинкиназу C (PKC), серин / треониновую киназу RAF1 и факторы транскрипции FOS, JUN и MYC. Кроме того, было показано, что воздействие никотина снижает эффективность противораковых средств путем ингибирования апоптоза.

Cреди солидных опухолей, SCLC, как известно, имеет одно из самых высоких значений мутационного бремени опухоли (TMB), что, как полагают, является отражением множества поражений, вызванных связанными с курением канцерогенами (по статистике только 2% пациентов не курило), но, что более важно, потенциально прогнозирует чувствительность к ингибиторам контрольных точек (иммунотерапии).

Эндогенная активация пути Notch приводит к переключению судьбы NE на не-NE в 10-50% опухолевых клеток в мышиной модели SCLC и в опухолях человека (см. выше). Этот переключатель частично опосредуется Rest / Nrsf, репрессором транскрипции, который ингибирует экспрессию генов NE. Notch-активные SCLC-клетки, не относящиеся к NE, медленно растут, что согласуется с супрессивной ролью Notch в опухолях, но эти клетки также относительно химиорезистентны и обеспечивают трофическую поддержку опухолевым клеткам NE, что согласуется с их про-онкогенной ролью.
Morimoto et al . обнаружили значительно увеличенное количество NE телец (NEB), которые представляют собой нишу для легочных NE стволовых клеток - вероятное происхождение первичного SCLC - у мышей с двойным нокаутом NOTCH.

Bторичный SCLC происходит из NSCLC, с потерей активности Notch, сопровождающейся повышенной активностью ASCL1, и с дальнейшими дополнительными генетическими изменениями в Tp53 и RB1. Вообще предварительное приобретение потенциальной нейроэндокринной дифференцировки посредством модуляции баланса Notch-ASCL1, по-видимому, важно в развитии SCLC, то есть сигнальный путь Notch важен для определения подтипов SCLC.
Отметим, что область промотора ASCL1 человека имеет мотивы энхансера транскрипции и ограниченные тканями репрессоры транскрипции, а мотив репрессора, последовательность N-бокса, чувствителен к активности передачи сигналов Notch через связывание Hes1. Более того, передача сигналов Notch может вызывать деградацию ASCL1 посредством активации протеасом.
Важно отметить, что блокада Notch в сочетании с химиотерапией подавляет рост опухоли и задерживает рецидив. Таким образом, опухоли SCLC генерируют свое собственное микроокружение посредством активации передачи сигналов Notch в подмножестве опухолевых клеток.

Как в легких, так и во многих других органах возникают комбинированные мелкоклеточные / немелкоклеточные опухоли и вторичные переходы от немелкоклеточной карциномы при лечении рака к нейроэндокринным и мелкоклеточным опухолям. Таким образом, мы предполагаем, что NE SCCs могут возникать не только как первичные поражения или как синхронная комбинированная карцинома, но также возникать как вторичные поражения в форме рецидивов, происходящих из немелкоклеточных карцином, вызванных терапией рака. При этом сопутствующее обогащение пронейральных ТF (ASCL1, NEUROD1, NEUROG2 и OLIG2) и ТF гомеодомена Nkx (NKX2.1, NKX2.2, NKX2.5 и NKX6.1) и подавление транскрипционной активности ТF семейств ETS и р53 являются, вероятно, критическими для трансформации в SCNC в разных типах тканей.
Так, все клинические образцы SCLC тесно сгруппированы с образцами SCPC, что указывает на гистологическое и транскрипционное сходство SCNC простаты и легких.

Комбинации трех факторов транскрипции, ASCL1, POU3F2 / BRN2 и MYT1L, достаточно для репрограммирования фибробластов и других соматических клеток в индуцированные нейрональные (iN) клетки. Она играет роль на ранних стадиях развития определенных нейронных клонов в большинстве областей ЦНС и нескольких клонов в ПНС.

Каноническая передача сигналов WNT при экспрессии ASCL1 уже оценивалась как терапевтическая мишень при SCLC и LCNEC, и ответственна за усиление пролиферации и инвазии при раке легких. В глиобластоме ASCL1 управляет передачей сигналов WNT путем ингибирования DKK1.
Противоапоптический BCL2 , по-видимому, сильно экспрессируется и необходим для нескольких нейроэндокринных опухолей легких человека с высоким уровнем ASCL1. Этот белок подавляет активность каспаз, предотвращая высвобождение цитохрома с из митохондрий и / или связываясь с фактором, активирующим апоптоз (APAF-1).

Также клетки ASCL1 High SCLC очень чувствительны к ингибиторам BET (например, JQ-1). ВЕТ (Bromodomain and extraterminal domain) состоит из повсеместно экспрессируемых BRD2, BRD3 и BRD4 и ограниченного семенниками BRDT и в основном распознает ацетилированный лизин гистона 4. Отметим, что JQ-1 снижает экспрессию ASCL1, но не NEUROD1.
Белки BET действуют как каркасы для рекрутирования других белков, локализованы на промоторах и особенно на энхансерах активных генов, участвующих в комплексе Mediator, в качестве основных факторов элонгации (продления) транскрипции.

Подмножество дважды отрицательных по ASCL1 / NEUROD1 , так называемых не-NE SCLC, экспрессирует и проявляет зависимость от POU2F3 - маркера хемосенсорных клеток пучка, которые в дыхательных путях легких также известны как щеточные клетки. Наконец, YAP1, регулятор транскрипции в сигнальном пути роста HIPPO, преимущественно экспрессируется в субпопуляции не-NE SCLC. Недавно появилось консенсусное предложение сгруппировать SCLC в четыре подтипа, определяемых экспрессией РНК ASCL1 , NEUROD1 , POU2F3 и YAP1, с указанием на них SCLC-A, SCLC-N, SCLC-P и SCLC -Y соответственно.
Впрочем YAP1 имел явно низкую экспрессию и не определял отдельный подтип SCLC. Напротив, POU2F3 был однозначно связан с подтипом двойной отрицательной реакции ASCL1 / NEUROD1, составляющим 7% SCLC, тогда как остальные дважды отрицательные опухоли (7% SCLC) остались без идентифицированного доминантного регулятора транскрипции (т. е. не указано иное).

POU2F3-положительный SCLCs характеризуются низким маркером NE / DLL3 минимум фенотипом. POU2F3-положительные опухоли представляют собой истинный SCLC, определяемый морфологией и чрезвычайно высокой скоростью пролиферации, несмотря на низкие маркеры NE и почти универсальное отсутствие экспрессии TTF-1. Обогащение экспрессии POU2F3 в комбинированном SCLC предполагает либо большую морфологическую пластичность, либо более тесную онтогенетическую связь с NSCLC, чем подтипы ASCL1 / NEUROD1.

[albert52]

Продолжим.

NE клетки являются первыми эпителиальными клетками, возникающими в легких, и их больше в легких плода и новорожденного, что указывает на их роль в развитии легких. Они происходят из популяции мультипотентных эпителиальных предшественников, маркированных экспрессией основного транскрипционного фактора спираль-петля-спираль (bHLH) ID2. Они могут давать начало всем основным типам респираторных эпителиальных клеток, включая PNECs. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что спецификация судьбы PNEC контролируется перекрестным взаимодействием между генами активатора и репрессора bHLH. Недавние исследования показывают участие множества NOTCH рецепторов в поддержании экспрессии Hes1 и в регуляции размера компартментов NE.

В легких мыши ASCL1 активирует дифференцировку NE, в то время как HES1 репрессирует этот путь, ингибируя образование комплекса ASCL1 / TCF3 и снижая транскрипцию Ascl1. Сообщалось о гиперплазии PNEC после патологических и индуцированных форм повреждения, таких как оксидантный стресс, курение и ожоговые травмы.

NEBs могут обеспечивать уникальное поддерживающее микроокружение для клеток-предшественников. Легкие - это покоящийся орган с очень медленным клеточным обменом, но с устойчивой регенеративной реакцией после травмы. В отличие от классических стволовых клеток, предполагаемые популяции предшественников легких хорошо дифференцированы. Тем не менее, недавние исследования указывают на замечательную пластичность.
В настоящее время клетки с регенеративной способностью включают базальные клетки, клубные клетки, вариантные клубные клетки, клетки AEC2, BASC и клетки ITGA6 + / ITGB4 + .

Области на плечах хромосом 4p, 4q, 10q, 13q, 16q и 17p демонстрируют высокую частоту потери гетерозиготности (LOH), уникальную для SCLC. RB1 глобально репрессирует сети плюрипотентности в соматических клетках посредством прямого связывания с известными генами плюрипотентности, такими как Oct4 и Sox2; последний амплифицируется в 27% случаев SCLC. Следовательно, потеря Rb1 ведет к дерепрессии этих факторов и усилению плюрипотентности, делая клетки более поддающимися репрограммированию, то есть усиливает их пластичность.

EZH2 экспрессируется на высоких уровнях в пролиферирующих нервных стволовых клетках и участвует в поддержании нейрональных предшественников и спецификации клонов. В SCLC они пытаются поддержать идущую вкривь и вкось вследствие мутаций предшественников NE дифференциацию. Кроме того, EZH2, как было установлено, регулирует фенотипический переключатель между базальными и секреторными клетками в легких.

58,8% SCLC, 5,2% аденокарциномы (ADC) и 23,5% тканей плоскоклеточного рака были окрашены положительно на Wnt11. Wnt11 контролирует дифференцировку NE, пролиферацию клеток и экспрессию E-кадгерина. Ascl1 и Wnt11 могут использовать механизм взаимодействия для управления биологией SCLC.

Известно, что многие типы лигандов и рецепторов Wnt взаимодействуют друг с другом, чтобы регулировать специфичные для клеток события передачи сигналов Wnt. Так, неканонический путь важен для регуляции дифференцировки NE и экспрессии E-cadherin и Snail при SCLC. Он активирует стресс-киназу Jun N-концевую киназу и Rho-связанный белок, содержащий спираль киназы 1, которая инициирует ремоделирование цитоскелета и, в конечном итоге, изменение клеточной адгезии и подвижности.
Повышенная регуляция канонического Wnt7b была обнаружена в клетках ADC, тогда как повышенная экспрессия Wnt5a была обнаружена в первичных SCC. SFRP1 , который ингибирует передачу сигналов Wnt путем связывания белков Wnt, снижается под действием Ascl1.

Как я уже говорил, Ascl1 является пионерским фактором «на мишени», который способен распознавать регуляторные элементы своих нейрональных генов-мишеней, даже если они связаны с нуклеосомами. Эта новаторская активность Ascl1 была связана со структурой его ДНК-связывающего домена, который короче, чем у других белков bHLH (например, Olig2, Neurod1, MyoD и Tal1) и, следовательно, вероятно, контактирует с меньшим количеством нуклеотидов в своем месте связывания, что позволяет Ascl1 связываться с этим сайтом, даже если остальные нуклеотиды заняты. В этой деятельности Ascl1 требует коэкспрессии с Sox2, предполагая, что Sox2 необходим для индукции состояния хроматина, разрешающего связывание Ascl1, или, альтернативно, что Sox2 направляет Ascl1 к важным сайтам-мишеням.

Фосфорилирование множественных сериновых остатков в Neurog2 и Ascl1 действует как реостатный регулятор связывания ДНК, предлагая модель, в которой нейрональные предшественники постепенно подавляют активность пронейрального белка за счет последовательности событий фосфорилирования после выхода из клеточного цикла.

Сильно фосфорилированные белки способны связывать и активировать только гены-мишени с открытым хроматином, такие как ген лиганда Notch Dll1, в то время как нефосфорилированные белки (в постмитотических кретках) способны связывать и активировать мишени с менее доступным хроматином, такие как гены дифференцировки Neurod1 для Neurog2 и Myt1 для Ascl1 за счет рекрутирования факторов ремоделирования хроматина.

Sox2 / Ascl1 и Sox2 / Neurog2 недостаточны для обеспечения однозначной идентичности нейротрансмиттеров в iNs (индуцированных). Однако экспрессия генов, связанных с конкретным нейрональным фенотипом, является только индикатором возможного фенотипа NE ( и не только их). Так, Neurog2 и Ascl1 могут быть достаточными для индукции про-нейрональной программы во время репрограммирования клонов соматических клеток, но недостаточны для определения специфического фенотипа iN.
Кстати, хотя ТС и Ас карциноиды (см.выше) проявляют отчетливую дисплазию клеток, но их NE дифференциация происходит значительно быстрее, чем при SCLC, так как сравнительно менее поврежденные нейрональные предшественники быстрее фосфорилируют Ascl1 и тормозят его пронейрональную активность (чтобы не увлекался).

[albert52]

Продолжим гепатоцеллюлярной карциномой (ГК)

Гепатоцеллюлярная карцинома (ГК) самая частая опухоль печени и одна из наиболее распространенных форм рака в мире. Она является пятой по распространенности и третьей по уровню смертности опухолью в мире. Основными факторами риска для развития ГК являются хронические инфекции вирусами гепатита В (HBV) или С (HСV) и длительное воздействие химических гепатоканцерогенов. За последние годы частота встречаемости ГК в странах с традиционно низким уровнем заболеваемости ГК стала возрастать, прежде всего в результате распространения HCV. В зонах высокого риска ГК обычно возникают у населения среднего возраста (20-34 лет), в то время как в странах с низким уровнем заболеваемости ГК страдают в основном пациенты старшего возраста (55- 59 лет).

Анализ генетических нарушений и изменений в экспрессии генов позволил выявить ряд факторов, вовлеченных в процесс гепатоканцерогенеза. Он включает гены, кодирующие факторы роста (трансформирующие ростовые факторы (TGF) α и β, фактор роста гепатоцитов (HGF) и их рецепторы), опухолевые супрессоры (Rb, p53), компоненты Wnt-сигнального пути, молекулы межклеточных контактов и адгезионные белки.

ГК чаще всего возникают на фоне хронических заболеваний печени, прежде всего при циррозе. В таких случаях возникновению ГК обычно предшествует образование гепатоцеллюлярных аденом, которые могут давать начало злокачественным ГК. Нередко в наиболее поврежденных участках печени наблюдается несколько очагов опухолевого роста.
От 50 до 80% ГК могут метастазировать в другие органы, прежде всего в легкие, семенники, костный мозг, желудочнокишечный тракт, мочевой пузырь и поджелудочную железу.

В печени можно четко наблюдать три основных стадии канцерогенеза: инициацию, промоцию и прогрессию. Инициация происходит при воздействии канцерогена или спонтанных изменениях в клетке, в дальнейшем приводящих к образованию опухоли. Инициация необратима, на этой стадии происходит ремоделирование хроматина и изменение активности ДНК, появляются мутации отдельных генов. Наличие в клетке других мутаций, например, нарушение системы репарации, усиливает эффективность инициации. Инициированные клетки можно обнаружить в нормальной ткани по ускорению роста, они, как правило, не экспрессируют специфических маркеров. Группы таких клеток получили название пренеопластических фокусов или узелков.

Промежуток времени, необходимый для клинического проявления опухоли, получил название промоции. В этот период в клетке происходят существенные изменения метаболизма и активности генов, способствующие трансформации. Эта стадия обратима. Клетки, находящиеся на этой стадии канцерогенеза, можно отличить по изменению спектра экспрессии генов, появлению белков, нехарактерных для данной ткани или стадии дифференцировки, а также по изменению спектра ферментативной активности. Для гепатоцитов на стадии промоции характерны снижение активности ферментов синтеза гликогена, накопление рибосом и появление эмбриональных форм ферментов метаболизма, например, рост активности эмбриональной изоформы γ-глютамилтранспептидазы.

Стадия промоции сопровождается морфологическими изменениями: значительное усиление роста приводит к обособлению гиперпластических узелков. Клетки в таких фокусах характеризуются деконденсацией хроматина вследствие глобального гипометилирования гистонов и ДНК, разрушением межклеточных контактов и отделением клеток друг от друга. Стадия промоции завершается либо полным исчезновением гиперплазии, либо образованием опухоли, дальнейшее развитие которой происходит за счет прогрессии.

Прогрессией называется процесс постепенного приобретения опухолью все более автономного и агрессивного характера роста. Эта стадия необратима, так как для нее характерна растущая нестабильность генома, приводящая к анеуплодиям и другим хромосомным аберрациям.
Так, большинство гепатоцитов нормальной взрослой печени находятся в покоящемся состоянии. Постоянная индукция вхождения в клеточный цикл при воспалении ведет к подавлению механизмов репарации ДНК, что может стать причиной мутаций и хромосомных перестроек. Дополнительным механизмом развития злокачественного фенотипа в таких клетках является подавление про-апоптотических механизмов.
В то же время, обширный фиброз печени приводит к нарушению ее нормальной дольчатой структуры, и, как следствие, к изменению межклеточных взаимодействий, взаимодействий клеток с внеклеточным матриксом (ВКМ) и к снижению контроля клеточного роста. В этих условиях клетки, которым благодаря генетическим нарушениям удалось избежать апоптоза и/или иммунного ответа, претерпевают трансформацию и могут дать начало ГК.

ГК обычно возникает вследствие хронического гепатита. Так, у пациентов с хронической инфекцией HBV риск возникновения ГК повышен 70 раз. При этом в геноме HBV не содержится онкогенов, действие этого вируса определяется транс-активацией или транс-репрессией клеточных генов белками вируса. Что касается вируса гепатита С, то ГК развиваются примерно у 20 % носителей HCV и 5 % носителей HBV; таким образом, бессимптомная инфекция HCV представляется существенно более опасным фактором риска для возникновения ГК.

В той или иной степени трансформирующие свойства описаны для корового белка HCV и неструктурных белков NS5А, NS4В и NS3. Участие этих белков в гепатоканцерогенезе осуществляется, скорее всего, за счет связывания с клеточными белками и/или трансактивационных свойств. При этом коровый белок - центральный компонент вириона, необходимый для формирования нуклеокапсида. Он может вызывать антиапоптотический эффект через активацию NF-κB.
Также гепатоциты, экспрессирующие коровый белок, обладают повышенной устойчивостью к Fas-индуцированому апоптозу. Есть данные, что этот белок способен супрессировать активность промотора р53, а также активировать MAPK/ERK путь передачи сигнала. Отметим, что мутации гена р53 обнаружены примерно в трети случаев ГК.

Необходимо отметить, что хроническая инфекция не обязательно ведет к развитию опухолей печени, более того, среднее время возникновения опухолей у носителей вируса составляет 10-30 лет. Дальнейшее развитие ГК в таком случае определяется действием ко-факторов, способных вызвать дальнейшее развитие опухолевого фенотипа.

[albert52]

Продолжим.

В последние годы сформулирован ряд общих свойств, определяющих злокачественную трансформацию клеток. Так, нормальные клетки нуждаются в ростовых сигналах, которые передаются посредством каскада тирозиновых киназ. Такими сигналами могут служить растворимые ростовые факторы, компоненты ВКМ и молекулы межклеточных контактов. В нормальной печени значительные количества ростовых факторов откладываются в ВКМ и играют ключевую роль в активации пролиферации при регенерации, сопровождающейся деградацией матрикса. При канцерогенезе аналогичный эффект может быть достигнут при активации матриксных металлопротеаз (ММП). В других случаях опухолевая клетка сама приобретает способность синтезировать необходимый фактор, аутокринно стимулируя свою пролиферацию.

Еще одним способом обеспечения митотической стимуляции является гиперэкспрессия рецепторов ростовых факторов или их структурная перестройка, делающие клетку более чувствительной к пролиферативным сигналам. Все эти механизмы реализуются для HGF, продуцируемого эндотелием печени. Клинические исследования показали, что у многих пациентов с ГК значительно повышен уровень экспрессии HGF или его рецептора c-met.

К другим гепатоцитарным митогенам, вовлеченным в опухолевую трансформацию, относят TGFα, эпидермальный фактор роста (EGF) и IGF2. Мишенью активирующих мутаций в ГК часто становится ген передающей пролиферативный сигнал киназы Ras.

Нормальная клетка постоянно получает сигналы, которые удерживают ее либо в стадии покоя G0, либо в постмитотической стадии. Такие сигналы определяются цитокинами, компонентами ВКМ и межклеточными взаимодействиями и посредством трансмембранных рецепторов активируют внутриклеточные антипролиферативные механизмы. Трансформированная клетка должна обладать способностью преодолевать сигналы, препятствующие ее росту.

Одним из ключевых регуляторов клеточного цикла является белок Rb, регулирующий активность транскрипционного фактора E2F. В гипофосфорилированном состоянии pRb связывает E2F, который необходим для экспрессии генов, контролирующих переход из G1 в S-фазу. Нарушения Rb сигнального пути (мутации самого гена, нарушения TGFβ-зависимого пути передачи сигнала, инактивация Rb вирусными онкогенами, мутации p15 INK4B, Smad4 или циклин-зависимой киназы (CDK4) делают клетку нечувствительной к антипролиферативным сигналам, которые определяют остановку клеточного цикла в G1 фазе.

Потеря клетками чувствительности к тормозящим пролиферацию сигналам ВКМ может происходить за счет изменения в спектре экспрессии интегринов. Еще один характерный для ГК путь утраты чувствительности к запрещающим рост сигналам активация Wnt сигнального пути за счет нарушения адгезионных контактов, стабилизации β-катенина и его транслокации в ядро, где в комплексе с факторами Tcf/LEF этот белок может активировать транскрипцию генов c-myc, циклина D1, ММП и фибронектина. Этот механизм чаще всего реализуется за счет мутаций гена β-катенина.

Даже приобретя способность к неограниченному росту и независимость от ростовых сигналов, трансформированные клетки не могут создать опухоль значительной массы, пока их репликативный потенциал ограничен пределом Хайфлика, связанным с физическим укорачиванием теломер при делении. Однако репликативный потенциал трансформированных клеток может стать практически неограниченным благодаря активности теломеразы, сложного комплекса с обратно-транскриптазной активностью, достраивающего концы хромосом с РНК-матрицы. Такой же механизм обеспечивает способность эмбриональных тканей к пролиферации.

Ткань печени в этом смысле находится в особом положении, так как она способна к практически неограниченной регенерации. Так, в печени грызунов теломераза конститутивно активна, при регенерации ее активность существенно повышается. Возможно, в таких случаях активация теломеразы не является критическим этапом для опухолевой трансформации, однако может отражать изменения в находящихся выше механизмах транскрипционной регуляции. Повышение теломеразной активности описано для разных типов опухолей, в том числе для 85% ГК.
Активность теломеразы в значительной степени определяется уровнем транскрипции гена TERT, который кодирует каталитическую субъединицу, обладающую РНК-зависимой ДНК-полимеразной активностью. Регуляция экспрессии гена TERT может непосредственно активироваться протоонкогеном c-myc, который часто гиперэкспрессируется в различных типах опухолей, в том числе в ГК. Гиперэкспрессия c-myc при гепатоканцерогенезе может достигаться за счет амплификации самого гена, либо при активации Wnt сигнального пути.

Растущей опухоли так же, как и нормальной ткани, необходимо поступление питательных веществ и кислорода. Ангиогенез регулируют инициирующие (фактор роста эндотелия сосудов (VEGF), факторы роста фибробластов (FGF) -1 и -2) и блокирующие (тромбоспондин-1) факторы. При этом в печени осуществляется положительная обратная связь между эндотелием сосудов и гепатоцитами: эндотелий продуцирует HGF, являющийся сильным митогеном для гепатоцитов, а нормальные гепатоциты на низком уровне продуцируют VEGF, активирующий рост сосудов.

При росте опухоли спектр продуцируемых регуляторов сосудистого роста смещается в пользу факторов, индуцирующих ангиогенез. Задача облегчается, если мутирован или подавлен р53, который активирует экспрессию тромбоспондина-1, или если активирован Ras, являющийся активатором VEGF. Кроме того, ангиогенезу может способствовать β-катенин-зависимая активация металлопротеиназ, разрушающих ВКМ, из которого освобождается значительный запас ростовых факторов (см. выше).

Метастазы являются причиной смерти 90% онкологических больных. При этом молекулы межклеточной адгезии, белки щелевых контактов (коннексины) и рецепторы ВКМ (интегрины) являются самыми частыми мишенями для изменений при трансформации и прогрессии. Так, утрата полярности клеток ведет к изменению цитоскелета, одним из маркеров ЕМР является переход от цитокератиновых промежуточных филаментов к виментиновым.

ЕМР индуцируется сигналами, поступающими извне клетки (растворимые ростовые факторы и компоненты матрикса), которые интегрируются на мембране за счет взаимодействия со специфическими рецепторами и определяют активацию малых ГТФ-связывающих белков Ras, Rho и Rac. Основными механизмами внутриклеточной передачи сигнала для ЕМР являются MAP-киназный и PI3-киназный каскады, а также Src-зависимый сигнальный путь, определяющий фосфорилирование белков, связанных с цитоскелетом.

Мигрирующая клетка встречает новые для себя компоненты ВКМ, и изменения в спектре экспрессии интегринов позволяют ей более успешно взаимодействовать с ними. Так, в низкодифференцированных ГК активируется синтез рецепторов к ламинину, что дает клеткам преимущества при миграции, инвазии и метастазировании. Активация внеклеточных протеаз позволяет физически разрушить ограничивающий движение матрикс.

Взаимосвязь клеток в эпителиальном пласте во многом обеспечивают щелевые контакты, для гепатоцитов основным компонентом таких контактов является коннексин 32 (Сх32). В ГК экспрессия Сх32 часто бывает утрачена несмотря на отсутствие значительных делеций или мутаций этого гена. Вероятно, подавление экспрессии этого гена является результатом нарушения регуляторных путей, определяющих его транскрипцию.

Подавление экспрессии Е-кадгерина описано в ГК на поздних стадиях развития опухоли, при инвазии и н***агоприятном прогнозе. В некоторых случаях нарушение нормального уровня экспрессии гена Е-кадгерина может быть связано с активацией протоонкогена c-myc или с репрессорным действием родственных транскрипционных факторов Snai1 и Slug. Отметим, что в регуляцию экспрессии генов семейства Snai1 при ЕМР вовлечены различные сигнальные каскады (TGFβ, FGF и Wnt).

[albert52]

Продолжим.

Частые аллельные делеции при гепатоканцерогенезе выявлены в локусе 13q, на котором картированы гены Rb и BRCA2. Опухоли с делециями в 13q13-14 обычно характеризуются низким уровнем дифференцировки. Значительное снижение экспрессии Rb отмечено в 30-50% случаев ГК, в строгой корреляции с генетическими поломками гена р53. Инактивация Rb может быть вызвана как мутациями самого гена, так и потерей чувствительности к TGFβ, инактивацией p16 INK4A, p15 INK4B или CDK4. Гены TGFb RII, Smad2, Smad4 мутированы в ГК очень редко, TGFβ путь передачи сигнала нарушен примерно в 10% случаев. Впрочем существенная часть генов с максимальным уровнем активации оказались TGFβ-индуцируемыми, что указывает на вовлеченность сигнального пути, регулируемого факторами этого семейства, в прогрессию опухолей печени. Важно отметить, что развитие инвазивного фенотипа сопровождается секрецией в среду значительных количеств TGFβ, что обеспечивает аутокринную регуляцию сигнала.

В 17-27% случаев в ГК наблюдается потеря одной из аллелей 10q, на которой картирован опухолевый супрессор PTEN (10q23), который блокирует сигналы, обеспечивающие рост и выживание клеток. Также во многих человеческих опухолях описано гиперметилирование регуляторного района гена CDKN2A, расположенного на 9р21. Продукты этого гена p16 INK4A, ингибитор CDK 4 и 6, который блокирует клеточный цикл в G1 фазе через дефосфорилирование Rb и репрессию E2F, и р14 ARF, участвующий в регуляции р53 через ингибирование mdm2. Потеря гетерозиготности в 9р наблюдается примерно в 20% случаев ГК, соматические мутации достаточно редки, но в то же время примерно половина опухолей не содержит p16 INK4A вследствие метилирования de novo промотора CDKN2A.

Амплификация локуса 8q24.12-q24.13, содержащего ген с-myc, коррелирует с повышением уровня этого белка в опухолях печени. Такая амплификация обычно наблюдается в дифференцированных ГК, что позволяет предположить, что амплификация гена с-myc определяет ранние этапы гепатоканцерогенеза. Кстати, отмечена положительная обратная связь между c-myc и SIRT1; сиртуины (SIRT1), NAD + - зависимые гистоновые деацетилазы класса III, связаны с деацетилированием гистонов и подавлением транскрипции генов, а также с процессом старения. Здесь видимо наблюдаем компенсаторный процесс типа упомянутого мной параллельного возрастания уровней р53 и Bcl-2 при апоптозе.

Сигнальный путь FGF играет ключевую роль в индукции гепатоцитарного пути дифференцировки. Компетентность к принятию индуцирующего сигнала обеспечивает гепато-специфический фактор HNF3β. Благодаря структурному сходству с гистонами он обеспечивает разворачивание конденсированного хроматина и облегчает связывание с регуляторными районами гепатоцитарных генов энтодермального фактора GATA4.
Т.о. факторы HNF3β и GATA4 в онтогенезе кооперативно регулируют свойства энтодермы таким образом, чтобы она была способна к развитию по гепатоцитарному пути. Кроме этих двух факторов, на формирование печеночного зачатка влияет гомеобелок Hex, один из самых ранних маркеров передней части эмбриональной энтодермы. Для превращения в зрелые гепатоциты, гепатобласты должны пройти процесс дифференцировки, который включает в себя приобретение эпителиального фенотипа и активацию экспрессии генов, обеспечивающих метаболизм, детоксикацию и синтез сывороточных белков. Ключевая роль в этом процессе отводится гепатоцитарному ядерному фактору HNF4α.

Восстановление экспрессии HNF4α в экспериментах привело к значительным изменениям клеточной морфологии гепатом, образованию эпителиальных островков с плотными контактами. Восстановление эпителиального фенотипа при реэкспрессии HNF4α сопровождается нормализацией контактов клеток с ВКМ.

Важно отметить, что HNF4α участвует в регуляции генов, ответственных за детоксикацию и метаболизм лекарственных веществ, и, прежде всего цитохромов P450. Поэтому его утрата при прогрессии ГК может иметь дополнительные последствия можно ожидать, что HNF4α-негативные опухоли хуже реагируют на лекарственную терапию. Следовательно, восстановление экспрессии HNF4α представляется действенным способом повышения чувствительности ГК к терапевтическим воздействиям.
В дифференцированных гепатомных клеточных линиях выявляются значительные количества HNF4α и HNF1 (но не vhnf1). Дедифференцировка таких гепатом обычно сопровождается подавлением экспрессии генов HNF4α и HNF1 и увеличением количества vhnf1. Подавление активности HNF1 и HNF4α описано также у пациентов с опухолями почек (80% случаев).

Отметим, что HNF вовлечены в регуляцию экспрессии вирус-специфических белков вирусов гепатита В и С, которые избирательно поражают клетки печени. Для экспрессии своих белков HBV использует активность факторов HNF1, HNF3, С/ЕВР, FTF и HNF4α. По-видимому, наибольшее значение для экспрессии вирусных генов имеет HNF4α, влияющий на уровень транскрипционной активности промоторов нуклеокапсида, большого поверхностного антигена и энхансера гена I/X. Вероятно, именно необходимость HNF для репликации HBV определяет его гепато-специфичность.

Собственно морфогенез печени заключается в формировании печеночных балок, синусоидов, желчных протоков и всего комплекса кровоснабжения; морфологическое усложнение печени происходит параллельно с увеличением ее размера. В этом процессе задействовано много общераспространенных регуляторов. Показано, что инактивация генов c-jun, HGF, его рецептора c-met, гомеобоксного фактора Hlx, экспрессируемого мезенхимой развивающейся печени Xbp-1 (X-box binding protein 1), приводит к гипоплазии печени.

В ходе прогрессии ГК происходит активация транскрипции гена α3 субъединицы интегрина, которая характерна для незрелых и трансформированных гепатоцитов. Субстратная специфичность α3 субъединицы направлена преимущественно на взаимодействие с деградированными компонентами ВКМ, которые могут образовываться благодаря упомянутой ниже инактивации ингибиторов протеиназ. Одновременно с утратой эпителиальных признаков при прогрессии в ГК наблюдается координированное подавление экспрессии целого ряда гепато-специфических генов (альбумин, АФП, транстиретин, α1-ат, многие аполипопротеины, альдолаза В, пируваткиназа L и другие), соответствующее типичному для карцином антигенному упрощению опухолей.

В то же время дедифференцированные варианты несут отпечаток гепатоцитарного происхождения, сохраняя экспрессию ряда генов, специфичных для печени (трансферрин и некоторые аполипопротеины). В целом при прогрессии опухоли проиходит координированное падение уровней экспрессии целого блока транскрипционных факторов, влияющих на установление и поддержание гепатоцитарного фенотипа, а именно HNF4α, HNF1, vhnf1, HNF3γ, HNF6, C/EBPα, FTF, и гиперэкспрессия COUP-TFI.

Отметим еще ген онко-эмбрионального маркера АФП (Alpha-fetoprotein). Отсутствие экспрессии АФП в некоторых де-дифференцированных ГК вероятно стало следствием репрессии транс-факторов, регулирующих транскрипцию этого гена, и свидетельствует об их большей злокачественности по сравнению с другими опухолями.

Свыше половины наиболее репрессированных в ходе прогрессии генов кодирует сывороточные белки, специфичные для печени. Существенную часть из них составляют ингибиторы протеиназ. Возможно, именно активация протеиназ в отсутствие их ингибиторов приводит к нарушению морфологии и повышению инвазивности быстрорастущей опухоли.

Основная причина снижения противоракового иммунитета - это дисфункция или истощение Т-клеток. Было предложено несколько факторов, ответственных за это явление, в том числе аномальное увеличение количества ингибиторов контрольной точки, таких как белок 1 программируемой гибели клеток (PD1), цитотоксический антиген 4 Т-лимфоцитов (CTLA4), белок гена 3 активации лимфоцитов (LAG3) и клеток-киллеров, лектиноподобного рецептора G1 (KLRG1).
Недавно выделено 11 функциональных субпопуляций Т-клеток. Конкретные подмножества, такие как CD8 + Т-клетки и Treg, предпочтительно обогащаются и потенциально клонально размножаются в ГК (HCC).

[albert52]

Продолжим.

Почти 25 лет назад Дворжак признал, что состав опухолевой стромы очень похож на состав грануляционной ткани заживляющих кожных ран. Поэтому он предполагает, что опухоли являются ранами, которые не заживают. Также 90% случаев ГЦК имеют естественный анамнез неразрешенного воспаления и тяжелого фиброза (или цирроза) независимо от первопричины заболевания печени. При этом NF-κB и STAT3, вероятно, играют важную роль в воспалительных реакциях печени и поддержании гомеостаза, а также вносят критический вклад в развитие и прогрессирование ГЦК. Наиболее вероятные связанные с раком конститутивные активности NF-κB являются результатом воздействия провоспалительных стимулов в микроокружении опухоли.

NF-κB и STAT3 каждый контролируют экспрессию большого количества нижестоящих генов, которые контролируют пролиферацию клеток, выживание, стрессовые реакции и иммунные функции. Некоторые из генов-мишеней для NF-κB и STAT3 перекрываются, и, кроме того, два транскрипционных фактора участвуют как в положительных, так и в отрицательных перекрестных связях. Гибель гепатоцитов при воспалении приводит к высвобождению IL-1α, который активирует передачу сигналов NF-κB в клетках Купфера, которые продуцируют панель цитокинов и факторов роста, включая IL-6.

IL-6, высвобождаемый клетками Купфера, активирует STAT3 в гепатоцитах, а активи -рованные STAT3 гены имеют решающее значение для компенсаторной пролиферации гепатоцитов и онкогенеза печени. Активация NF-κB приводит к повышенной экспрессии белков, таких как тяжелая цепь ферритина и супероксиддисмутаза 2, которые имеют антиоксидантную функцию, которая предотвращает чрезмерное накопление АФК.

NF-κB, набор димерных транскрипционных факторов, впервые идентифицированных на основе их взаимодействия с энхансером легкой цепи иммуноглобулина в В-клетках, присутствуют во всех клетках. Семь различных белков NF-κB могут образовывать различные димеры, не все из которых являются активными. Эти белки включают в себя: NF-κB1 (p105 и p50), NF-κB2 (p100 и p52), RelA (p65), RelB и c-Rel, и например, димер NF-κB, который перемещается в ядро ​​при стимуляции сигаретным дымом, преимущественно состоит из c-Rel/p50.

В нестимулированных клетках большинство димеров NF-κB удерживаются в цитоплазме путем связывания с ингибирующими белками IκB, за исключением димеров, образо -ванных р105 и р100, которые неактивны и содержат собственные IκB-подобные фрагменты. В ответ на провоспалительные стимулы, такие как фактор некроза опухоли (TNF) или интерлейкин-1β (IL-1β), активируется комплекс IκB-киназы (IKK), состоящий из каталитических субъединиц IKKα и IKKβ и регуляторной субъединицы IKKγ, что приводит к IκB фосфорилированию и возможной убиквитин-опосредованной деградации, приводящая к ядерному проникновению освобожденных димеров NF-κB и стимуляции транскрипции генов, кодирующих цитокины и антиапоптотические факторы. В целом пути NF-κB и JNK являются критическими регуляторами продукции цитокинов, связанных с продвижением опухоли.

Два нетрадиционных члена семейства IKK, IKKε и TBK1, активируют NF-κB при эпителиальном раке. При врожденном иммунном ответе на вирусы рецепторы Toll и цитозольные рецепторы нуклеиновых кислот активируют эти нетрадиционные IKK, тем самым задействуя пути NF-κB и интерферона типа I. Механизм, с помощью которого эти киназы регулируют путь интерферона, заключается в фосфорилировании IRF3 и IRF7, вызывая их ядерную транслокацию, но их способ действия на пути NF-κB менее изучен. Одним из механизмов может быть индукция TNFα с помощью IRF3, тем самым активируя классический путь NF-κB в петле прямой связи.
Отметим еще, что примерно в одной шестой случаев рака молочной железы наблюдается усиление или амплификация высокого уровня области на хромосоме 1, кодирующей IKKε. В биоптатах рака молочной железы экспрессия IKKε коррелировала с увеличением ядерного c-rel, указывая на активацию пути NF-κB.

Недавно определенным субстратом IKKε является деубиквитиназа CYLD. Фосфорилирование серина 418 CYLD снижает его деубиквитиназное действие по отношению к IKKγ и TRAF2. Таким образом, сверхэкспрессия IKKε может уменьшить негативное влияние CYLD на путь NF-κB. Тем не менее, IKK требует фосфорилирования субъединицы IKKβ в своей петле активации в дополнение к убиквитинированию IKKγ, чтобы стать функционирующей киназой, и в настоящее время неясно, как сверхэкспрессия IKKε способствует этим посттранскрипционным модификациям.

Матриксные металлопротеиназы (ММП) продуцируются воспалительными и опухолевыми клетками и играют ключевую роль в деградации внеклеточного матрикса и базальных мембран. Желатиназы (ММР-2 и ММР-9), в частности, являются прогностическими факторами во многих солидных опухолях, и их экспрессия также регулируется активацией NF-kB.

Из двух каталитических субъединиц IKKβ является той, которая наиболее критична для деградации IκB, образуя ядро ​​того, что известно как классический путь активации NF-κB. Напротив, IKKα необходим для индуцируемого процессинга неактивного белка p100 до его активного производного p52, таким образом формируя ядро ​​так называемого альтернативного пути NF-κB.
Совсем недавно мутации в вышестоящих компонентах сигнальной системы IKK-NF-κB были идентифицированы при множественной миеломе и, как полагают, приводят к клеточной автономной активации NF-κB, тем самым повышая выживаемость и пролиферацию клеток. Также во взрослых гепатоцитах IKKα и IKKβ могут иметь несколько избыточных функций в подавлении апоптоза и некроза.

На основании имеющихся данных можно с уверенностью заключить, что путь IKK / NF-κB важен для выживания гепатоцитов и поддержания гомеостаза печени в ответ на различные экологические проблемы, которые могут индуцировать выработку TNF и других гепатотоксических цитокинов. Снижение активности NF - κB и повышение активности JNK способствуют индуцированной TNF- α гибели клеток. Компенсаторная пролиферация гепатоцитов таким образом зависит от продукции таких факторов, как TNF - α , IL-6 и фактор роста гепатоцитов непаренхиматозными клетками, и активация NF- kB важна для продукции этих цитокинов.

Инактивация IKKβ в клетках ГЦК или гепатоцитах способствует накоплению АФК, которые окисляют каталитический цистеин различных протеинтирозинфосфатаз (РТП), включая SHP1 и SHP2, которые дефосфорилируют STAT3 и JAK2 . Окисление SHP1 и SHP2 приводит к потере их каталитической активности и накоплению фосфорилированных и активированных JAK2 и STAT3, которые стимулируют пролиферацию и онкогенный рост NF-κB-дефицитных HCC. Так, фосфорилированный (то есть активированный) STAT3 обнаружен примерно у 60% HCC, причем STAT3-позитивные опухоли были более агрессивными.

Не только NF-κB может влиять на активность STAT3, было также обнаружено, что STAT3 способствует активации NF-κB. Активированный STAT3 в раковых клетках способен связывать RelA / p65 в ядре, и это приводит к обратимому ацетилированию RelA / p65 с помощью STAT3-рекрутированной ацетилтрансферазы p300 . Ацетилирование RelA / p65 продлевает его ядерное удержание. Поэтому было высказано предположение, что активированный STAT3 может объяснять конститутивную активацию NF-κB при некоторых раковых заболеваниях человека.

Отметим, что активация STAT3 также включает сильные петли отрицательной обратной связи с участием фосфатаз SHP и подавителя передачи сигналов цитокинов 3 (SOCS3). Эти механизмы обратной связи снижают активность STAT3 и гарантируют, что цитокин-индуцированная активация STAT3 является временным явлением в нормальных клетках. Однако в раковых клетках STAT3 часто оказывается конститутивно активированным (см. выше).

[albert52]

Продолжим.

Пациентам с гепатоцеллюлярной карциномой (ГЦК), наиболее частым первичным раком печени и второй ведущей причиной смертности от рака во всем мире, проводят хирургическую резекцию. Однако остаточная печень может демонстрировать плохую регенеративную дееспособности из-за сопутствующей патологии.

Хотя на гепатоциты приходится около 80% массы печени, присутствуют и другие биологически важные типы клеток: билиарные эпителиальные клетки (BEC или холангиоциты), синусоидальные эндотелиальные клетки (SEC), клетки Купфера (KC, резидентные макрофаги печени), Pit-клетки (тканевые лимфоциты с функцией естественных клеток-киллеров) и звездчатые клетки печени (HSCs).

Развитие печени у эмбриона происходит в несколько этапов :
В общих чертах, во-первых, клетки становятся «компетентными» и могут ограничивать свою судьбу.Затем компетентные клетки последовательно становятся «коммитированными» к специфической линии, проявляя морфологические изменения и экспрессируя гены, связанные с коммитацией клеток. В конце концов, клетки затем 'дифференцируются' вдоль этого клона и становятся в конечном счете способными выполнять функцию терминально дифференцированной клетки. У мышей на ранних стадиях развития эпителиальные клетки энтодермы передней кишки экспрессируют факторы транскрипции (ТФ) Foxa1/2 и Gata4-6, что позволяет установить «компетентность» этих клеток развиваться в печень.
В передней кишке плода базальный слой, окружающий печеночную энтодерму, разрушается и гепатобласты отслаиваются от эпителия, мигрируют, проникают в соседний ВТМ и продолжают пролиферировать и дифференцироваться, давая зарождающийся зачаток печени. Для этого процесса необходимы несколько ТФ и сигналы от эндотелиальных клеток, такие как Hhex, Gata4-6, Prox1, Onecut-1 (OC-1, также известный как Hnf6) и Onecut-2 (OC-2).

На одной из основных стадий бипотенциальные гепатобласты «дифференцируются» в гепатоциты и холангиоциты. Первоначально гепатобласты экспрессируют гены, связанные как со взрослыми гепатоцитами (Hnf4a, Alb, CK-8/18), так и с BEC (CK-19), а также с генами печени плода, такими как Afp. Те гепатобласты, которые находятся рядом с воротными венами, принимают специфическую структуру вместе с экспрессией BDS7, увеличением CK-19 и BEC TF (OC-1/2 и HNF1b), сопровождающимся подавлением печеночных генов, и, наконец, становятся холангиоцитами. Среди задействованных сигналов мезенхимы обнаружены TGF-b и Jagged-Notch, которые стимулируют экспрессию EGF и вместе с HGF участвуют в дифференцировке в сторону билиарного эпителиального фенотипа.
Напротив, большинство гепатобластов, локализованных в паренхиме печени, дифференцируются в гепатоциты, приобретая характеристики эпителиальных клеток, расположенных в печеночных хордах и экспрессирующих Alb и CK-8/18. Сигналы, такие как онкостатин М (OSM), глюкокортикоиды, HGF и Wnt, способствуют дифференцировке гепатоцитов, большинство из них посредством регуляции ТФ C/EBPa, Hnf1a и Hnf4a. Созревание в гепатоциты и холангиоциты продолжается до нескольких недель после рождения.

Регенерация печени (LR) представляет собой появление новых гепатоцитов во взрослом возрасте. Взрослые гепатоциты могут размножаться строго регулируемым образом, регенерируя печень в ответ на хирургическую резекцию, токсическое повреждение, инфекции, экзогенный стимул, массивный некроз гепатоцитов или апоптоз. Тем не менее, этот процесс на самом деле представляет собой «компенсаторную гиперплазию и гипертрофию». Хотя общепризнано, что гепатоциты подвергаются от одного до двух циклов клеточного деления после экстирпации, несколько исследований указывают на гипертрофию гепатоцитов во время LR.
Причина этого особого процесса в том, что функции печени чрезвычайно важны для выживания организма. Масса печени поддерживается в очень узком диапазоне по отношению к общей массе тела, известному как печеночный индекс (масса печени/масса тела x100 - 4-5%). Если наблюдается потеря или увеличение массы печени, например, после повреждения печени или беременности, соответственно компенсаторная пролиферация или апоптоз клеток восстанавливают это соотношение после устранения стимула.

В настоящее время общепризнано, что существуют две физиологические формы LR в ответ на различные типы повреждения печени. Первый, в случае резекции и некоторых химических поражений печени, заключается в замещении печеночной массы репликацией существующих гепатоцитов, что считается самым быстрым и эффективным способом LR. Это опосредуют три сети: цитокины, факторы роста (GFs) и метаболические сигналы. Из-за высокой избыточности среди их внутриклеточных компонентов потеря отдельного гена редко приводит к полному ингибированию LR.

В состоянии покоя гепатоциты не полностью реагируют на GF и нуждаются в «примировании» для вступления в клеточный цикл (фаза G1). Сеть цитокинов действует как «фаза прайминга», которая происходит в течение первых 4 часов и начинается с распознавания ассоциированных с патогенами молекулярных паттернов (PAMP) и молекулярных паттернов, связанных с повреждением (DAMP), высвобождаемых из некротических клеток после повреждения ткани (см. выше). Они запускают естественный иммунный ответ, секрецию TNF-a и синтез интерлейкинов IL-6, IL-1b и IL-8.

Вкратце, происходит первоначальная активация ядерного фактора каппа B (NF-κB) через TNF, лимфотоксин (из Т-клеток) и/или компоненты комплемента с последующей секрецией IL-6. В свою очередь, IL-6 связывается со своим рецептором на гепатоцитах, что приводит к активации среди других путей STAT3. Затем в течение 2 часов индуцируются несколько генов немедленного раннего развития, связанных с пролиферацией гепатоцитов, такие как c-Fos, c-Jun и другие.
После того, как цитокины запустили переход G0/G1, митогенные GF EGF и HGF активируют соответствующие рецепторы, рецептор EGF (EGFR) и c-Met, стимулируя продвижение гепатоцитов по клеточному циклу, подключая соответствующие сигнальные пути. Среди них митоген-активируемая протеинкиназа (MAPK), STAT3, фосфатидилинозитол-3-киназа (PI3K)/Akt и ERK1/2 являются наиболее важными для LR, регулируют множество TF. Вместе с индукцией генов циклинов и CDK они облегчают переход к синтезу ДНК и митозу.

Особенно c-Met и EGFR являются ключевыми факторами LR, которые заслуживают подробного обсуждения. Рецептор c-Met активируется митогеном HGF, продуцируемым непаренхиматозными клетками, такими как HSC и SEC. Он продуцируется HSCs в виде одиночного пептида (pro-HGF) и откладывается во внеклеточном матриксе (ECM). После резекции печени происходит активация этого про-HGF, в результате чего активный HGF высвобождается в окружающую гепатоциты среду, а также в кровообращение.

Рецептор EGF активируется через различные источники: аутокринным образом с помощью амфирегулина (AR) и трансформирующего фактора роста-альфа (TGF-a); с помощью гепарин-связывающего EGF-подобного фактора роста (HB-EGF), полученного из KC и SEC; и EGF, секретируемым слюнными железами и железами Бруннера в двенадцатиперстной кишке. Лиганды EGFR имеют разные, но часто перекрывающиеся функции во время LR.

Оба рецептора имеют уникальные и потенциально перекрывающиеся функции. Так, активация пути EGFR не была напрямую связана с сигналами выживания для гепатоцитов. Оба пути по отдельности контролируют множество неперекрывающихся критических точек, и ингибирование только одного из них приводило к отчетливым изменениям в разных сигнальных путях, позволяя компенсировать блокировку только одного из сигналов.

Важно отметить, что после ПГ в остаточной печени происходят метаболические изменения. Печень должна продолжать регулировать системные уровни энергии, удовлетворяя при этом собственные потребности в синтезе нуклеотидов и белков, необходимых для деления клеток. Таким образом, трансляция является контрольной точкой, которая объединяет уровни питательных веществ с митогенными сигналами, и большинство вовлеченных белков находятся у млекопитающих ниже mTOR . Так, почти полная потеря репликации ДНК гепатоцитов наблюдалась у мышей с нокаутом S6 после резекции.

Также наблюдаются изменения липидного и глюкозного обмена. Регенеративный транзиторный стеатоз очевиден во время LR на ранних стадиях и сопутствует активизации генов, связанных с адипогенной программой. Повышенная продукция de novo печеночных жирных кислот и катаболизм системной жировой ткани могут быть основными источниками липидов, которые накапливаются в регенерирующей печени. Он необходим для удовлетворения повышенного спроса на энергию для быстрой пролиферации клеток и для усиленного биосинтеза мембранных фосфолипидов. Именно EGFR необходим для накопления жира и надлежащей регуляции ключевых ферментов, связанных с синтезом липидов de novo во время LR.

[albert52]

Продолжим.

За первоначальным всплеском пролиферативной активности гепатоцитов следуют вторичные волны митоза, пока не восстановится первоначальная масса печени. В остановку роста вовлечено множество факторов, включая семейство TGF-ß (TGF-ß1, активины), IL-1 и гены-супрессоры опухолей (p53, p21). TGF-ß1 является известным супрессором пролиферации гепатоцитов и индуктором апоптоза. Отметим, что уровни TGF-ß в плазме повышаются вместе с HGF, указывая на то, что цитокин высвобождается после ремоделирования внеклеточного матрикса, где он связывается с декорином. Однако чувствительность регенерирующей печени к этому фактору временно снижается, в частности из-за снижения уровня НАДФН-оксидазы NOX4, опосредующей апоптоз, индуцированный TGF-β; в конце LR его уровень восстанавливается. Это должно быть дополнительным механизмом, позволяющим избежать супрессорных эффектов TGF-β во время раннего процесса регенерации печени.

Среди других игроков, связанных с фазой терминации, определенную роль должна сыграть интегрин-связанная киназа (ILK). ILK находится под плазматической мембраной, связан с интегрином ß1, подавляющим рост гепатоцитов. Еще следует упомянуть снижение экспрессии Yap (Yes-ассоциированный белок), контролируемой путем Hippo и считающейся центральным игроком, контролирующим размер клеток и, в частности, гепатостатическую функцию печени. Таким образом, правильный баланс всех этих сигналов во время разных фаз может быть важным фактором, определяющим эффективность LR.

Когда печень повреждена определенными химическими веществами, когда повреждение серьезное или когда зрелые гепатоциты не пролиферируют, вклад стволовых клеток печени / клеток-предшественников (LS / PC или HPC) имеет решающее значение для успеха LR. Реакция LS/PC включает активацию, пролиферацию, миграцию и дифференцировку, в конечном итоге приводящая к образованию гепатоцитов или холангиоцитов.

HGF, EGF, TGF-α и SCF стимулируют пролиферацию LS/PC. Напротив, TWEAK/Fibronectin 14 будет участвовать в активации, а SDF-1/CXC рецептор 4 (SDF-1/CXCR4) будет участвовать в миграции этих клеток. Наконец, пути Wnt и Notch участвуют в противоположных ролях: в то время как первые направляют LS/PC к судьбе гепатоцитов, вторые способствуют их дифференцировке в сторону билиарного клона. Также воспалительная микросреда регулирует размножение и судьбу клеток-предшественников.

Предполагают, что и гепатоциты и холангиоциты могут быть сами по себе клетками-предшественниками печени при трансдифференцировке от одного типа клеток к другому, действуя как «факультативные стволовые клетки». Также стволовые клетки из внепеченочных участков, в частности костного мозга (КМ), могут участвовать и вносить вклад в LR, хотя и с низкой эффективностью.

В норме LS/PC располагаются в каналах Геринга; эти каналы соединяют канальцевую систему гепатоцитов и билиарное дерево, и такое расположение LS/PC согласуется с их бипотенциальными свойствами. Активация компартмента LS/PC в печени человека называется протоковой реакцией из-за роли активации протокового эпителия. В нише HPCs окружены эпителиальными и непаренхиматозными клетками, иммунными клетками и компонентами ECM, которые транспортируют активирующие сигналы. TNF-подобный слабый индуктор апоптоза (TWEAK) является членом суперсемейства TNF и основным индуктором активации HPC. Макрофаги и NK-клетки являются первичными источниками этих лигандов, а взаимодействие с клетками-мишенями осуществляется FGF-индуцируемыми рецепторами.

Низкие уровни активных форм кислорода способствуют пролиферации HPC посредством киназы 1/2, а транс-ретиноевая кислота, которая является важным активным метаболитом витамина А, участвует в дифференцировке HPC путем увеличения экспрессии miR-200a, которая регулирует клеточную аутофагию. Аутофагия также может регулировать дифференцировку HPC в BEC, поскольку она ингибирует сигнальный путь Notch1, необходимый для развития клеток желчных протоков. Следовательно, аутофагия снижается на ранних стадиях регенерации печени.

Недавно в перибилиарных железах, представляющих собой эпителиальные инвагинации внепеченочных и крупных внутрипеченочных желчных протоков, был идентифицирован новый пул мультипотентных билиарных клеток-предшественников, которые могут дифференцироваться в гепатоциты, BECs и островки клеток Лангерганса. Этот пул был назван стволовыми/прогениторными клетками билиарного дерева (BTSC). BTSC в первую очередь участвуют в регенерации билиарного эпителия при хронических заболеваниях, таких как первичный склерозирующий холангит и холангиокарцинома.

Как HCC, так и ICC являются гетерогенными заболеваниями с точки зрения клеточной морфологии и клинического исхода; также сообщалось о комбинированной ГК-холангиоцеллюлярной карциноме (HCC-CCA ), содержащей субпопуляцию клеток, экспрессирующих различные маркеры стволовых клеток. При ГК (HCC) маркеры РСК включают молекулу адгезии эпителиальных клеток (EpCAM), CD133, CD90, CD44, CD24, CD13, или активность альдегиддегидрогеназы.

Регенерация печени после серьезной операции также может активировать скрытые микрометастазы и способствовать росту опухоли, что приводит к рецидиву опухоли печени. Хотя операция на печени может обеспечить долгосрочный контроль у некоторых пациентов с ранним ГК, частота рецидивов опухоли высока и составляет примерно 50% при 3-летнем наблюдении после резекции печени. Наличие сателлитных поражений, внутрипеченочная микроваскулярная инвазия и плохая гистологическая дифференциация являются маркерами рецидива и н***агоприятного прогноза, причем чем короче период времени от первичной операции до диагностики рецидива, тем хуже прогноз. Повторная гепатэктомия здесь, по-видимому, является лучшим методом лечения с частотой резектабельности от 10% до 77%.

Факторы, связанные с самим хирургическим стрессом, представляют собой преходящие изменения, тогда как процесс регенерации печени может выступать более сильным и устойчивым стимулом, способствующим росту скрытых опухолей и развитию новообразований. Рост опухоли требует баланса факторов роста и цитокинов в микроокружении, чтобы способствовать ангиогенезу. Ингибиторы ангиогенеза, белки ЕСМ и их фрагменты являются определяющими для поддержания состояния покоя; разрушение и восстановление ВКМ во время регенерации печени необходимы для активизации этих микрометастазов. Кстати, ингибирование опухолевой пролиферации и ангиогенеза было предложено посредством блокады ренин-ангиотензиновой системы (РАС).

В онкогенезе различные пути, активируемые HGF (см. выше), включают ERK1/2/MAPK и PI3K/Akt; известно, что эти сигнальные каскады являются классическими путями выживания, участвующими в уменьшении повреждения печени и улучшении регенерации печени после. Как и в оси HGF-cMet, активация таких путей выживания защищает от повреждения печени и способствует ее регенерации, но также может способствовать в присутствии неопределяемых микрометастазов развитию опухоли. Примечательно, что взаимодействие между сигнальными путями Ras / Raf / MEK / ERK и PI3K / Akt может приводить к регуляции роста и развития клеток в большей степени, чем один из них.

Конститутивная активация пути Ras / Raf / MAPK наблюдалась в HCC, что указывает на его роль в онкогенезе. В солидных опухолях путь RAF / MEK / ERK обычно активируется двумя основными механизмами: (1) онкогенные мутации в гене RAS, что приводит к конститутивной активации RAF, и (2) активная конститутивная RAF, возникающая в результате нарушение гиперэкспрессии факторов роста и их рецепторов. Так, сообщалось, что фосфорилирование MEK1 / 2 увеличивается в семь раз в тканях ГЦК по сравнению с соседними доброкачественными тканями.

Raf / MEK / ERK - это повсеместный путь передачи сигнала, активируется связыванием нескольких факторов роста с рецепторами, что, в свою очередь, активирует комплекс молекулы адаптера, известный как GRB2 / SHC / SOS, который и запускает путь RAF / MEK / ERK. ERK1 / 2 регулируют клеточную активность, воздействуя на различные субстраты в цитоплазме и ядре, причем существует путь обратной связи, регулирующий активность B-Raf, Raf-1 и MEK1 посредством активации ERK.
Недавно биологические исследования показали, что аберрантная активация сигнального пути Raf / MEK / ERK является центральной для роста, выживаемости и подвижности рака, а также для механизмов адресной терапии резистентности. Так, сорафениб является ингибитором киназы Raf-1 и является единственным одобренным лекарственным средством для лечения ГЦК.
Кстати, механизм канцерогенеза ГЦК может быть связан с активацией пути Ras / Raf / MEK / ERK инфекцией HCV. Так, коровый белок HCV вместе с тканевым активатором плазминогена может способствовать влиянию на MEK1 вышестоящей протеинкиназы.

[albert52]

Продолжим.

В сигнальных каскадах очень важную роль играют каркасные белки. Они позволяют образовывать белковые комплексы, взаимодействующие с широким спектром клеточных мишеней. Они объединяют два или более белков, например мембранные рецепторы/транспортеры и цитоплазматические сигнальные молекулы, в относительно стабильной конфигурации, образуя макромолекулярные комплексы. Белки каркаса оказывают свое влияние посредством простого связывания сигнальных белков, правильной ориентации целевых белков или аллостерической сборки компонентов сигнального пути. Они могут усиливать специфичность передачи сигналов путем секвестрации белков, предотвращая нежелательное перекрестное влияние между белками в различных путях передачи сигналов. Они также могут повысить эффективность передачи сигналов за счет увеличения локальной концентрации каждого компонента передачи сигналов.

Каркасы способствуют координации и положительной или отрицательной регуляции специфических сигнальных путей. В этом отношении, в зависимости от субклеточной локализации, из которой исходят активирующие сигналы, определенные каркасы определяют, какие субстраты могут быть фосфорилированы (киназы активируют белки - мишени путем фосфорилирования). Было высказано предположение, что каркасы могут защищать киназы от дефосфорилирования, что может быть связано с тем, что фосфатазы свободно диффундируют и, следовательно, присутствуют в гораздо более низких локальных концентрациях, или фосфатазы могут быть в каркасе стерически затруднены. Отметим, что терминальная киназа должна быть связана довольно свободно, чтобы искать мишени в цитоплазме и ядре после ее активации. Так, в клетках млекопитающих путь MAPK через терминальную киназу ERK запускает различные и часто противоположные клеточные исходы, которые включают пролиферацию, апотоз, миграцию и дифференцировку клеток.

Отметим, что среди регуляторных белков, которые связаны с составляющими сигнального каскада, общепринятым условием для рассмотрения белка как «каркаса» является его способность одновременно связываться по крайней мере с двумя членами такого каскада, образуя функционально стабильный комплекс (затвор для белков). Список белков млекопитающих, которые квалифицируются как каркасы для пути RAS-ERK, постепенно расширился до 15 с лишним членов (всего известно 78 каркасных белков для сигнальных киназных путей, причем 60% каркасных белков связаны с более чем одним путем).

Некоторые частично перекрывающиеся пути участвуют в различных биологических процессах и могут регулироваться различными белками каркаса. Например, один сигнальный путь, а именно PLK1 → WEE1 → CDC2 → CDC25C, связан с каркасным белком PIN1. Этот путь частично перекрывается с путем CDC2 → CSNK2A1 → AKT1, который связан с каркасным белком тирозин-протеин-фосфатазой нерецепторного типа 1 (PTPN1). Хотя CDC2 участвует в обоих путях, два каркасных белка могут обеспечивать специфичность сигнальных путей и предотвращать возможные нежелательные перекрытия между путями.

Также они играют центральную роль в качестве пространственных регуляторов сигналов ERK. Концептуально, если мы рассмотрим клетку, в которой сигналы ERK настраиваются независимо с помощью 15 белков каркаса, большинство из которых действуют специфично для сублокализации, любое изменение экспрессии одного из них должно влиять на общую активность ERK только примерно на одну пятнадцатую. Однако, похоже, это не так. Это можно легко представить, учитывая, что сверхэкспрессия любого каркаса должна оказывать влияние на другие виды каркасов, которые конкурируют за те же пулы киназ, что приводит к увеличению количества неполных комплексов каркасов для каждого каркаса и, следовательно, к менее эффективным. сигнализация в целом. Точно так же истощение каркаса A может даже способствовать передаче сигналов, опосредованной каркасом B, за счет уменьшения конкуренции за те же киназы и тем самым увеличения количества полных комплексов каркаса B.

Таким образом, можно предположить, что, контролируя флуктуации концентраций каркаса, биологическая система найдет эффективный режим для регулирования выходного сигнала MAPKs. Следовательно наклонная экспрессия каркасов вверх или вниз может быть действенным средством ослабления сигналов MAPK. Примечательно, что экспрессия большинства белков каркаса довольно стабильна и не подвержена серьезным немедленным изменениям в ответ на внешние стимулы и другие факторы, которые управляют активацией MAPKs. Здесь интригующий аспект белков каркаса ERK заключается в том, что истощение или избыточная экспрессия любого из них оказывает драматическое влияние на общую интенсивность сигнала ERK (например, при мутациях или амплификации).

Так, стимуляция клеток с помощью EGF загружает B-Raf в KSR1 каркас, также ERK локализуется в этом комплексе и после этого фосфорилируется. Когда стыковка ERK нарушается мутацией, комплекс KSR1-MEK-B-Raf сохраняется даже после стимуляции, в то время как в противном случае почти весь B-Raf покинул бы комплекс. И KSR1, и B-Raf являются мишенями фосфорилирования по обратной связи для ERK, и эти обратные связи усиливаются за счет стыковки ERK. Это фосфорилирование, по-видимому, связано с диссоциацией сигнального комплекса, поскольку показано, что опосредованное ERK фосфорилирование по обратной связи предотвращает устойчивую передачу сигналов ERK.

Т.о. каркасы не только обеспечивают платформу, на которой может происходить передача сигналов, но также регулируют пространственную и временную передачу сигналов MAPK путем направления сигнала в специфические субклеточные компартменты. Например, β-аррестин 2 в основном направляет ERK1 / 2 к ямкам, покрытым клатрином, а Sef захватывает активированный ERK в аппарате Гольджи, предотвращая ядерную транслокацию, но позволяя фосфорилировать субстраты в цитоплазме.
Другой пример - KSR1 (см. выше), который может перемещаться динамически: в покоящихся клетках KSR1 изолируется цитоплазмой. При стимуляции KSR1 перемещается к мембране клетки для облегчения передачи сигналов MAPK, приводя MEK в тесный контакт с его киназой Raf.

Вообще, стержневой концепцией теории каркасов является то, что для любого заданного каркаса существует оптимальная концентрация, которая дает максимальную эффективность сигнала, приводящую к колоколообразной кинетике активации MAPK. В этом процессе субоптимальная активация MAPK происходит как тогда, когда нет достаточных каркасов для объединения всех доступных MAPK, MAPKK и MAPKKK, так и когда чрезмерная концентрация каркасов разбрасывает MAPK, MAPKK и MAPKKK в неполных каркасах, что приводит к непродуктивности комплексов. Это явление получило название «комбинаторное торможение» и «эффект прозоны». Также каркас, который объединяет MEK и ERK, при высоких уровнях экспрессии будет образовывать в основном комплексы только с MEK или только ERK, но только несколько комплексов с MEK и ERK.

В случае каркасов для пути ERK ассоциации между различными объектами были продемонстрированы для: IQGAP1 и MP1, MP1 и MORG1, IQGAP1 и β-аррестина2, паксиллин и GAB1. И такое взаимодействие кажется важным для определенных клеточных процессов. Например, связь между IQGAP1 и MP1, по-видимому, имеет решающее значение для регуляции динамики очаговой адгезии во время клеточной миграции.
Регуляция пути PI3K/AKT с помощью каркасного белка NHERF1 (Na + /H + обменный регуляторный фактор 1) при стимуляции тромбоцитарным фактором роста (PDGF) является одним из наиболее изученных путей. Считается, что особенно слабые сигналы передаются только в присутствии каркасов, так как динамическое перемещение каркаса из цитоплазмы к рецептору на мембране увеличивает шанс успешной инициации сигнала.

NHERF1 может взаимодействовать как с AKT, так и с его негативными регуляторами PTEN и PHLPP. С-концевой хвост PTEN содержит PDZ-связывающий мотив, способный взаимодействовать с доменом PDZ1 NHERF1. NHERF1 связывается с PDGFRβ и рекрутирует PTEN в компартмент мембраны рядом с PDGFR, формируя каркас комплекса между PDGFRβ и PTEN. Этот тройной комплекс регулирует передачу сигналов PI3K/AKT в ответ на лиганд PDGF, избегая сверхактивации пути.
Так, взаимодействие PTEN-NHERF1 повышает стабильность белка PTEN и зависит от статуса фосфорилирования PTEN, поскольку фосфорилирование PTEN уменьшает его привлечение к плазматической мембране. Обычно PTEN деградирует с помощью убиквитинового протеасомного пути, но взаимодействие PTEN-NHERF1 предотвращает связывание PTEN с NEDD4, убиквитин-E3 лигазой, тем самым предотвращая убиквитин-зависимую деградацию PTEN.
Также β-Catenin является хорошо зарекомендовавшим себя партнером NHERF1, который может действовать как позитивный регулятор передачи сигналов Wnt, связываясь как с β-катенином, так и с TCF-1ß, образуя тройной комплекс, усиливающий активность этих факторов транскрипции.

[albert52]

Продолжим.

Каркасный белок KSR1 (киназный супрессор Ras) также может направлять сигналы в цитоплазму: помимо связывания Raf и MEK, KSR1 (но также и другие каркасы, такие как Sef и IQGAP1) помогает собирать димеры ERK1 / 2, которые необходимы для взаимодействия ERK с цитоплазматическими субстратами. Например, большие количества cPLA 2 , цитоплазматического субстрата ERK1 / 2, были связаны с KSR1 после стимуляции EGF. Поскольку одновременное связывание cPLA 2 и каркаса с ERK2 было бы стерически маловероятным, и поскольку известно, что ERK гомодимеризуется при активации, текущая модель состоит в том, что димеры ERK образуются там, где одна молекула ERK2 связана с cPLA 2, в то время как другая привязана к KSR1.

Механизм димеризации возникает, когда фосфорилированный мономер ERK, связанный с каркасом, взаимодействует со свободным мономером фосфо-ERK, который, вероятно, высвобождается из комплекса MEK-ERK. Эти димеры специфически фосфорилируют субстраты ERK в цитоплазме.
Были предложены альтернативные пути для фосфорилированных мономеров ERK, включая транслокацию в ядро ​​для фосфорилирования факторов транскрипции или свободное димеризацию в цитоплазме с последующим перемещением в ядро. Следовательно, KSR1 может контролировать, активируются ли субстраты в ядре или цитоплазме. Другие белки, которые, как известно, взаимодействуют с KSR, включают 14-3-3, G-белок-βγ, белки теплового шока 70 и 90, cdc37 и C-TAK1. Интересно, что MEK конститутивно связан с KSR, тогда как ERK связывается только в ответ на стимул. Как это типично для скаффолдов, оптимальные уровни экспрессии KSR необходимы для максимального ответа MAPK на сигнальные сигналы.

Роли каркасов, таких как KSR1, могут быть очень разными в разных типах клеток, а экспрессия каркасов клеточного типа и тканеспецифическая может играть важную роль в приписывании различных функций передаче сигналов MAPK в разных тканях.

Принятие клеточных решений включает в себя способность реагировать на постоянно меняющийся стимул определенным ответом - да или нет. Причиной переключающегося поведения может быть крутой профиль реакции на стимулы, описываемый как сверхчувствительность, но это также может быть бистабильность, когда система переключается из одного устойчивого состояния в другое. Наличие каркаса может увеличить вероятность возникновения бистабильности, особенно когда сродство субстрата и модифицирующего фермента низкое.

Сверхчувствительные ответы полезны, поскольку они позволяют отфильтровывать шум и энергично реагировать на соответствующие стимулы. Предположительно, сверхчувствительные ответы генерируются механизмами, которые встроены в структуру сигнальной сети и могут быть видны уже на уровне соответствующего MAPK. В общем, многоступенчатые процессы (де) активации могут вызывать устойчивые сверхчувствительные ответы. Примерами являются активация киназы несколькими последовательными событиями фосфорилирования, а также насыщение фермента путем ступенчатого связывания лигандов с положительной кооперативностью.
Теоретически трехуровневый каскад MAPK, включающий одиночное фосфорилирование Raf и двойное фосфорилирование MEK и ERK, по своей природе сверхчувствителен, и критическим детерминантом этого свойства является предполагаемый распределительный механизм (де) фосфорилирования. В конечном счете, дифференцированный ответ может быть результатом непосредственной близости каркасов, занятых по-разному, из-за локализации на мембране. Киназы, находящиеся на разных каркасах, затем могут транс-активировать друг друга.

Передача сигналов EGF инициируется в нанокластерах Ras-GTP, которые состоят примерно из 7 молекул Ras-GTP со временем жизни около 0,4 с и которые привлекают Raf к мембране. Показано, что каждый нанокластер действует как молекулярный переключатель, который преобразует ступенчатый вход в ответ «все или ничего». Однако, поскольку количество кластеров линейно увеличивается со стимулом, интегральный ответ по всем кластерам градуируется, давая линейный ответ фосфорилирования ERK на стимуляцию EGF.
Такие градуированные профили стимула-ответа часто наблюдаются в клетках млекопитающих, при этом свойства профиля сигнал-ответ не определяются на уровне каркаса. Например, измерения фосфорилирования ERK в клетках показывают, что путь MAPK может показывать ступенчатый ответ на стимуляцию хемокином SDF-1 или линейный ответ, когда задействован рецептор Т-клеток; на характер ответа обоих путей не влияет уровень экспрессии KSR1.

Что касается непосредственно пути митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK), то некоторые факторы роста, такие как эпидермальный фактор роста (EGF), фактор роста эндотелия сосудов (VEGF), инсулин, нейротрофины и воспалительные цитокины активируют MAPK. Клетки стимулируются этими факторами и реагируют на изменения в окружающей среде посредством манипулирования передачей сигналов MAPK. У млекопитающих идентифицировано пять различных групп МАРК. Это киназа MAPK/ERK/внеклеточно регулируемая киназа (MEK/ERK), N-концевая киназа c-Jun (JNK), p38, ERK5 и ERK3. МАРК могут контролировать как события в ядре, такие как регуляция генов, так и внеядерные события, такие как реорганизация цитоскелета, посредством фосфорилирования и активации мишеней в цитозоле и ядре.

Наиболее охарактеризованным из путей MAPK является каскад MEK/ERK. Будучи активными, ERKs димеризуются и либо перемещаются в ядро, где они фосфорилируют факторы транскрипции, либо остаются в цитозоле, где они фосфорилируют субстраты во многих клеточных компартментах. Преобладающими последствиями передачи сигналов MEK/ERK являются пролиферация или дифференцировка.

IQGAP1 является большим, широко экспрессируемым белком , который регулирует многие сигнальные пути и клеточные функции. Имея несколько доменов, IQGAP1 способен связываться с широким спектром белков, тем самым модулируя динамику актина, динамику микротрубочек, межклеточную адгезию и регуляцию транскрипции. IQGAP1 является каркасом для каскада MAPK. IQGAP1 связывается непосредственно с B-Raf, MEK1, MEK2, ERK1 и ERK2 и регулирует их активацию в ответ на EGF и CD44. Кроме того, у мышей выработка условного рефлекса страха увеличивает ассоциацию IQGAP1 с активным ERK2.
Аналогично KSR, как увеличение, так и снижение уровня экспрессии IQGAP1 осла***ют EGF-зависимую активацию MEK и ERK, указывая на то, что правильная стехиометрия компонентов IQGAP1 и MAPK необходима для эффективного распространения каскада. IQGAP1 преимущественно активирует сигнальный путь MEK1 и было высказано предположение, что MEK1 способствует пролиферации, тогда как MEK2 способствует дифференцировке и поэтому IQGAP1 может регулировать клеточный ответ на передачу сигналов MAPK. Что же касается B-Raf, то, например, нокаут IQGAP1 из клеток делает B-Raf нечувствительным к стимуляции EGF, предполагая, что IQGAP1 действует «выше» B-Raf и необходим для активации B-Raf факторами роста.

IQGAP1 является регулятором актина и цитоскелета микротрубочек, и заманчиво предположить, что IQGAP1 связывает передачу сигналов MAPK с динамикой цитоскелета. Отметим, что как IQGAP1, так и ERK2 локализуются в микротрубочках, ассоциированных с белком-2 в нейрональных клетках. Кроме того, IQGAP1 образует комплекс с CD44, Cdc42 и актином в ответ на гиалуронан, а также необходим для гиалуронан-зависимой активации ERK и Elk.

MEK partner-1 (MP-1), широко экспрессируемый каркас для пути MEK/ERK; чтобы усилить передачу сигналов MAPK в клетках, MP1 необходимо присутствие взаимодействующего с ним белка p14, который локализует MP1 в эндосомах. И MP1, и p14 необходимы для EGF-зависимой активации ERK.

β-аррестины являются хорошо известными регуляторами GPCR. После активации рецептора β-аррестин вызывает диссоциацию гетеротримерного G-белка, что нацеливает GPCR на ямки, покрытые клатрином. Также активный Src рекрутируется на β2-адренергические рецепторы посредством прямого взаимодействия с β-arrestin. Здесь Src фосфорилирует адапторный белок Shc, что приводит к активации Grb2 и, следовательно, активации каскада MAPK (см. выше).
Также в ответ на активацию рецептора протеазой (PAR), β-аррестин рекрутирует Raf, MEK и ERK к рецептору, усиливая активацию ERK. Эти комплексы сопровождают рецептор к ранним эндосомам, способствуя эффективной передаче сигналов MAPK. Важно отметить, что β-аррестин предотвращает транслокацию активной ERK в ядро, ограничивая ERK цитозольными субстратами .

Также каркасный белок Sef захватывает активные комплексы MEK/ERK в Golgi и ингибирует диссоциацию комплекса MEK/ERK; следовательно, Sef ингибирует ядерную локализацию ERK и ограничивает ERK цитозольными субстратами. Sef является ингибитором передачи сигналов FGF; интересно, что в отличие от его роли в передаче сигналов FGF, Sef увеличивает продолжительность EGF-зависимой активации ERK. Поэтому возможно, что Sef регулирует передачу сигналов MAPK от факторов, отличных от EGF и FGF.

[albert52]

Продолжим.

В покоящихся клетках KSR1 конститутивно взаимодействует с MEK1 / 2 и PP2A (протеинфосфатазой 2, дающей большую долю фосфатазной активности в эукариотических клетках), а комплекс KSR1-MEK-PP2A сохраняется в цитозоле благодаря его взаимодействиям с 14-3-3 и Ras-чувствительная E3-убиквитинлигаза препятствует распространению митогенного сигнала (IMP).

Каркас MP1-p14 участвует в PAK1-зависимой активации ERK во время адгезии и миграции клеток. MP1-p14-опосредованная активация ERK необходима для подавления сигнальной оси ROCK (RH-ассоциированной спирально-содержащей протеинкиназы, что является дополнительным условием для адгезии и миграции клеток. С другой стороны, каркас MP1 является необязательным для ответа ERK, активированного тромбоцитарным фактором роста (PDGF).

Скаффолд MORG1, может связываться с Raf-1, B-Raf, MEK1, MEK2, ERK1 и ERK2. Роль MORG1 в передаче сигналов ERK, по-видимому, специфична для лигандов / рецепторов; похоже, что MORG1 участвует в облегчении передачи сигнала от рецепторов, связанных с G-белком, таких как рецепторы LPA (лизофосфатидиновой кислотой), но не от рецепторных тирозинкиназ (RTK).

Контекстно-специфичные каркасы для модуля ERK обеспечиваются цитоскелетным белком паксиллином во время морфогенеза эпителиальных клеток, опосредованного фактором роста гепатоцитов (HGF). Паксиллин представляет собой белок 68 кДа, расположенный в фокальных адгезиях в ассоциации с другими специфическими для фокальной адгезии белками, такими как винкулин, ФАК, актопаксин и ПАК.
В покоящихся клетках паксиллин конститутивно связан с MEK, однако в клетках, стимулированных HGF, Src-опосредованное фосфорилирование паксиллина приводит к рекрутированию неактивного ERK. Впоследствии активированный Raf связывается с паксиллином, тем самым активируя связанные MEK и ERK, а ERK вовлекается в комплекс фокальной адгезии для передачи сигналов другим сигнальным белкам, таким как киназа фокальной адгезии (FAK ), облегчая рекрутирование FAK в комплексы фокальной адгезии для быстрого обновления. Таким образом, paxillin обеспечивает эффективный каркас для модуля ERK для организации сигнального узла в непосредственной близости от фокальных адгезий, чтобы способствовать миграции клеток посредством передачи сигналов ERK.

Мембранная челночная киназа MEKK1 представляет собой MAP3K, участвующую в активации модулей ERK и JNK; она может физически ассоциироваться с компонентами трехуровневого модуля ERK, а именно Raf-1, MEK1 и ERK2 в дополнение к Ras. Эти киназы тесно выровнены на поверхности каркаса, предоставленной MEKK1; коэкспрессия конститутивно активного мутанта MEKK1 стимулирует фосфорилирование MEK1 и MEK2. Помимо области каркасного белка MAP3K1 содержит домен протеинкиназы и цинковый палец PHD (который имеет структуру, подобную домену пальца RING ), который служит в качестве убиквитинлигазы E3.

Есть также несколько других белков, таких как CNK1, CNK2 и 14-3-3, которые могут взаимодействовать с различными компонентами модуля ERK, вызывая специфический для контекста ответ. Например, CNK1, по-видимому, участвует в Src-опосредованной активации Raf-1, необходимого для полной активации Raf-1. В случае CNK2 было показано, что он обеспечивает специальный сигнальный канал для опосредованной NGF (фактором роста нервов) активации модуля ERK. Белок 14-3-3 привязывает передачу сигналов киназы С (PKC) к Raf в дополнение к его модуляторной роли в каркасах KSR и PEA-15 (эндосомальный фосфопротеин), и, по-видимому, опосредует цитоплазматическую секвестрацию ERKs.
Поскольку эти каркасные белки не взаимодействуют со всеми компонентами трехуровневого киназного модуля, можно утверждать, что они сами по себе не образуют «настоящие» функциональные каркасы. Тем не менее, возможно, что они могут действовать как «вложенные скаффолды» в тандеме или в сотрудничестве с другими каркасными белками при передаче сигналов ERK.

В зависимости от субклеточной локализации, из которой исходят активирующие сигналы, определенные каркасы определяют, какие субстраты могут быть фосфорилированы. Как уже упоминалось, три уровня сигнального каскада MAPK первоначально активируются на плазматической мембране. Однако на более поздних стадиях комплексы присутствуют в эндосомах, что необходимо для достижения правильного сигнального ответа. По-видимому, эндоцитоз активированных рецепторов и связанных с ними сигнальных комплексов имеет решающее значение для максимальной активации MAPK, а активированные Ras, C-Raf, MEK1 и ERK1 могут быть обнаружены в эндосомах.
Эндоцитоз может способствовать более контролируемому пространственно-временному разрешению сигнального каскада. Кроме того, он также может защищать сигнал при передаче на большие расстояния, тогда как медленная диффузия белка и быстрое дефосфорилирование белка могут мешать ему.

Взаимодействие MP1 с p14 оказалось важным для локализации каркасного комплекса MP1-MAPK в поздних эндосомах / лизосомах во время второй устойчивой фазы передачи сигналов MAPK, при этом p14 взаимодействует с MEK1 и ERK1 только косвенно через MP1. Вообще, передача сигналов MAPK, ассоциированная с эндосомами, может играть роль в регуляции биогенеза эндосом и лизосом. Эндосомной локализации комплексов MP1 / p14 способствует небольшой адаптерный белок p18, который связан с липидными рафтами.
Более подробный анализ выявил роль специфических компартментов плазматической мембраны в передаче сигналов MAPK. Например, кавеолы обогащены многими сигнальными рецепторами, такими как EGFR, VEGFR2, p75 NTR и TrkA. Эти мембранные компартменты обеспечивают некоторую степень спецификации сигнала, регулируя активацию MAPK в ответ на специфические стимулы. Так, многие компоненты передачи сигналов MAPK, включая Shc, Grb2, Sos и Ras, были обнаружены в эндосомах, содержащих EGFR; эндосомы т.о. действуют как сигнальные платформы, обеспечивая распространение каскадов MAPK.

Белки Ras локализуются как в аппарате Гольджи, так и в эндоплазматическом ретикулуме (ER). Интересно, что в то время как активация H-Ras, зависящая от фактора роста, как на плазматической мембране, так и на ER происходит быстро, в течение 1 минуты и полностью прекращается через 20-40 минут, активация H-Ras в аппарате Гольджи задерживается, занимая 10 минут и сохраняется в течение 60 минут.
Будучи привязанным к аппарату Гольджи, конститутивно активный Ras, RasQ61L, является сильным активатором ERK и протеинкиназы Akt, но слабо активирует JNK. Наоборот, будучи привязанным к ER, Ras61L сильно активирует JNK, в то время как лишь слабо активирует ERK и Akt.

Что касается онкогенеза, то IQGAP1, например, активируется за счет амплификации гена при некоторых диффузных типах карциномы желудка, а также сверхэкспрессируется при колоректальной карциноме, особенно на фронте инвазии. Транслокация IQGAP1 из цитоплазмы на клеточную мембрану, которая ингибирует E-кадгерин-опосредованную межклеточную адгезию, коррелирует с дисфункцией E-кадгерина и дедифференцировкой опухоли при карциноме желудка. IQGAP1 и кальмодулин, вероятно, играют важную роль в метастазировании.
Потеря экспрессии Sef коррелирует с метастатическим раком простаты высокой степени злокачественности. Кроме того, посредством взаимодействия с c-Src, β-arrestins модулируют трансактивацию EGFR простагландином E2 в клеточных линиях колоректальной карциномы; взаимодействие между β-аррестином и c-Src имеет решающее значение для миграции клеток колоректальной карциномы in vitro и метастазирования in vivo.

[albert52]

Продолжим о каркасных белках

В пути ERK различная кинетика активации может определять разные клеточные судьбы. Эта кинетическая информация расшифровывается в дифференциальные биохимические реакции посредством дифференциальной стабилизации или активации факторов транскрипции или сборки различных белковых комплексов. Но в целом передача сигнала требует координации действий между различными путями и фундаментальный вопрос заключается в том, как сигнальные сети генерируют конкретные решения.

Сигнальный путь Hippo включает многочисленные белки, которые регулируют размер и форму органов, регенерацию и биологию стволовых клеток. Путь Hippo отвечает на несколько стимулов, таких как стресс, нарушение полярности клеток и сигналы адгезии, и участвует в онкогенезе. Основными компонентами этого каскада являются модуль киназы и модуль транскрипции.

Центральные компоненты пути Hippo включают основную киназную кассету, состоящую из Ste20-подобной киназы 1/2 млекопитающих (MST1/2) и большой киназы-супрессора опухолей 1/2 (LATS1/2); и нижележащие транскрипционные коактиваторы Yes-associated protein (YAP) и коактиватор с PDZ-связывающим доменом (TAZ). MST1/2 фосфорилирует и активирует LATS1/2, который впоследствии фосфорилирует YAP и TAZ. Функциональная активность фосфорилированных YAP и TAZ ингибируется путем секвестрации в цитоплазме белками 14-3-3 и/или протеасомной деградации. Также семейство белков ангиомотина (AMOT) связывается с YAP и способствует его удержанию в цитоплазме.

Когда путь Hippo отключен, нефосфорилированный YAP перемещается в ядро ​​и действует как коактиватор факторов транскрипции. YAP в основном взаимодействует и регулирует ассоциированный домен факторов транскрипции TEAD 1/2/3/4, чтобы индуцировать транскрипцию набора генов, которые способствуют пролиферации клеток и ингибируют апоптоз.

Путь Hippo содержит два каркасных белка, SAV1 (сальвадор белок 1), содержащий домен WW семейства, и активатор киназы MOB 1 (MOB1), которые образуют основной киназный комплекс, ингибирующий YAP, первичный эффектор пути. В н***агоприятных условиях роста MST1/2 связывается с SAV1 и MOB1, фосфорилируя их, образуя комплекс SAV1–MST1/2–MOB1. В дополнение к своей роли каркаса для MST1/2, SAV1 рекрутирует MST1/2 на мембрану, где он активирует LATS1/2, и для этой регуляции необходимо взаимодействие SAV1- NF2 (нейрофиброматоз II типа). Mob1, будучи фосфорилированным с помощью MST1 / 2, связывается с аутоингибирующим мотивом в Lats1 / 2, выключая его, что, в свою очередь, приводит к образованию петли активации Lats.

Еще один каркасный белок CORO7 локализуется в цитозоле и сети транс-Гольджи, где он регулирует организацию актинового цитоскелета, морфологию Гольджи и транспортировку белков после Гольджи. Повреждение актинового цитоскелета активирует путь Hippo через фосфорилирование LATS1/2 при содействии CORO7, который действует как каркас для LATS1, помогая ему взаимодействовать с SAV1 и MST2. При этом CORO7 может играть защитную роль для LATS1 с точки зрения стабильности белка.

В целом CORO7 взаимодействует с подмножеством компонентов пути Hippo, включая LATS1, MST2 и SAV1, при этом SAV1 может опосредовать связывание MST2 с CORO7. Тирозинкиназа Src ингибирует путь Hippo посредством фосфорилирования CORO7 по остаткам тирозина, т.е. является вышестоящим регулятором CORO7, который является критическим каркасным белком в пути Hippo. При этом Src активируется за счет адгезии клеток к внеклеточному матриксу, который, как известно, служит восходящим сигналом, ингибирующим путь Hippo.

IQGAP1 является каркасом в нескольких сигнальных каскадах, которые интегрируются с передачей сигналов Hippo. Например, IQGAP1 связывается с AKT и модулирует его активность: AKT фосфорилирует YAP по Ser 127 и индуцирует его взаимодействие с 14-3-3 в клетках, стимулированных EGF. Следовательно, IQGAP1 может регулировать зависимую от фосфорилирования локализацию YAP в ответ на специфические сигналы, такие как EGF-индуцированная активация AKT.

Путь Hippo т.о. не функционирует изолированно, а тесно интегрирован с путями Raf/MEK/ERK (кратко путь ERK) и Akt на разных уровнях их перекрестных связей. Первый уровень перекрестных связей проходит через Akt, который фосфорилирует MST2 и одновременно ингибирует его функциональную активность по отношению к LAST1, так как Akt-опосредованное фосфорилирование MST2 усиливает его связывание с Raf-1, что препятствует димеризации и активации MST2, и в то же время подавляет активацию Raf-1/ERK, изолируя Raf-1 от комплекса Ras/Raf-1.
Следующим уровнем перекрестных связей является LATS1-опосредованное фосфорилирование Raf-1 по серину 259, который затем неактивен по отношению к пути ERK, а его дефосфорилирование является центральной частью физиологического процесса активации Raf-1. С другой стороны, фосфорилирование Serine 259 способствует связыванию Raf-1 с MST2 и его ингибированию.

Akt в целом может играть противоположные роли в регуляции активности ERK, которые переключаются дозозависимым образом: Akt действует как промотор, когда его уровни низкие, и как ингибитор, когда его уровни высоки. Так, увеличение Akt, начиная с низкого уровня, фосфорилирует и ингибирует MST2, тем самым осла***я отрицательную обратную связь LATS1-Raf-1, что приводит к повышению активности Raf-1/ERK (фаза I). Однако дальнейшее увеличение Akt способствует накоплению неактивной формы MST2, которая изолирует Raf-1 от активации Ras посредством образования комплексов MST2-Raf-1, что приводит к подавлению активности ERK.

Клетки различного тканевого происхождения (или от разных пациентов) могут демонстрировать значительные различия в экспрессии компонентов этой сигнальной сети. Также очевидно, что уровни экспрессии белка могут значительно изменяться в клетках, несущих генетические изменения, такие как амплификация генов, мутации или эпигенетические модификации, по сравнению с нормальными клетками. Давно известно, что петли обратной связи создают динамику сложных и нелинейных систем.

Ожидается, что перекрестные связи и взаимодействия обратной связи между путями MST2 и ERK будут играть важную роль в определении динамического поведения всей сети. В целом сеть Hippo-ERK может генерировать очень разнообразные динамические профили, которые можно сгруппировать в несколько различных моделей доза-реакция для активных MST2 и ERK .

[albert52]

Продолжим.

Регуляция активности ERK1/2 в ядре и цитоплазме сложна, так как сплайс-изоформа p38MAPK-альфа, взаимодействующfy с белком Max (Mxi-2), может связывать ERK1/2 и обеспечивать его транслокацию в ядро, а также предотвращать дефосфорилированиe ERK1/2 в ядре фосфатазами MAPK-1 (MKP1) и DUSP5 (вероятно, в конечном итоге будет доказано, что большинство фосфатаз являются генами-супрессорами опухолей). Это позволяет активированной ERK1 /2 фосфорилировать транскрипционный фактор c-Myc и другие важные субстраты. Примечательно, что около половины идентифицированных в настоящее время субстратов ERK1/2 являются ядерными белками и участвуют в регуляции многих стимулированных ядерных процессов.

В ядре ERK может фосфорилировать факторы транскрипции, такие как: Elk-1, рецептор эстрогена (ER), Fos, глобиновый фактор транскрипции 1 (Gata-1), c-Myc, сигнальный трансдукционная активация транскрипции 1 и 3 (STAT1 и 3) и др . Эти факторы транскрипции связывают промоторы многих генов, включая гены факторов роста и цитокинов, которые важны для стимуляции роста и предотвращения апоптоза многих типов клеток.
ERK также может фосфорилировать и модулировать активность факторов транскрипции Twist, Snail, Slug и Zeb1 прямо или косвенно, которые могут регулировать клеточную пролиферацию, выживание, а некоторые могут модулировать эпителиально-мезенхимальный переход (EMT). Фосфорилирование факторов транскрипции с помощью ERK1/2 или, в некоторых случаях, родственной MAPK, p38MAPK, предотвращает их убиквитинирование и приводит к их стабилизации и повышению активности в ядре и способности стимулировать EMT.

В ядре ERK также может фосфорилировать митоген и стресс-активируемые протеинкиназы (MSK), которые, в свою очередь, могут фосфорилировать TF, такие как активатор транскрипционного фактора-1 (ATF-1), который важен для регуляции активности многих ранних генов после стимуляции митогенами/факторами роста (активируются AP-1).
MSK также фосфорилируют многие белки, участвующие в модуляции структуры хроматина, включая: гистон H3 и (белок-14 группы высокой подвижности) HMG14, что может привести к транскрипции немедленных ранних генов (IEG). Быстрая транскрипция IEG после стимуляции требует активации их факторов транскрипции в течение нескольких минут после стимуляции, и это происходит в основном с помощью быстро перемещаемой ERK1/2.
Одним из наиболее хорошо изученных факторов транскрипции, активируемых ERK1/2, является ядерный домен ETS, содержащий Elk1. Одним из самых ранних транскрипционных событий, регулируемых Elk1, при стимуляции является индукция IEG c-Fos, которая важна для правильного развития пролиферации и дифференцировки. Подобное фосфорилирование с помощью ERK1/2, по-видимому, важно для стабильности и активности других IEG, таких как c-Myc и Fra1.
ERK1/2 может также фосфорилировать многие белки, важные для структуры/реорганизации цитоскелета.

Функция, которую Akt играет в регуляции активности ERK, критически зависит от баланса между Ras и LATS1. Увеличение Akt истощает активный MST2, тем самым осла***я обратную связь LATS. Одновременно накопленный неактивный MST2 секвестрирует Raf-1 посредством их связывания, что приводит к снижению активности Raf-1 и, следовательно, активности ERK (см. выше). В целом Akt играет критическую роль в координации противоположной активности сигнальных осей Hippo и ERK, т.о. хотя Akt всегда ингибирует активность MST2, его дозоспецифическая функция по отношению к ERK предполагает, что Akt обладает способностью независимо настраивать одну сигнальную ветвь, не влияя на другую.

Что же касается Ras, то поскольку Ras находится непосредственно перед Raf-1, естественно ожидать, что увеличение содержания Ras приводит к увеличению активности ERK.
Переключение в отношении MST2 («выключено») и активности ERK («включено») происходило при разных пороговых значениях Ras, что предполагает, что в зависимости от концентрации Ras система может включать только MST2 (низкий Ras), только ERK ( высокий Ras), или оба (промежуточный Ras). Таким образом, Ras оказывает многофункциональное действие в зависимости от его содержания.
Вообще после активации некоторые пути MAPK достигают критического уровня силы сигнала и ведут себя подобно переключателям. Следовательно, отдельные клетки в популяции будут либо «включены», либо «выключены» по отношению к конкретному результату. Другие пути реагируют ступенчато, когда все клетки в популяции демонстрируют равномерное увеличение «выходного сигнала», пропорциональное активирующему стимулу.

Сам путь Raf/MEK/ERK проявляет свойства усилителя отрицательной обратной связи (NFA). По сути, передача сигналов NFA аналогична по биологическому устройству тем, которые используются в электронных схемах. NFA в электронных схемах оптимизируют надежность, стабилизацию сигнала и линеаризацию нелинейного усиления сигнала. Эти свойства Raf/MEK/ERK NFA важны для определения кинетики активации, реакции на лекарства и различных других последующих эффектов активированной ERK.

МАРК-модули состоят из трех отдельных киназ, а именно, MAP-киназной киназы (MAP3K), MAP-киназной киназы (MAP2K) и нижестоящей MAPK. Из наблюдения, что непропорционально большое количество MKKKs присутствует в клетках млекопитающих для регуляции ограниченного количества MAPKs , было сделано заключение, что белки каркаса облегчают специфичную для контекста сборку различных MAP3K, MAP2Ks и MAPKs. На сегодняшний день идентифицировано девять различных модулей MAPK. Это ERK1 / 2, ERK3, ERK4, ERK5, ERK6 / p38MAPK γ , ERK7, ERK8, JNK1 / 2/3 и p38MAPK α / β / δ; многие из каркасных белков, идентифицированных на сегодняшний день, участвуют в регуляции этих модулей.

Подсемейства JNKs и p38s участвуют в реакции на клеточные события, такие как воспаление, инфекция и стресс окружающей среды. Считается, что белок-белковые взаимодействия имеют решающее значение для нормальной функции сигнального пути JNK. Так, были идентифицированы каркасные белки для группы JNK МАРК. К ним относится группа предполагаемых каркасов JNK-взаимодействующих белков (JIP). Белки JIP1 и JIP2 являются близкородственными белками, которые связываются с JNK, MKK7 и протеинкиназами смешанного происхождения. Они наиболее сильно экспрессируются в инсулин-секретирующих β-клетках поджелудочной железы и в нейронах и, как предполагается, регулируют экспрессию гена инсулина и гена переносчика глюкозы GLUT2.
Исследования гена Jip1 человека привели к выявлению миссенс-мутаций, которые сегрегируют с диабетом II типа; можно предположить, что JIP1 регулирует апоптоз β-клеток поджелудочной железы.

Отметим, что связанный модуль JNK не будет функционировать для усиления сигналов. Вместо этого сборка модуля JNK каркасным белком может привести к эффективной активации JNK в ограниченной области клетки с помощью определенного стимула. Возможна также динамическая регуляция субклеточной локализации каркаса. Еще недавние исследования установили, что актин-связывающий белок филамин может функционировать в качестве предполагаемого каркаса для сборки модуля цитокинового рецептора, который активирует JNK; филамин взаимодействует с MKK4 и TRAF2.

Cуществует множество каркасных/шаперониновых белков, которые взаимодействуют с различными компонентами каскада Raf/MEK/ERK, например , 14-3-3, MP-1, белок теплового шока-90 (HSP-90), KSR, RKIP (ингибирующий белок киназы Raf). Белки теплового шока, такие как HSP-90, считаются сторожами, поскольку они обычно служат для защиты активности белков-клиентов. Мутации в KRAS придают чувствительность к ингибиторам HSP-90, таким как гелданамицин, что подтверждает важность HSP-90 в регуляции этого пути.

RKIP также считается геном-супрессором метастазирования при некоторых видах рака и обладает эффектами привратника и сторожа. Было показано, что активация Raf-1 с помощью Ras зависит от белка-прогибитина, повсеместно экспрессируемого белка, который также может служить белком-шаперонином. Прогибитин , также известный как PHB , представляет собой белок , кодируемый у людей геном PHB.

[albert52]

Продолжим.

Фосфатидилинозитол-3-киназа (PI3K) представляет собой гетеродимерный белок с регуляторной субъединицей 85 кДа и каталитической субъединицей 110 кДа ( PIK3CA ). PI3K служит для фосфорилирования ряда мембранных фосфолипидов. Чаще всего PI3K активируется посредством связывания лиганда с его родственным рецептором, в результате чего р85 связывается с фосфорилированными остатками тирозина на рецепторе через домен Src-homology 2 ( SH2). После ассоциации с рецептором каталитическая субъединица р110 затем переносит фосфатные группы на вышеупомянутые мембранные фосфолипиды. Именно эти липиды, особенно PtdIns(3,4,5)P3 , привлекают ряд киназ к плазматической мембране, тем самым инициируя сигнальный каскад.

Ниже PI3K находится первичная эффекторная молекула сигнального каскада PI3K, Akt/ протеинкиназа B (PKB); Akt активируется посредством фосфорилирования двух остатков: T308 и S473.
Фосфотидилинозитид-зависимые киназы ( PDK ) ответственны за активацию Akt . PDK1 является киназой, ответственной за фосфорилирование T308. Akt также фосфорилируется mLST8 (возможным PDK2), нечувствительным к рапамицину компаньоном комплекса mTOR / mTORC2. Следовательно, фосфорилирование Akt несколько затруднено, так как он фосфорилируется комплексом, расположенным ниже самого активированного Akt.

После активации Akt покидает клеточную мембрану для фосфорилирования внутриклеточных субстратов, а также способен перемещаться в ядро, где он влияет на активность ряда регуляторов транскрипции, например, CREB, E2F, NF-кВ (через IКК), транскрипционные факторы вилки и MDM2, который регулирует активность p53.

Главный ингибитор пути PI3K PTEN. Ген PTEN кодирует липидную и протеиновую фосфатазу, первичным липидным субстратом которой является PtdIns( 3,4,5 ) P3. Впрочем субстраты PTEN более разнообразны, включая киназу фокальной адгезии (FAK), обменный белок Shc и регуляторы транскрипции ETS-2 и Sp1, а также PDGFR.

Другим негативным регулятором PI3K-пути являются фосфатазы PHLPP (PH domain and Leucine rich repeat Protein Phosphatases). PHLPP (PHLPP1 и PHLPP2) дефосфорилирует Ser-473 (гидрофобный мотив) в Akt, тем самым частично инактивируя киназу. Кроме того PHLPP может дефосфорилировать киназы AGC, такие как S6K и PKC на их гидрофобных мотивах, а также ингибирующий сайт проапоптотической киназы Mst1, что приводит к ее активации.
PHLPP способен подавлять ацетилирование и фосфорилирование гистонов, чтобы уменьшить экспрессию генов рецепторных тирозинкиназ, таких как EGFR. Кроме того, PHLPP1 дефосфорилирует RAF1, обеспечивая еще один путь подавления передачи сигналов MAPK .

Две другие фосфатазы, SHIP-1 (инозитол - 5'- фосфатаза, содержащая домен SH1) , и SHIP-2 удаляют 5-фосфат из фосфолипида PtdIns(3,4,5) P 3 с образованием PtdIns(3,4) P 2. Мутации этих фосфатаз, устраняющие их активность, также могут приводить к опухолевой прогрессии.

Как известно, главной функцией Akt является ингибирование комплекса TSC1/TSC2, блокирующего белок Rheb, связывающий/обменяющий GTP, который играет ключевую роль в регуляции mTORC1 и контроле эффективности трансляции белка.
В присутствии питательных веществ mTORC1 рекрутируется на поверхность лизосом с помощью RAPTOR и активированных Rag GTPases. Оказавшись на лизосомальной мембране, mTORC1 параллельно активируется Rag GTPases вместе с Rheb GTPase. Сама Rheb GTPase представляет собой точку регуляции, поскольку ее активность регулируется комплексом TSC1/TSC2, который управляет гидролизом GTP до GDP в Rheb, тем самым вызывая его инактивацию. Активность TSC1/TSC2 регулируется множеством сигналов окружающей среды, включая присутствие фактора роста и уровня энергии клетки.

Кстати Rheb является мишенью FTI (ингибиторов фарнезилтрансферазы), с помощью которой изопренильная группа добавляется к остаток цистеина. Это важный процесс, обеспечивающий белок-белковые и белок-мембранные взаимодействия. Эти ингибиторы были разработаны с целью нацеливания на Ras. К сожалению, клинические испытания ингибиторов FT (FTI) дали неутешительные результаты. Отсутствие полезности FTI может быть связано с несколькими причинами. Во-первых, есть много белков, которые регулируются FT. Во-вторых, хотя FT модифицирует чаще всего H-Ras и в меньшей степени K-Ras, N-Ras также может модифицироваться геранил - геранил - трансферазой (ГГТ). Этот модифицированный N-Ras по-прежнему способен поддерживать биологическую потребность в Ras в раковой клетке.
Но некоторый клинический эффект FTI был связан с блокадой Rheb. Дело в том, что Rheb располагается в различных эндомембранных структурах, включая ER и Golgi, причем обнаруживается в основном в цитозольной фракции, что свидетельствует о слабом взаимодействии с мембранами.
Фарнезилирование Rheb делает возможным его слабое взаимодействие с мембраной ER и что это временное и обратимое взаимодействие необходимо для активации mTORC1. В случае Rheb на мембранах Гольджи предполагается, что непосредственная близость с mTORC1 на лизосомальных мембранах опосредуется через взаимосвязанные поверхности между этими органеллами.

mTORC1 представляет собой S/T-киназу с молекулярной массой 289 кДа. Он регулирует трансляцию в ответ на питательные вещества и факторы роста путем фосфорилирования компонентов механизма синтеза белка, включая p70 S6K и эукариотический фактор инициации трансляции 4EBP-1 , последний приводит к высвобождению фактора эукариотической инициации-4E (eIF-4E), позволяя eIF-4E участвовать в сборке комплекса инициации трансляции.
mTOR контролирует несколько стадий, участвующих в синтезе белка, но, что также важно, усиливает продукцию ключевых молекул, таких как c-Myc, cyclin D1, p27 Kip1 и белок ретинобластомы (pRb). mTOR также контролирует трансляцию мРНК HIF-1α, активация которого приводит к увеличению экспрессии ангиогенных факторов, таких как VEGF и PDGF. Более того, HIF-1α регулирует гликолитический путь, контролируя экспрессию молекул, чувствительных к глюкозе, включая переносчики глюкозы Glut 1 и Glut3.

Многие из мРНК, кодирующих ранее упомянутые гены, содержат 5'- нетранслируемые области , которые богаты G+C и трудно транслируются и поэтому называются слабыми мРНК. 4EPB-1 образует комплекс с этими мРНК и др. связывающими факторами, что делает возможным трансляцию этих слабых мРНК. ERK, p90 Rsk-1 , MNK1/2 и p70S6K регулируют фосфорилирование многих белков, участвующих в ключевом комплексе, необходимом для трансляции слабых мРНК. Mcl-1 является примером слабой мРНК и играет ключевую роль в регуляции апоптоза. Ингибиторы рапамицина и киназы mTOR подавляют трансляцию этих критических мРНК, участвующих в выживании и росте клеток.

Недавние данные показали, что в солидных опухолях ингибирование mTORC1 приводит к активации ERK 1/2 посредством p70 S6K /PI3K/Ras/Raf/MEK. Также mTORC2 может функционировать как неуловимая PDK-2, которая фосфорилирует Akt на S473 в ответ на стимуляцию фактором роста. Предполагается, что между этими двумя комплексами существует равновесие; когда образуется комплекс mTORC1, это может препятствовать образованию комплекса mTORC2 и снижать активность Akt.

[albert52]

Вставка.
Регуляция биосинтеза белка

Регуляция необходима для поддержания баланса разнообразных белков в клетке или организме, для изменения этого баланса в меняющихся условиях окружающей или внутриорганизменной среды, для обеспечения смены белков в процессах клеточной дифференцировки и развития организма, для адекватного ответа на специфические внешние сигналы или н***агоприятные воздействия.
Живые клетки используют несколько различных способов или путей такой регуляции, но практически во всех случаях она осуществляется через регуляцию инициации трансляции. Это означает, что регуляторные механизмы трансляции направлены на то, чтобы разрешить или не разрешить инициацию трансляции данной мРНК, и если разрешить, то с какой эффективностью (скоростью инициации): чем больше скорость, тем больше образуется белка.

Существуют три основных способа, как регулировать трансляцию. Первый способ – позитивная регуляция на основе сродства мРНК к инициирующей рибосоме и факторам инициации (дискриминация мРНК (англ. discriminate — отличать, распознавать)). Второй способ – негативная регуляция с помощью белков-репрессоров, которые, связываясь с мРНК, блокируют инициацию (трансляционная репрессия). При этом белок-репрессор имеет специфическое сродство к участку мРНК в районе инициации трансляции (часто к участку с нестабильной вторичной структурой) и, связываясь с ним (и стабилизируя его), создает барьер либо для посадки инициирующих рибосомных частиц, либо для движения рибосомы к месту инициации.

Этими двумя способами регулируются индивидуальные мРНК, то есть трансляция каждой мРНК может специфически контролироваться независимо от других мРНК клетки. Третий способ – тотальная регуляция трансляции всей совокупности мРНК клетки посредством модификации факторов инициации. Отметим что при наличии общих черт регуляции на уровне трансляции у прокариотических (бактерии) и эукариотических организмов тотальная регуляция за счет модификации факторов инициации характерна, по-видимому, только для эукариот.

Скорость или частота инициации трансляции рибосомами может сильно различаться для разных мРНК. У прокариотических организмов это определяется тем, что инициирующие или рибосомосвязывающие участки разных мРНК имеют разное сродство к рибосомам и, таким образом, с разной эффективностью связывают рибосомные частицы. На основании разницы в эффективности инициации можно говорить о «сильных» и «слабых» мРНК. На сильных мРНК инициация происходит часто, на них нанизывается много рибосом (образуются плотные полирибосомы) и соответственно продуцируется много молекул белка. Редкая инициация трансляции на слабых мРНК дает в результате редкую посадку рибосом на эти мРНК и, следовательно, низкую белковую продукцию.

Как правило, если белок имеет четвертичную структуру, построенную из разных субъединиц в различном соотношении, то сила мРНК или ее отдельных участков (цистронов), кодирующих эти субъединицы, координирована с пропорцией субъединиц в структуре. Например, мембранный комплекс протонной АТФазы бактерий построен из трех типов субъединиц в соотношении 1:2:10 (a1b2c10), и соответственно субъединица c кодируется очень сильным цистроном мРНК, субъединица a – слабым, а субъединица b – цистроном промежуточной силы.

Похожая ситуация наблюдается и в эукариотических клетках, но там дискриминация мРНК обусловлена скорее разным сродством факторов инициации, а не самих рибосом к разным 5'-проксимальным инициаторным структурам мРНК. Так как факторы инициации в любом случае локализуются на инициирующих малых рибосомных субчастицах, то они и определяют разную эффективность посадки рибосом на разные мРНК.
Различная сила мРНК в значительной мере определяет соотношение продукции различных белков в клетке. Так, структурные белки мембран, рибосомные белки, факторы элонгации, белки оболочки вирусов и другие белки, требуемые в большом количестве, например, пищеварительные ферменты, кодируются сильными мРНК, а многие регуляторные белки – слабыми мРНК.

Трансляция контролируется с помощью большого количества механизмов, наиболее понятным из которых является фосфорилирование факторов трансляции и их регуляторов, особенно ключевых факторов инициации трансляции эукариот (eIFs). mTORC1-опосредованное фосфорилирование eIF4E-связывающих белков (4E-BP) и рибосомных киназ S6 (S6Ks) приводит к устойчивой эффективности инициации трансляции (см выше).

eIF4F представляет собой гетеромерный комплекс, который связывает структуру кэпа и состоит из eIF4A (РНК-геликазы), eIF4E (связывающего кэп белка) и eIF4G (каркасный белок), который связывает как eIF4E, так и eIF4A. После связывания с кэпом eIF4F раскручивает 5'-проксимальную вторичную структуру мРНК, чтобы облегчить связывание преинициативного комплекса 43S (который включает 40S рибосомную субъединицу). После сканирования вдоль 5'-UTR на предмет подходящего стартового кодона AUG, комплекс предварительной инициации затем растворяется, и рибосомная субъединица 60S присоединяется к субъединице 40S с образованием трансляционно компетентной 80S рибосомы.

Этому процессу способствует фактор eIF5B (5B), который инициирует удлинение трансляции. Фаза элонгации характеризуется добавлением аминокислот к растущему пептиду и транслокацией рибосом по мРНК, процессом, который частично контролируется фактором элонгации eEF2. Наконец, прекращение трансляции связано с высвобождением вновь синтезированного пептида и диссоциацией рибосомы от мРНК.

Для связывания инициаторной аминоацил-тРНК (Met-tRNAi) с малой рибосомной субчастицей в процессе инициации трансляции требуется eIF2 в комплексе с ГТФ (GTP); в ходе инициации ГТФ гидролизуется на ГДФ (GDP) и ортофосфат и eIF2 в комплексе с ГДФ (eIF2 : GDP) освобождается из рибосомы.
В норме дополнительный фактор eIF2В принимает участие в том, чтобы превратить отработанный (неактивный) eIF2 : GDP в необходимый для следующей инициации eIF2 : GTP. Этот фактор играет каталитическую роль в обмене ГДФ на ГТФ, и его в клетке мало. Когда eIF2 фосфорилируется фосфокиназой (eIF2Р), он может обычным образом участвовать в инициации трансляции, но, освободившись из рибосомы с ГДФ (в форме eIF2Р : GDP), он образует прочный комплекс с eIF2В (eIF2В : eIF2Р : GDP) и тем самым связывает весь eIF2В клетки, лишая последнюю возможности катализировать регенерацию eIF2 : GTP из eIF2 : GDP, тем самым подавляя синтез белка.

Механизмы трансляционной репрессии обеспечивают пути модуляции скоростей инициации трансляции в широких пределах либо в зависимости от внешних сигналов (эффекторов), либо по типу обратной связи, когда мРНК репрессируется своим же продуктом. Что же касается эффекторов, то, например, в животных клетках белок-репрессор блокирует инициацию синтеза белка ферритина, а железо в качестве эффектора лишает репрессор его мРНК-связывающих свойств и дерепрессирует ферритиновую мРНК, тем самым разрешая ее трансляцию.

Кроме типичной трансляционной репрессии эукариоты выработали механизм маскирования мРНК, когда соответствующая мРНК становится недоступной не только для инициации трансляции, но и фактически выведена из всех других процессов ее возможных превращений или изменений – деградации нуклеазами, ферментативной модификации ее 3'-конца путем полиаденилирования и пр.
Маскирование и демаскирование мРНК являются особенно характерными для процессов гаметогенеза (оогенеза и сперматогенеза), раннего эмбрионального развития, клеточной дифференцировки, гормонального включения или выключения функций. Например, в оогенезе происходит запасание некоторых материнских мРНК в маскированной форме, и часть этих мРНК демаскируется в ответ на оплодотворение яйцеклетки, обеспечивая белковый синтез на самых ранних стадиях эмбриогенеза: дробления, бластулы и ранней гаструлы.

Наиболее обычный путь тотальной регуляции белкового синтеза у эукариот, во всяком случае у животных и грибов, – это активация специальной фосфокиназы (eIF2Р), которая фосфорилирует фактор инициации eIF2, что приводит к подавлению инициации трансляции всех мРНК клетки (см. выше). Сигналами для активации фосфокиназы в клетке являются тепловой шок и другие виды стрессовых воздействий, недостаток ростовых факторов, аминокислотное голодание, недостаток железа, вирусные инфекции. Степень подавления белкового синтеза может варьировать в зависимости от уровня стресса.

Для многих локализующихся мРНК репрессия трансляции отменяется сразу после прибытия в конечный субклеточный пункт назначения. Субклеточное положение белка является ключевым фактором, определяющим его функцию. Локализующиеся мРНК упакованы в рибонуклеопротеидные комплексы (комплексы RNP), которые взаимодействуют с моторами цитоскелета для направленного транспорта по дорожкам цитоскелета, что является эволюционно консервативным механизмом для контроля локализации белка. При этом мРНК совместно собираются в мультимолекулярные транспортные единицы. Различные регуляторы трансляции, которые обнаруживаются в комплексах RNP, представляют собой челночные белки, которые содержат сигналы ядерной локализации и накапливаются, по крайней мере, временно в ядре.
Транспортные RNP могут иметь общие компоненты с процессинговыми тельцами (P-тельцами) - общими цитоплазматическими сайтами для подавления трансляции.

Локализованные мРНК впоследствии транслируются в ответ на локализованные сигналы. Синтез на месте придает белку новые сигнальные свойства и помогает поддерживать локальный протеомный гомеостаз.
Локализация РНК может быть эволюционно консервативным механизмом, который децентрализует геномную информацию и делегирует ее контроль субклеточным компартментам. Генетическая информация, закодированная в ядре, обеспечивает поставку мРНК путем транскрипции, из которой выбираются определенные наборы мРНК для субклеточной локализации. Т.о. субклеточные целевые коллекции мРНК могут функционировать как геномный форпост.

[albert52]

Вставка

Стрессовые гранулы

Стрессовые гранулы (SG) представляют собой разделенные по фазам биомолекулярные конденсаты РНК-связывающих белков (RBP) и мРНК, которые образуют жидкие каплеобразные безмембранные цитоплазматические компартменты в ответ на стресс. Основная функция SG заключается в том, чтобы способствовать выживанию клеток в условиях стресса, обеспечивая временный резервуар для хранения остановившихся в трансляции мРНК, RBP и рибосомных белков. Эукариотические клетки отключают некоторые клеточные трансляции в ответ на стрессы в окружающей среде (обычные стрессы в окружающей среде - гиперосмолярность, тепло и окислительные условия), чтобы сэкономить энергию и ответить на повреждение, вызванное стрессом.
Домен низкой сложности, содержащийся во многих RBP, связанных с SG, имеет тенденцию быть внутренне неупорядоченным и служит движущей силой для разделения липид-липидной фазы (LLPS), которое инициирует сборку SG.

В нормальных клетках после снятия стресса динамические SG быстро разбираются молекулярными шаперонами, UPS и VCP (UPS, убиквитин-протеасомная система; VCP, валозинсодержащий белок), тогда как аберрантные SG и твердые белковые агрегаты очищаются путем аутофагии. Дело в том, что при болезненных состояниях может происходить аберрантная сборка SG и/или фазовый переход из жидкости в твердую, вызывая образование твердых белковых агрегатов, которые считаются патогенными . Показано, что вызывающие заболевание мутации в генах, кодирующих SG-ассоциированные RBP, изменяют свойства белков, делая их менее растворимыми и склонными к агрегации. Кроме того, неправильное сворачивание белков увеличивается при клеточном стрессе и нарушении протеостаза. Неправильно свернутые белки, по-видимому, накапливаются в SG, что приводит к тому, что последние теряют жидкоподобную динамику и образуют агрегацию белков.

Белковый гомеостаз (протеостаз) относится к сбалансированному состоянию, в котором белки поддерживаются в правильной конформации, концентрации и внутриклеточном расположении, чтобы они могли выполнять свои клеточные функции для поддержания целостности и функциональности клетки. Для регуляции протеостаза в клетках развилась сложная система, которая контролирует весь жизненный цикл белков от синтеза до утилизации. Система регуляции протеостаза включает множество компонентов, в том числе механизм трансляции, молекулярные шапероны и ко-шапероны, убиквитин-протеасомную систему (UPS) и путь аутофагии.

Молекулярные шапероны представляют собой класс белков, которые способствуют сворачиванию и повторной укладке белков, а также сборке белковых комплексов. Белки теплового шока (Hsps), вероятно, являются наиболее широко изученными шаперонами, которые делятся на подсемейства в зависимости от их молекулярной массы, включая Hsp90, Hsp70, Hsp40 и малые Hsps. Hsps играют жизненно важную роль в рефолдинге, деградации и секвестрации неправильно свернутых белков либо АТФаз-зависимым, либо АТФаз-независимым образом, а также регулируют разборку и клиренс SG.

Убиквитинирование белков, по-видимому, является молекулярным сигналом, используемым как для деградации белков с неправильной укладкой, так и для оборота аберрантных SG. VCP извлекает РНК-связывающий белок G3BP1 из SG и запускает разборку SG; G3BP является ядром сети взаимодействия в SG. При тепловом шоке G3BP1 в SG подвергается массовому убиквитинированию; белок, ассоциированный с ER, FAF2 распознает убиквитинированный G3BP1 и доставляет его в VCP. «Извлечение» G3BP1 из SG с помощью VCP запускает диссоциацию других белков SG, что приводит к разборке SG.

У млекопитающих семейство белков G3BP состоит из трех гомологичных белков; G3BP1 (основной вариант), G3BP2a и его вариант сплайсинга G3BP2b; общая структура белка создает трехмерную платформу, которая связывает РНК. Отметим, что статус фосфорилирования G3BP1 может функционировать как переключатель роста клеток, где фосфорилированный G3BP1 путем связывания с 3'-UTR опосредует деградацию мРНК белков роста, и, таким образом, уменьшает клеточную пролиферацию. В целом статус фосфорилирования G3BP может влиять на судьбу мРНК, защищая их от деградации во время клеточного стресса, доставляя в SG. Кстати в пролиферирующих клетках G3BP1 гипофосфорилируется, теряя способность расщеплять мРНК.
3'-нетранслируемые области ( 3'-UTR ) матричных РНК (мРНК) регулируют процессы, основанные на мРНК, такие как локализация и стабильность мРНК, и трансляция. Именно к ним присоединяются RBP (см. выше), определяя посттрансляционные модификации. В целом 3'-UTR действуют как каркасы для регуляции локализации мембранных белков.

Хотя G3BP экспрессируются во всех нормальных клетках, некоторая специфическая экспрессия изоформ в тканях была идентифицирована для G3BP1 в легких и почках, для G3BP2a в мозге и для G3BP2b в тонкой кишке. G3BPs представляют собой главным образом цитоплазматические белки, но различие в распределении было зарегистрировано для различных изоформ: G3BP1 может локализоваться в ядрах в покоящихся клетках, наиболее вероятно из-за фосфорилирования в Ser149.

Раковые клетки требуют экспресии G3BPs, которые служат вспомогательными генами, способствующими их выживанию . Отметим, что G3BP являются важными составляющими вирусных фракций CHIKV и HCV, облегчая репликацию и сборку вирусов. Кстати, PTEN может модулировать уровни экспрессии нескольких белков, негативно регулируя уровни экспрессии белка G3BP1 и AKAP121.

Сверхэкспрессия G3BP1 опосредует EMT в клетках рака молочной железы через сигнальный путь Smad; нокдаун G3BP1 блокировал мезенхимный фенотип клеток. G3BP2 играет роль в инициации рака молочной железы путем стабилизации транскриптов мРНК онкогена SART3(Squamous cell carcinoma antigen recognized by T-cells 3), отвечающего за экспрессию плюрипотентных факторов транскрипции Oct-4 и Nanog. G3BP2 может служить позитивным регулятором инициации рака молочной железы, а также негативным регулятором метастазирования рака, так как G3BP2 нужен для приобретения свойств, инициирующих рак, а при метастатической колонизации раковые клетки должны потерять свой EMT-фенотип.
Кроме того, G3BP1 сверхэкспрессируется при гепатоцеллюлярной карциноме (HCC) и участвует в EMT из HCC, стимулируя экспрессию Slug, члена семейства транскрипционных факторов цинкового пальца SNAIL, которые индуцируют EMT. При раке поджелудочной железы межклеточное вещество уплотняется (жесткая матрица), TWIST1 отсоединяется от G3BP2 и движется к ядру, что приводит к индукции EMT.

[albert52]

Продолжим.

Сборка стрессовых гранул (SGs) и процессинговых Р-телец является хорошо известной клеточной стратегией для уменьшения повреждений, связанных со стрессом, и обеспечения выживания клеток. Остановка процесса трансляции из-за стресса создает обширный репозиторий компонентов SG, таких как факторы инициации трансляции, РНК- и не-РНК-связывающие белки и мРНК (см. выше). С снятием стресса и прекраще -нием ингибирования трансляции SG разбираются, и мРНК направляется к транслирующимся полисомам, а P-тела рекрутируют мРНК для возможной деградации.

Основной белковый компонент SG, состоящий из РНК-связывающих белков, также может иметь два специфических домена: прионоподобные богатые глицином домены низкой сложности (PLD) и внутренне неупорядоченные домены (IDD), которые могут образовывать белковые агрегаты. Перегруженные РНК белки (особенно белки с доменами IDD и PLD), диспергированные в цитоплазме или нуклеоплазме (растворимая фаза), сливаются в концентрированное состояние с образованием SG; при этом происходит разделение фаз жидкость-жидкость (конденсированная фаза).

В то время как многие острые стрессы способствуют конденсации SG через фосфорилирование eIF2α, было показано, что хронические стрессы преодолевают фосфорилирование eIF2α, что в конечном итоге снижает образование SG. При этом мРНК может идти тремя путями: оставаться в структуре SG и запасаться, возобновлять трансляцию или двигаться в сторону деградации.
С другой стороны, хронический стресс в некоторых случаях может способствовать увеличению фосфорилирования eIF2α, например, во время эпителиально-мезенхимального перехода и при нейродегенеративных заболеваниях; oжидается, что эти условия способствуют сборке SG. Фосфорилирование eIF2α, аналогично его роли в контексте острых стрессов, важно для индукции образования SG в условиях хронической нехватки питательных веществ; вероятно, это происходит посредством активации GCN2 (general control nonderepressible 2) вследствие накопления незагруженных транспортных РНК (тРНК), которые связываются с GCN2, что приводит к конформационным изменениям и активации киназы.

Отметим, что гомеостатическая интегрированная реакция на стресс (ISR) представляет собой эволюционно консервативный гомеостатический процесс, который позволяет клеткам млекопитающих ощущать, адаптироваться и соответствующим образом реагировать на широкий спектр внеклеточных и внутриклеточных сигналов стресса. Четыре различных эукариотических киназы фактора инициации 2 (eIF2), включая GCN2, РНК-зависимую протеинкиназу (PERK), протеинкиназу R (PKR) и гем-регулируемую киназу eIF2α (HRI), опосредуют ISR. GCN2 ощущает недостаток аминокислот, PERK активируется стрессом эндоплазматического ретикулума, PKR ощущает вирусную двухцепочечную РНК (dsRNA), а HRI ощущает депривацию гема. Кстати, большинство химиотерапевтических препаратов обычно стимулируют накопление SG, активируя эти фосфорилирующие киназы.

Белок-белковые и РНК-РНК-взаимодействия, которые удерживают вместе хронические SG, вероятно, аналогичны тем, которые были описаны для острого SG. Как и в случае острых стрессов, истощение G3BP1 и G3BP2 полностью нарушает конденсацию SG; при этом при хроническом алиментарном голодании истощение SG приводит к улучшению выживаемости. Дело в том, что внутри стрессовых гранул происходит частичная секвестрация рецепторов активированной С-киназы-1 (RACK1), что снижает активацию каспазы-3, то есть если образование SG блокируется во время стресса, выживаемость клеток значительно снижается. Однако SG, индуцированные патологическим хроническим стрессом (нейродегенерация, голодание по питательным веществам), лишены нескольких классических компонентов SG, которые вносят вклад в выживательные функции канонических SG (RACK1, малые рибосомальные белки) и, наоборот, имеют функцию про-апоптоза.

Образование SG, по-видимому, регулирует несколько канонических сигнальных путей (NF-κB, mTORC1, PKR, RIGI) в ответ на стресс. Так, SGs перехватывают и изолируют компоненты передачи сигналов, такие как RACK1 (передача сигналов p38/JNK), TRAF2 (передача сигналов NF-kB), Raptor (передача сигналов mTOR) и RhoA/ROCK1 (передача сигналов Wnt). Аутофагия частично отвечает за клиренс SG, предполагая, что благоприятные эффекты препаратов, индуцирующих аутофагию, могут быть частично связаны с усилением клиренса SG во время лечения.

SG и онкогенез

Рак можно обсуждать с трех разных точек зрения: формирование рака и онкогенез, выживание рака и метастазирование, инвазия и прогрессирование раковых клеток. Опухолевые клетки часто подвергаются хроническому стрессу, и помимо влияния на клеточную пролиферацию, проонкогенные гиперактивные сигнальные пути усиливают образование SG, что продлевает жизнь раковых клеток. Истощение SG приводит к улучшению выживаемости больных.

При раке от двадцати до тридцати процентов всех раковых заболеваний человека имеют изменения RAS (KRAS-HRAS-NRAS). KRAS часто встречается при аденокарциноме поджелудочной железы и колоректальном раке, NRAS — при меланоме, раке щитовидной железы и лейкемии. Мутантный белок RAS вооружает клетку против стрессов, связанных с опухолью; так, мутанты KRAS индуцируют образование SG путем повышающей регуляции 15d-PGJ2 (15-дезокси-дельта-простагландина J (2)) посредством нижестоящих эффекторных молекул, RALGDS и RAF, а также увеличения экспрессии циклооксигеназы-2 (COX-2).
15d-PGJ2 нацелен на цистин 264 в eIF4A, нарушая его взаимодействие с eIF4G, необходимое для процесса трансляции. Кстати, сорафениб, противораковый препарат, который попутно увеличивает продукцию SG по пути GCN2/eIF2a, сильно зависит от экспрессии COX-2, секвестированного в SG, и ингибирование COX-2 целекоксибом приводит к усилению ответа на лечение сорафенибом.

В пути pi3k/Akt mTORC1 ингибирует действие 4E-BP на eIF4E путем фосфорилирования и инактивации eIF4E-BP во время киназного каскада PI3K-mTOR, образуя комплекс eIF4F, который отвечает за идентификацию кэп-структуры на 5'-конце мРНК, инициируя, таким образом, трансляцию. Ингибируя mTORC1 при стрессе, eIF4E-BP остается активным и ингибирует образование комплекса eIF4F, останавливая процесс трансляции на начальной стадии. Этот процесс предрасполагает к формированию SG, оставляя PIC (преинициаторный комплекс) на мРНК, что действует как гнездо для SG.

Таким образом mTOR является одним из наиболее важных путей образования SG; ингибирование mTORC1 торкинибом может привести к нарушению образования SG или истощению eIF4G1 или eIF4E, что может нейтрализовать связанный с SG антиапоптотический путь p21. Также Grb7 (адаптерный белок 7, связанный с рецептором фактора роста) фосфорилирует условиях стресса тирозинкиназу Syk по остатку тирозина, вызывая образование SG, и сам рекрутируется в структуру SG. Когда стресс снимается, это рекрутирование способствует образованию аутофагосом и клиренсу SG в клетке, повышая способность клеток противостоять стрессовому стимулу.

В целом влияние SG на пролиферацию идет по двум путям — влияние на клеточный цикл и факторы, регулирующие пролиферацию, и влияние на транскрипты этих факторов. SG играют важную роль в поддержании клеток в развитии клеточного цикла и предотвращении вступления клеток в фазы клеточной гибели.
SP1 представляет собой транскрипционный фактор, играющий важную роль в регуляции SG-нуклеирующих белков, таких как HuR, TIA1/TIAR и G3BP1; истощение клеток по SP1 приводит к гибели клеток. HuR и CIRP совместно локализованы в SG, и CIRP играет ключевую роль в положительной регуляции HUR, а HuR повышает уровень циклина-Е1 в раковых клетках. Сверхэкспрессия циклина E1 увеличивает долю клеток в S-фазе, что приводит к усилению фосфорилирования Rb и клеточной пролиферации во многих моделях линий раковых клеток.

Отметим что регуляция сборки или разборки SG может быть ключевым методом контроля судьбы клеток или лечения заболеваний. Следовательно, это многообещающая область для разработки потенциальных терапевтических стратегий путем нацеливания на белки SG. Как пример рекрутирование мРНК в цитоплазме для слияния со зрелыми SG требует транспортировки по микротрубочкам моторными белками; таким образом, целостность микротрубочек важна для сборки SG. Микротрубочки представляют собой внутриклеточные структуры, собранные из гетеродимеров α- и β-тубулина и отвечающие за различного рода движения в клетках.
Деполимеризующие тубулин агенты могут вызвать исчезновение SG. Как обратимый ингибитор микротрубочек, нокодазол связывается с β-тубулином и нарушает кинетику сборки и разборки микротрубочек, тем самым предотвращая митоз и индуцируя апоптоз в опухолевых клетках. Нокодазол ингибирует образование SG, но не предотвращает фосфорилирование eIF2α, указывая на то, что он действует после фосфорилирования eIF2α.
Винбластин также вызывает деполимеризацию микротрубочек и, подобно нокодазолу, нарушает образование SG и разборку образовавшихся SG. Однако более высокая концентрация или длительное лечение винбластином сильно способствует репрессии трансляции и индуцирует микроскопические SG.

[albert52]

Вернемся к сигнальным путям.

На большинство поступающих в клетку сигналов она реагирует не напрямую: между поступающим раздражителем и специфической реакцией клетки лежит целый внутриклеточный каскад сигнальных молекул, представляющих собой путь биохимических превращений. Задача таких биохимических путей — усилить или ослабить передаваемый клетке сигнал и перевести его в такую форму, чтобы позволить реализоваться ответным реакциям.
Комплексная взаимоорганизация всех задействованных в сигнальных путях белков формирует сеть внутриклеточной передачи сигналов, которая похожа на множество сотен сходящихся и вновь разветвляющихся, пересекающихся путей, переключающихся на различных белках, которые условно напоминают станции для пересадок в метро. B ней можно выделить несколько путей, которые в клетках большого количества опухолей дефектны и обнаруживают отклонения от нормы.

Mногие сигнальные пути довольно сложно различать как функционально, так и биохимически, и между многими из них зачастую существуют прямые активирующие и/или угнетающие связи. Примером тому может служить сеть p53/Rb, объединяющая важные сигнальные пути, которые регулируют процессы клеточного деления, апоптоза и репарации ДНК.
Рецепторы, с которых начинается путь МАРК, относятся к рецепторным тирозинкиназам (receptor tyrosine kinases, RTK). Многие гены рецепторных тирозинкиназ являются гомологами вирусных онкогенов. В зависимости от подтипа рецептора и задействованного адапторного белка активируются те или иные пути.
По структурным характеристикам внеклеточных доменов RTK можно разделить на несколько классов. К примеру, представители семейств PDGFR (рецептор тромбоцитарного фактора роста), FGFR (рецептор фактора роста фибробластов), VEGFR-1/-2 (рецептора фактора роста эндотелия сосудов) обладают соответственно пятью, тремя и семью Ig-подобными доменами. Однако несмотря на многообразие классов рецепторных тирозинкиназ, механизм их активации практически одинаков.

Согласно этой модели, в несвязанном состоянии между активными димерами и неактивными мономерами рецептора постоянно поддерживается равновесие. Присоединение лиганда ведёт к димеризации и смещает равновесие в сторону образования активной формы рецептора. Образование активных димеров может быть инициировано напрямую лигандами, связывающимися сразу с двумя мономерами, как, например, EGF (epidermalgrowth factor) способствует димеризации своего рецептора Egfr. Также связывание с лигандом может вызывать изменение конформации внеклеточного домена, что ведет к экспозиции сайтов связывания, как например, SCF (stem cell factor) вызывает димеризацию Kit-рецепторов.
Итогом процесса димеризации является сближение внутриклеточных доменов друг с другом, вследствие чего наступает преходящая активация внутренней тирозинкиназной активности каталитических доменов, что приводит к трансфосфорилированию специфических остатков тирозина цитоплазматического домена. С фосфорилированным рецептором могут связываться белки с SH2-доменами. Комплекс связанного с таким белком рецептора может опосредовать активацию, например, какого-либо фермента или изменение реакционной способности белка.
В отсутствие лигандов RTK представляют собой мономерные полипептидные цепочки (исключение — семейство рецепторов инсулина, которые состоят из 4 пептидных цепей, соединённых дисульфидными мостиками).

Активация RTK, предваряющая развитие событий внутри клетки, приводит к связыванию SH2-домена адапторного белка — GRB2 (Growth Factor Receptor bound 2) — на фосфорилированном остатке тирозина активированной RTK. Помимо SH2-домена, GRB2 содержит также два SH3-домена, имеющих сродство к взаимодействию с богатыми пролином участками белка, который гомологичен белку плодовой мушки Drosophila — SOS (son of sevenless) — и потому у млекопитающих данный белок также имеет название SOS. Этот белок является фактором обмена гуаниновых нуклеотидов и опосредованно (с помощью одного из Ras-белков: HRas, KRas, NRas) катализирует обмен ГДФ на ГТФ.
В ГТФ-связанной форме белки Ras способны активировать и другие протеины. Среди важнейших эффекторов Ras можно выделить фосфатидилинозитол-3-киназу (PI3K), фактор обмена Ral (RalGEF) и фосфолипазу С (PLC).
Самым известным эффектором Ras является серин-/треонинкиназа B-Raf, которая ведет к запуску классического пути МАРК. Решающим моментом для активации В-Raf-киназы является не связывание на Ras-GTP, а перемещение на внутреннюю поверхность плазматической мембраны. Для завершения активирования белок должен быть также фосфорилирован, за что, вероятно, отвечает Src-киназа.

MAPK-каскад – ключевой в выживании и диссеминации опухолевых клеток, а также в их лекарственной устойчивости. Здесь сходятся сигналы от различных раздражителей, будь то внутренние “происшествия“ (метаболический стресс, повреждения ДНК и изменения концентраций белков) или связь с другими клетками, взаимодействия клетка-матрикс, сигналы от внешних факторов роста. Мутация генов, ответственных за регуляцию клеточной судьбы, целостность генома и выживание клеток, может привести к усилению амплификации белков и изменить микроокружение опухоли, тем самым вызвав чрезмерную активацию пути.
Понимание разной природы активации MAPK/ERK-пути для каждого вида опухоли – критически важный момент в создании монорежимов и комбинаций препаратов, так как разным опухолям присущи свои уникальные механизмы первичного и вторичного сигналинга и, как следствие, чувствительности к препаратам.

Эти мутации могут случиться как на вершине каскада, в генах мембранных рецепторов, например, EGFR, преобразователях сигналов (белков RAS), регуляторов (белков Sprouty), так и в киназах, расположенных ниже и принадлежащих собственно пути MAPK/ERK (BRAF). Некоторые из этих мутаций уже установлены и являются целью терапии. Действие препаратов основано на изменении и регуляции опухолевого сигналинга в этой сложной сети и зависящих от неё путях.

Всего существует 4 независимых каскада MAPK, состоящих из 4 сигнальных семейств: семейство MAPK/ERK, или классический путь, и 3 других семейства (Big MAP kinase-1 (BMK-1), c-Jun терминальной киназы и белка p38). Основная структура у этих семейств общая: 2 серин/треониновые киназы и 1 треонин/тирозиновая киназа двойной специфичности (она может фосфорилировать и треониновые, и тирозиновые остатки). В порядке генерацией сверху вниз, по направлению к ядру, эти киназы обозначены как киназа киназы MAPK (MAPKKK), киназа MAPK (MAPKK) и, собственно, MAPK. Традиционный путь MAPK/ERK состоит из 3 типов MAPKKK: киназы A-RAF, B-RAF и RAF-1 или C-RAF. На этом уровне в человеческих опухолях чаще всего мутирует ген BRAF. Уровнем ниже находятся MAPKK, их 2: MEK1 и MEK2. В самом низу каскада находятся конечные эффекторы пути MAPK – белки ERK1 и ERK2 (см. выше).

Фосфорилирование ERK приводит к активации нескольких субстратов, ответственных за стимуляцию размножения клеток. От местонахождения ERK зависит субстрат-цель и дальнейшие эффекты. Цитоплазменная ERK фосфорилирует белки цитоскелета, обеспечивая движения клетки, её метаболизм и адгезию и участвуя в регуляции других сигнальных путей. К цитоплазматическим субстратам относятся рибосомальные S6 киназы (RSK), которые регулируют киназу-3 гликогенсинтазы (участвует в метаболизме), и молекулы адгезии L1, блок неврального происхождения (участвует в клеточной адгезии). Сразу после активации MAPK/ERK ER киназа отделяется от цитоплазматических якорных белков и может переместиться в ядро (см. выше), где участвует в регуляции транскрипции.
Активная ERK в ядре фосфорилирует и активирует различные факторы транскрипции, например, карбамоилфосфатинтетазу II (CPS II), связанную с синтезом ДНК или p90RSK и поддерживающую ход клеточного цикла.

Кроме пространственной локализации конечные эффекты пути MAPK/ERK зависят ещё и от времени, длительности и интенсивности его сигнала. Восприятие и ответ клеток разнятся и зависят даже от небольших изменений в уровне активации MAPK/ERK. Специфические белки, например, супрессор киназы Ras-1, работают как главный каркас, основа для участвующих в активации каскада MAPK/ERK белков. Цитоплазматические белки, Sprouty и Spred, напрямую подавляют сигнальный путь, отсоединяя от ERK активирующие фосфатные группы, тем самым лишая ERK возможности фосфорилировать свои субстраты-мишени.

Сложность каскада MAPK – не случайность и не забавная шутка природы; она делает возможной периодическую внешнюю адаптацию, необходимую для активации и регуляции критических для выживания клетки событий. Активация MAPK/ERK и последующие взаимодействия – чётко регулируемые процессы, и в опухолевых клетках контроль над ними потерян.

[albert52]

Продолжим.

Стимуляция рецепторов факторов роста в клеточной мембране запускает 2 основных сигнальных пути, разных, но связанных между собой: сигнал фосфоинозитид-3-киназы(PI3K) активирует белок AKT, следовательно, его субстраты, и каскад MAPK/ERK. Оба этих пути управляют пролиферацией, выживанием и диссеминацией клеток. Каскад PI3K/AKT также поддерживает анаболизм, тогда как MAPK/ERK более активен в пролиферации и инвазии. Усиление сигналинга MAPK/ERK – результат гиперэкспрессии или неправильной активации рецепторов тирозинкиназ (RTK) или их прямых мишеней (PI3K, SRC и RAS). Нормальная работа MAPK/ERK также отвечает за подавление онкогенеза путём запуска механизмов старения и убиквитинизации. Старение включает в себя подавление пролиферации клеток с помощью терминального ареста клеточного цикла.

Генетические мутации могут разбалансировать активность киназ и гиперактивировать каскад MAPK во время запуска и развития онкогенеза. Онкогенных драйверных мутаций в MAPK/ERK установлено довольно много, и они различны для разных типов опухолей. Это могут быть и мутации 21 экзона в EGFR, и мутации KRAS, и классическая мутация V600EBRAF. В общем и целом мутации, затрагивающие MAPK/ERK, — события одиночные и независимые. Так, две трети карцином щитовидной железы несут активирующие мутации или в гене рецепторной тирозинкиназы RET, или KRAS, или BRAF1. И только в очень небольшом проценте опухолей были обнаружены мутации в двух различных генах сигнального пути.

Ингибиторы RAF могут запустить ненормальную пролиферацию клеток кожи и привести к возникновению кератоакантом или плоскоклеточного рака кожи приблизительно у 10-20% пациентов. Виной этому является парадоксальная активация каскада MAPK/ERK в нормальных кератиноцитах. Комбинация ингибиторов BRAF и MEK при метастатической меланоме повысила безопасность лечения, сбалансировав активацию нормального MAPK/ERK, и значительно снизила частоту парадоксальных онкогенных изменений кожи. В целом использовать генные мишени в своих целях следует с учётом уникальных черт, присущих человеческим опухолям.

Белки Ras закреплены на клеточной мембране с внутренней стороны посредством жирной кислоты, ковалентно связанной с карбокситерминальным концом белка, и это семейство белков можно сравнить с молекулярным переключателем МАРК. Обмен ГДФ на ГТФ и сопряжённый с этим переход неактивной формы Ras в активную катализируется SOS (SOS1, SOS2) — ферментом, относящимся к группе факторов обмена GEF (Guanine Exchange Factors).
Активная форма Ras может проявлять собственную невысокую ГТФ-азную активность и гидролизовать связанный ГТФ до ГДФ, тем самым самоинактивируясь. Этот процесс довольно длителен, хотя и облегчает обмен на GTP, который присутствует в гораздо более высоких концентрациях в цитозоле, но он многократно ускоряется ГТФ-аза-активирующими белками (GAP), например, p120GAP (p120 GTPase activating Protein) и нейрофибромином (NF1GAP). Мутации в генах онкопротеинов Ras ведут к предотвращению реакции гидролиза, вследствие чего сигнальный путь длительное время остаётся активным.

Наряду с Ras существуют и другие ГТФ-связывающие белки, которые с помощью подобных биохимических механизмов активируются или инактивируются и имеют различные задачи. Малые ГТФазы имеют примерно половину размера α-субъединицы гетеротримерных G-белков и среди них хотелось бы упомянуть семейство Rho, представители которого играют ключевую регуляторную роль в сигнальной передаче от цитокиновых рецепторов, а также в организации актинового цитоскелета клетки и микротрубочек. Rho GTPases составляют подсемейство малых GTPases, которое также включает подсемейства Ras, Ran, Rab и Sar1/Arf. Rho GTPases контролируют множество клеточных функций посредством регуляции сократительной способности актина и периферических актиновых структур, включая морфологию клеток, локомоцию и полярность.
Активные Rho ГТФ-азы располагаются на клеточной мембране, где, связывая специфические эффекторные белки, они обеспечивают последующую трансдукцию сигнала, вызывая перестройку цитоскелета. Находясь в неактивной конформации, Rho GTPases связываются с ингибиторами диссоциации гуаниновых нуклеотидов (GDI), что способствует их стабилизации и предотвращает их активацию.

Семейство малых G-белков Rho (~21 кДа) включает 20 членов, классифицированных как Rac (Rac1, Rac2, Rac3 и RhoG), Rho (RhoA, RhoB и RhoC) и Cdc42 (Cdc42, TC10, Chip, TCL, и Wrch-1) и другие менее изученные ГТФазы, включающие RhoD, RhoE и RhoH. Rho благоприятствует ранним стадиям онкогенеза, однако RhoB может ограничивать развитие высокоагрессивных опухолей; потеря RhoA скорее ускоряет образование аденом легких.

Rac участвуют в образовании активных форм кислорода (АФК) посредством активации никотинамидадениндинуклеотидфосфатных (НАДФН) оксидаз NOX1 и NOX2. Rho регулирует образование стрессовых волокон и сокращение клеток, тогда как Rac и Cdc42 регулируют образование ламеллоподий и филоподий соответственно, и стимулируют протрузивную деятельность (динамические события в передней части движущихся клеток, обеспечивающие их продвижение).
Убиквитинирование лигазами FBXL19 и HACE1 E3 влияет на уровни экспрессии Rac. В соответствии с ролью Rac в контроле комплексов НАДФН-оксидазы, дефицит супрессора опухоли HACE1 увеличивает выработку активных форм кислорода (АФК), что, в свою очередь, приводит к зависимости от Gln, основного источника питательных веществ для опухолевых клеток. Более того, подавление HACE1 взаимодействует со сверхэкспрессией ErbB2/HER2 в клетках молочной железы, вызывая гиперактивацию Rac1, миграцию, злокачественную трансформацию и онкогенез in vivo.

Семейство Pak расположенно ниже как Rac, так и Cdc42 и являются критическими эффекторами, которые связывают семейство Rho GTPases (Rho GTPases) с реорганизацией цитоскелета и ядерной передачей сигналов. p21-активируемые киназы (PAK) представляют собой Ser/Thr киназы, которые на основании их структурных и функциональных особенностей подразделяются на две группы: группу I (PAK1–3) и группу II (PAK4–6). PAK группы I имеют аутоингибирующий домен (также называемый ингибирующим доменом-переключателем) и киназный домен (каталитический домен, CD) и активируются за счет связывания активных (то есть связанных с GTP) форм Rho GTPases, таких как как Cdc42 и Rac1. PAK группы II не имеют автоингибирующих доменов и не активируются активными Rho GTPases.

Тот факт, что на сегодняшний день идентифицировано около 80-ти типов GEF и 70-ти — GAP, что количественно превосходит Rho ГТФ-азы, коих имеется около 20-ти, может говорить о необходимости строгого контроля регуляции локальной активности Rho, чтобы предотвратить ошибочную передачу исходного сигнала. В опухолевых клетках активность Rho ГТФ-аз ненормально высока, что может быть обусловлено изменённой генной экспрессией или нарушенной функцией регуляторов, в меньшей степени — активирующими мутациями в самих Rho ГТФ-азах.

Множественность клеточных исходов, регулируемых более чем 70 идентифицированными Rho GEF, диктуется их дифференциальным паттерном экспрессии и селективностью в отношении белков Rho, а также сложными механизмами, регулирующими их активацию. Среди многих GEF семейства Rho, регулирующих активность Rac и участвующих в прогрессировании рака, члены семейства Ect2, Tiam1, P-Rex и Vav являются наиболее заметными, связанными с онкогенезом и метастазированием. Например, избыточная экспрессия Vav3 при раке яичников связана с плохим прогнозом и придает резистентность к установленным терапевтическим режимам.
P-Rex1 демонстрирует значительную базальную ассоциацию с плазматической мембраной; сходным образом значительное количество PI 3-kinase-γ связано с мембраной даже в отсутствие стимуляции. Эта базовая ассоциация PI 3-киназы- γ и P-Rex1 с плазматической мембраной может быть необходима для чрезвычайно быстрой активации Rac. Кстати, эти молекулы могут быть аллостерически активированы с помощью скаффолдов.
Повышенный ядерный Rac1 в опухолевых клетках может быть результатом дисбаланса в ядерно-цитоплазматическом перемещении этого белка, вызывающего снижение активного цитоплазматического Rac1 и сопутствующее повышение активного RhoA, что способствует сократимости актомиозина, необходимой для клеточной инвазии.

Среди RhoGAP-белков особенно выделяют семейство DLC-белков (deleted in liver cancer), поскольку именно их инактивация является наиболее частым изменением Rho-регуляторов при развитии опухолевых процессов. При некоторых типах рака утрата DLC1 встречается настолько же часто, как и выпадение опухолевого супрессора р53; так, белок DLC1 отсутствует в клетках различных опухолевых образований (молочной железы, кишечника, лёгких, простаты) по причине инактивации соответствующего ему гена. «Выключение» DLC1 вызывает усиленное образование т.н. активных стрессовых волокон и сопряжено также с повышенной миграционной активностью раковых клеток.
Вообще в геноме человека закодированы три изоформы DLC, имеющие цифровое обозначение от 1 до 3. DLC1-3 обладают схожей структурной организацией и регулируют активность малых ГТФ-аз RhoА и Cdc42. DLC3, например, контролирует передачу сигналов от рецептора фактора роста EGFR и выполняет функцию стабилизации в постоянных клеточных контактах. Утрата функции DLC3 в опухолевых клетках может, с одной стороны, привести к yсилению сигналов в клетку от рецепторов ростовых факторов и, с другой стороны, стать причиной ослабления контактов между структурами эпителиальных тканей, что способствует как возникновению опухоли, так и её метастазированию.

[albert52]

Вставка.

Цитоскелет в норме и при онкологии

Одна животная клетка обладает способностью адаптировать свою форму в ответ на ограничения окружающей среды или химические сигналы, перемещаться по тканям (искусственным и in vivo, включая узкие пространства) и делиться. Все эти процессы, по крайней мере частично, управляются сборкой - разборкой цитоскелетных белков. Для формирования множества различных цитоскелетных структур, как это наблюдается в клетках животных, цитоскелетная сеть нуждается не только в различных компонентах с различными свойствами и функциями, но также в жесткой и точной регуляции (сборке-разборке) ее компонентов, т.е. соответствующая локальная регуляция факторов (дез-)сборки и взаимодействия между сетями актина, микротрубочек и промежуточных филаментов.

В клетках актин встречается в двух различных состояниях: мономерном G-актине и нитевидном F-актине. Модуляция актинового цитоскелета регулируется балансом глобулярного G- и полимерного F-актина и актин-ассоциированными белками. Актиновый цитоскелет образует сеть, состоящую из поляризованных филаментов, которые в основном связаны с генерацией силы, необходимой для движения, фокальной адгезии и изменения формы.
Образующиеся актиновые филаменты имеют правозакрученную спиральную структуру. G-актин поляризован, поэтому F-актин также поляризован, причем менее динамичная сторона называется (-)-концом, а более динамичная (+)-конец, который имеет скорость полимеризации в десять раз выше, чем (-)- конец. Поскольку актин представляет собой АТФазу, (+)- и (-)-концы также можно различить по их АТФ/АДФ-статусу; (+)-конец содержит большее количество актина, связанного с АТФ, в то время как (-)-конец содержит больше актина, связанного с АДФ.

Профилин (Profilin) является актин-связывающим белком, который регулирует гомеостаз актина путем ингибирования спонтанного образования ди- и тримеров актина, а также катализирует переход от АДФ- к АТФ-актину. Связанный с Profilin G-actin может быть использован для построения актиновых филаментов, если присутствуют факторы нуклеации (запуска), такие как комплекс Arp2/3 (actin-related-proteins 2/3) или формины. Нуклеация – соединение трех G-актинов с инициацией полимеризации. Интересно, что если присутствуют формины и профилин, удлинение свободного актина может увеличиваться в 9 раз; профилин также ингибирует полимеризацию на (-)-конце актина.

Некоторые члены семейства форминов также перемещаются с конца филамента в середину, дополнительно функционируя в качестве сшивающих агентов для стабилизации генерируемой структуры. Поскольку формины не обязательно образуют пучки филаментов, другие белки, такие как сшивающие линкеры или Ena/VASP, также участвуют в формин-зависимом образовании пучков. Ena/VASP представляет собой семейство белков, связанных с функцией антикэппинга (кэппинг - это колпачок на конце актиновой нити) и удлинением, но не обладающих активностью нуклеации сами по себе.

Кроме квазилинейных актиновых филаментов существуют дендритные актиновые сети, образованные комплексом Arp2/3. Эти сети обычно формируются на клеточном фронте в течение короткого промежутка времени, поэтому их регуляция имеет большое значение. Генерация дендритной актиновой сети начинается с так называемого праймера - существующего актинового филамента, на котором Arp2/3 соединяется с его стороной; Arp2/3 среди прочего активируется членами семейства WASP. Для образования плотной дендритной сети необходимы не только факторы нуклеации, но и кэпирующие белки, ограничивающие удлинение актиновых (+)-концов.

Если присутствуют кэпирующие белки, комплекс Arp2/3 может генерировать множественные сети, происходящие из разных актиновых филаментов, которые способны сливаться и генерировать силы вблизи клеточной мембраны. Количество узлов важно для механических свойств генерируемой сети, причем дендритная сеть ведет себя вязкоупругой, то есть она в основном эластична в малых временных масштабах (<1 мин) и вязкая в более длительных масштабах времени (>10 мин).

Другим важным классом молекул является семейство миозинов. Миозин отвечает за сократимость антипараллельных актиновых структур, используя гидролиз АТФ в качестве источника энергии. Эти сократительные структуры в основном отвечают за ретракцию (сжатие) задней части клетки для продуктивного движения, а также за передачу сил окружающему внеклеточному матриксу. Миозин II может быть активирован посредством фосфорилирования регуляторной легкой цепи (RLC) или активации киназ легкой цепи миозина (MLCK). RLC активируется с помощью Rho-ассоциированной протеинкиназы (ROCK) или цитронкиназ (обе активируются RhoA) и MLCK (Myosin light chain kinase) с помощью Ca 2+ .

После фосфорилирования RLC миозин способен генерировать сократительные силы. Другой тип регуляции работает через фосфорилирование тяжелой цепи миозина с использованием киназ тяжелой цепи миозина (MHCK), казеинкиназы II (CKII) или протеинкиназы C (PKC), ингибируя сборку мини-филаментов или диссоциируя существующие мини-филаменты. Переключение между этими двумя состояниями активации влияет на сократимость соответствующей актомиозиновой сети.

Существуют также актиновые пучки и сети, связанные между собой кросс-линкерами. Здесь сшивающие агенты представляют собой молекулы, которые соединяют отдельные актиновые филаменты и являются либо пассивными (например, скруин, фацин, α-актинин, филамин или фимбрин), либо активными (миозин). Сшитые актиновые пучки и сети в значительной степени контролируют форму, механическую целостность и способность клетки к сокращению. Как правило, сшивающие агенты не влияют на сборку актина (за исключением Arp2/3).
Если актиновые филаменты связаны сшивателями, филаменты внутри пучка могут быть ориентированы либо параллельно, либо антипараллельно, что означает, что (+)-концы соседних филаментов указывают в том же или противоположном направлении. Механические свойства (анти-)параллельных пучков зависят от типа и плотности сшивающих агентов и, таким образом, от компактности пучка и от того, допускает ли пучок скольжение одиночных нитей. Параллельные актиновые пучки обнаруживаются среди др. в филоподиях, в то время как антипараллельные пучки в основном обнаруживаются в стрессовых волокнах.

Поскольку большинство актиновых структур стабильны во времени, клеткам необходим механизм, вызывающий разборку актина, чтобы адаптироваться к сигналам окружающей среды. Один из таких механизмов управляется семейством актин-связывающих белков ADF/cofilin, способных разбирать и фрагментировать актиновые филаменты, но не способных изменять скорость полимеризации. Предпочтение более старого актина, связанного с АДФ, подразумевает, что разборка с АДФ/кофилином в основном затрагивает неактивные компартменты актиновой сети.

Глядя на подвижную клетку, чистое движение является результатом множества, в основном актин-зависимых, процессов, а именно: образование выпячиваний в направлении движения, последующая адгезия к субстрату и потеря адгезии на задней части клетки с последующим сокращением. Эти процессы регулируются субклеточными структурами, такими как филоподии и ламеллиподии, регулирующие движение клеток, в то время как стрессовые волокна обеспечивают механическую стабильность и способность к сокращению. Другими типами выпячиваний являются так называемые пузырьки, которые способны регулировать движение клеток независимо от филоподий и ламеллиподий.

Ламеллиподия представляет собой плоскую структуру, в основном связанную с движением клеток, образующуюся в результате полимеризации актина на клеточном фронте, в то время как она деполимеризуется в своей задней части под действием АДФ/кофилина, восполняющего пул G-актина.Наиболее важным фактором образования ламеллиподия является внутренне неактивный комплекс Arp2/3, который активируется комплексом Scar/WAVE в процессе активации небольшой Rho GTPase Rac1 (см. выше). Этому дополнительно способствует присутствие членов семейства Ena/VASP, аккумулирующихся на кончиках ламеллиподий, способствуя дальнейшему удлинению актина и предотвращая кэпирование.

Несмотря на активный комплекс Arp2/3, кэпирующий белок также необходим для ограничения удлинения одиночных филаментов, чтобы они оставались продуктивными и не образовывали пучки с другими некэпированными филаментами или изгибались под нагрузкой.
Для создания стабильной дендритной сети ее сшивают такими белками, как кортактин. Поскольку описанная регуляция с помощью Rac1 приводит к постоянному росту ламеллиподия, она должна быть ограничена петлей отрицательной обратной связи. Одним из возможных механизмов является белок arpin, который ингибирует активность Arp2/3 в ламеллиподии. Было предположено, что arpin рекрутируется с помощью Rac1, т.о., кажется возможным, что активация Rac1 инициирует рост ламеллиподия за счет быстрого рекрутирования Arp2/3 и последующей полимеризации актина, а позже ингибирует его рост за счет рекрутирования arpin.

Помимо динамики актина на ламеллиподию также влияет клеточная мембрана и ее поверхностное натяжение. Более высокое поверхностное натяжение мембран приводит к более ориентированной полимеризации актиновых филаментов, в то время как более низкое натяжение приводит к большему количеству выпячиваний.

Дополнительными структурами, связанными с подвижностью клеток, являются филоподии, которые образуют структуру, состоящую из параллельных пучков актина, причем их (+) -концы направлены в направлении клеточной мембраны. Эта ориентация устанавливается с помощью форминов (например, FMNL2) и Ena/VASP, которые способны поддерживать длительную полимеризацию актина. Затем стабилизация и связывание сшивающими агентами, такими как fascin, генерирует "зрелые" филоподии. Помимо своей роли в клеточном движении, филоподии инициируют межклеточные контакты, передают межклеточные сигналы и реагируют на механические свойства своего окружения.

[albert52]

Продолжим.

Стрессовые волокна представляют собой собранные пучки из 10-30 актиновых филаментов, сшитых α-актинином биполярным образом и связанных фокальными адгезиями; очаговые адгезии представляют собой участки связывания, которые соединяют клетку с субстратом. Сократительные стрессовые волокна являются одним из основных факторов сократительной способности клеток многих животных клеток. В неподвижных клетках стрессовые волокна обычно толстые и относительно стабильные, в то время как подвижные клетки обычно содержат меньше менее выраженных волокон с более высокой динамикой. Актин и миозин являются двумя основными составляющими сократительных стрессовых волокон, в то время как несократительные не содержат миозин.
Стрессовые волокна могут содержать дополнительные сшивающие агенты, такие как фасцин, филамин и паладин; другие молекулы, например, кальпонин, тропомиозин, семейство кальдесмонов и др., обнаружены в стрессовых волокнах, и предполагается, что все они являются частью регуляции цитоскелета и/или стрессовых волокон.

Вообще говоря, образование стрессовых волокон напрямую связано с активацией формина mDia1 и малой Rho GTPase RhoA, активирующей ROCK. Формин способствует длительной полимеризации актина параллельных филаментов, важных для стрессовых волокон, и, кроме того, ROCK активирует миозин, способствуя образованию стрессовых волокон. Тем не менее, как ROCK, так и форминовые механизмы необходимы для образования сократительных стрессовых волокон.
Rho GTPases Cdc42 и Rac1, действуют более опосредованно через индукцию ламеллоподиального роста через Arp2/3 (Rac1) и образование филоподий через формин mDia2 (Cdc42), которые могут функционировать как зародыш как для поперечных, так и для вентральных стрессовых волокон. Последние ориентированы параллельно направлению движения клетки и соединяют места спаек клетки, а поперечные стрессовые волокна могут вносить вклад в общую сократимость благодаря их соединению с дорсальными стрессовыми волокнами. Есть еще дорсальные стрессовые волокна, обычно несократимые, которые генерируются посредством полимеризации актина при появлении фокальных спаек и стабилизируются во время фаз ретракции ламеллиподия посредством сцепления с возникающими поперечными стрессовыми волокнами.

Третьим типом сократительных стрессовых волокон является так называемая перинуклеарная шапочка, состоящая из стрессовых волокон, расположенных над ядром и регулирующих форму ядра. Кроме того, предполагается, что они служат механической связью между ядром и остальной частью клетки. Общим для всех этих типов сократительных стрессовых волокон является то, что они сильно зависят от присутствия и активности миозина и, таким образом, от напряжения. Следовательно, ингибирование миозина приводит к разборке этих стрессовых волокон.

Выделяют еще актиновую кору, которая образует сократительную структуру актина на границе с плазматической мембраной; механические свойства коры определяют, как клетка деформируется в ответ на внешние силы. Более низкое напряжение коры связано с повышенной протрузивной активностью клетки, таким образом косвенно регулируя подвижность клеток. Кора представляет собой слой толщиной в несколько сотен нанометров, состоящий из смеси пучков филаментов; сеть коры в основном изотропна, ориентирована параллельно плазматической мембране, но некоторые филаменты также ориентированы перпендикулярно мембране. Эта кора содержит много малых ГТФ-аз и их мишеней (см. выше).
Интересно, что причиной так называемых пузырей могут быть локальные падения напряжения коры или адгезии коры к мембране, а также локальные разрывы коры - особое, изначально свободное от актина выпячивание мембраны. Максимальный размер пузыря определяется начальной скоростью роста и временем повторной полимеризации коры, оба зависят от натяжения коры. После полного созревания кора реконструируется, и если пузырь не стабилизируется за счет спаек, он втягивается восстановленной корой посредством миозин-индуцированного сокращения. В некоторых подвижных клетках пузыри стабилизируются и используются как альтернативный или дополнительный способ миграции.

Для полноты следует упомянуть, что актин присутствует не только в цитоплазме эукариотических клеток, но и в ядре. Как и в цитоплазме, ядерный актин существует в мономерной и полимерной форме. Показано, что ядерный G-актин связывается со всеми тремя РНК-полимеразами, участвуя в инициации транскрипции и элонгации. На выходе из митоза хроматин реорганизуется в зависимости от временного образования полимерного актина, по-видимому, кофилин-зависимым образом.

Микротрубочки состоят из гетеродимеров α- и β-тубулина, образующих полые филаменты, обычно состоящие из 13 протофиламентов; они демонстрируют поведение, называемое динамической нестабильностью, характеризующееся внезапным переключением с роста на остановку роста и/или быструю деполимеризацию (называемую катастрофой), за которой следует новый цикл роста.
Белки, взаимодействующие с микротрубочками, представляют собой либо белки, связывающие (+)-концы микротрубочек (+TIP), либо структурные белки, ассоциированные с микротрубочками (MAP), взаимодействующие с микротрубочками по их длине. Эти классы белков могут оказывать стабилизирующее или дестабилизирующее действие, изменяя динамику полимеризации или разрывая микротрубочки. Важными белками, принадлежащими к семейству +TIPs, являются CLASPs (белок, ассоциированный с цитоплазматическим линкером) и APC, которые подавляют катастрофические события микротрубочек и способствуют восстановлению после катастрофы.

Другими важными семействами +TIPs являются спектроплакины, связывающие как микротрубочки, так и актин, и EBs (концевые связывающие белки). Предполагается, что EBs являются основным регулятором рекрутирования +TIP (например, CLASP, APC, MACF1 (микротрубочковый-актиновый фактор перекрестного связывания) и комплексной сборки, обычно способствуя персистентному росту микротрубочек. Помимо этих молекул, которые в основном (де-)стабилизируют микротрубочки, существует группа белков, которые разрывают микротрубочки, такие как спастин или катанин или влияют на деполимеризацию и полимеризацию, например, статмин (способствует деполимеризации) или XMPA215 (увеличивает скорость полимеризации).

Важным компонентом MAP являются моторные белки kinesin и dynein, оба служат переносчиками грузов, используя сеть микротрубочек. В целом кинезиновые моторные белки транспортируют груз к (+)-концу, в то время как динеин перемещается к (-)-концу микротрубочек, транспортируя различные типы грузов, включая мембранные компоненты, сигнальные молекулы, такие как малые GTPases Rac и Cdc42, а также промежуточные филаменты и их предшественники, мРНК, кодирующие β-актин, и субъединицы комплекса Arp2/3.
В нейронах кинезин-5 и кинезин-12 необходимы для роста аксонов из-за их способности к поперечному связыванию и сопутствующей концентрации на расширении массивов микротрубочек. Микротрубочки также играют ключевую роль во время разделения хромосом во время клеточного деления. Считается, что деполимеризация микротрубочек создает необходимые силы для разделения сестринских хроматид.

Белки, образующие промежуточные филаменты, представляют собой большой класс белков, кодируемых не менее чем 70 генами, организующими филаменты диаметром 10 нм. Для их зарождения и полимеризации кофакторы не нужны (эволюционно они наиболее древние). Промежуточные филаменты сгруппированы в 5 классов в соответствии с их структурой и гомологией последовательностей. Таким образом, первые четыре класса представляют собой цитоплазматические промежуточные филаменты, а тип V – ядерные филаменты, так называемые ламины (ламин А/С, В1, В2). Еще два промежуточных филамента, называемых филенсин и факинин, нельзя отнести к упомянутым пяти типам; они экспрессируются в эпителии хрусталика, образуя гетерополимеры.
Вблизи коры промежуточные филаменты взаимодействуют с очагами адгезии, десмосомами и полудесмосомами, поддерживая адгезию клеток и тканей. Наоборот, десмосомы и фокальные адгезии функционируют как центры образования de novo промежуточных филаментов. Благодаря закреплению на ядерной и плазматической мембранах промежуточные филаменты образуют каркас для митохондрий, аппарата Гольджи и других органелл и организуют их расположение. Из-за своей сетевой структуры и способности закреплять органеллы промежуточные филаменты часто рассматриваются как механические буферы.

Еще одним фактором, влияющим на организацию промежуточных филаментов, является семейство белков plakin, соединяющих микротрубочки и актин с промежуточными филаментами; некоторые промежуточные филаменты также могут ориентироваться вдоль актинового цитоскелета или микротрубочек. Промежуточные филаменты также связывают ядро ​​с цитоплазматическим цитоскелетом через комплекс LINC (linker of nucleoskeleton and Cytoskeleton), присутствующий на ядерной мембране, связывающийся с плектином и тем самым с промежуточными филаментами. Следовательно, нарушение функции LINC приводит к нарушению передачи силы из-за ослабления связи ядра и цитоскелета.

Другими типами промежуточных филаментов являются ядерные ламины. В то время как ядерные ламины вблизи ядерной периферии образуют сеть филаментов, присутствие кажущихся менее плотными структур ламинов в нуклеоплазме согласуется с наблюдением их более высокой подвижности. Интересно, что нокдаун ламина А ингибирует экспрессию генов, связанных с цитоскелетом актомиозина, как показано в мезенхимальных стволовых клетках.

[albert52]

Продолжим.

Одним из очень важных свойств клетки является ее способность двигаться, особенно в контексте преследования иммунными клетками патогенов, закрытия ран или метастазирования опухолевых клеток. Чтобы клетки могли эффективно двигаться, необходимо несколько универсальных шагов, а именно: необходимо сформировать выпячивания, которые прикрепляются к своему окружению, и, следовательно, необходимо сокращение и втягивание задней части. Характерной чертой клеточной миграции является точная координация этих событий в пространстве и времени. Если, например, созревание спаек на клеточном фронте не завершено, усиление сокращения приводит к разрыву новообразованных спаек, отказу от продуктивного движения.
Для достижения продуктивного движения и правильного выбора времени этапов миграции клетки разработали два различных способа миграции: амебоидный и мезенхимальный. Миграция амебоидных клеток характерна для округлых клеток с низкой адгезией и высокой Rho-управляемой сократимостью, тогда как мезенхимальные мигрирующие клетки демонстрируют сильную адгезию и Rac1-индуцированные выпячивания в соответствии с взаимной негативной регуляцией Rac1 и RhoA .

Актиновые филаменты вносят основной вклад в миграцию клеток с точки зрения генерации силы спереди клетки и сокращения сзади. В то время как мезенхимальное движение в основном достигается за счет расширения ламеллиподия или филоподии, амебоидная миграция происходит за счет расширения пузырьков. Непрерывная (де-)полимеризация актина создает эффект бегущей дорожки и, следовательно, вызывает ретроградный поток актина. Поток в направлении, противоположном ретроградному потоку, генерируется сокращением стрессовых волокон, транспортиющим актин к клеточному фронту. Чтобы удерживать ламеллиподию на месте и предотвращать ретракцию посредством, например, натяжения актиновой коры, необходимо образование новых контактов клетка-ВКМ.

Вообще говоря, во время растяжения ламеллиподия формируются зарождающиеся спайки, которые созревают в фокальные спайки или распадаются. В то время как Rac1 контролирует образование зарождающихся спаек, созревание контролируется RhoA и индуцированной миозином II сократимостью, что делает их точками крепления стрессовых волокон. Для продуктивного движения необходимо пространственно ограничить полимерицию актина одной зоной. Таким образом, предполагается, что Rac активен только локально. Дальнейший возможный механизм включает путь Rho/ROCK и сократимость актомиозина для ингибирования образования ламеллиподия во множестве клеточных областей.

Блеббинг- это способ миграции у неадгезивных или слабо адгезивных клеток, движущихся в трехмерном матриксе или в замкнутых средах, в частности раковых клеток. Пузыри, возникающие в основном за счет сокращения актиновой коры, изначально представляют собой свободные от актина структуры, которые возникают под действием гидростатического давления, вызывающего отделение актиновой коры от мембраны, таким образом расширяя клеточную мембрану( кстати, она обычно может растягиваться только примерно на 4% перед разрывом ). Если пузырьки расширяются и образуют выпячивания по бокам клетки в промежутки субстрата, тогда сократимость восстановленной коры может генерировать результирующую силу, тянущую тело клетки.
Расширение пузырей происходит быстрее, чем рост ламеллоподов, может происходить в произвольных направлениях, и, следовательно, они могут иметь большое значение в сложных трехмерных (in vivo) средах, где ламеллоподиальное расширение серьезно затруднено.

Для эффективной миграции задняя часть клетки также должна сокращаться. Чтобы активно сокращаться, актиновые структуры используют миозин для скольжения антипараллельных актиновых волокон вдоль друг друга, создавая сократительные силы, если филаменты закреплены, например, в фокальных спайках; лучше всего для этого подходят стрессовые волокна (см. выше). При этом дорсальные стрессовые волокна помогают созреванию фокальных спаек за счет натяжения на переднем крае; а идее ретракции сзади через стрессовые волокна способствует градиент адгезии с более низкой адгезивностью сзади.

В целом актин или, если быть более точным, ламеллиподии, филоподии и пузырьки являются основными причинами генерации силы для подвижности клеток, а сократительные структуры, такие как стрессовые волокна, являются драйверами заднего сокращения.

В отличие от актина, микротрубочки в основном не связаны с генерацией силы во время миграции, а скорее с поляризацией клеток и фокальными адгезиями. Роль микротрубочек можно, в принципе, разделить на три категории, а именно: участие в подвижности клеток посредством их собственной механики, посредством передачи сигнала и в качестве транспортной структуры. Микротрубочки также способны выдерживать высокое внешнее давление и, таким образом, помогают поддерживать форму клеток. Примечательно, что стабилизация микротрубочек способствует не только более стойкому росту микротрубочек, но и более стабильному снабжению материалом, необходимым для миграции, поскольку эти микротрубочки дольше сохраняются вблизи переднего края. При этом некоторые кинезиновые моторы для микротрубочек стабилизированы ацетилированием и детирозинированием, а стрессовые волокна, по-видимому, функционируют как направляющая структура для микротрубочек, опосредованная спектроплакином MACF1 (Microtubule Actin Crosslinking Factor 1).

Также возможна петля положительной обратной связи, когда стимуляция интегрином может вызвать скорую доставку груза в место адгезии. Еще одной возможностью является взаимодействие FAK или paxilin с APC, которые кластеризуются на кончиках микротрубочек. А разрушению фокальных адгезий (спаек) сзади способствуют клатрин-опосредованный эндоцитоз интегринов, NBR1-опосредованная аутофагия или везикулы, несущие матриксные металлопротеиназы, разрывающие связи интегрин-ECM.

В целом, чтобы добиться сильной адгезии к соседям и выдержать стресс и напряжение, эпителиальные клетки вырабатывают множество различных специализированных адгезивных структур; их разрушение происходит во время прогрессирования опухоли. Кадгерин-опосредованная адгезия требует активности цитозольных белков подсемейства Rho - Rho, Rac и CDC42 (Cell Division Cycle-42), принадлежащих суперсемейству Ras малых GTPases, поэтому дерегуляция Rho GTPases была обнаружена во многих опухолях человека.

Если суммировать все вышесказанное, при стимуляции различными сигналами, включая интегрин, рецепторы GPCR (G-protein-coupled receptors) и тирозинкиназы, активируются RHO GEF. Впоследствии активированные RHOA, RAC1 и CDC42 связываются и специфически активируют свои нижележащие эффекторы, включая протеинкиназы (например, PKN, ROCK и Citron) и каркасные белки (например, WASP, IRSp53 и mDia). Эти белки-мишени активируют различные сигнальные пути, играющие несколько ролей в клеточной подвижности, клеточном цикле, фагоцитозе и транспортировке через мембраны.
Так, в ответ на различные раздражители мигрирующие клетки вступают в цикл клеточной подвижности. На переднем крае Rас 1 индуцирует образование богатых актином ламеллиподий. CDC42 определяет формирование филоподий и направление движения. Новые протрузии прикрепляются к ВКМ посредством формирования фокальных комплексов, которые контролируются главным образом Rас 1 и RHOA. Затем тело клетки сокращается в зависимости от образования стрессовых волокон и сокращения актин-миозиновых волокон, которое опосредовано RHOA и ROCKs. Наконец, задние спайки растворяются, залняя часть клетки втягивается, и клетка движется вперед.

Rac1 является небольшим G-белком в семействе Rho; он является ключевой нисходящей мишенью / эффектором PI3K и опосредует ключевые клеточные процессы в ответ на вышестоящие регуляторы, такие как факторы роста, интегрины и рецептор связывания HA (гиалуроновой кислоты) CD44 (см. выше). Напомню, что G-белки — это семейство белков, относящихся к ГТФазам (отсюда их название) и функционирующих в качестве вторичных посредников во внутриклеточных сигнальных каскадах. Чередование Rac1 между состояниями, связанными с GTP и GDP, существенно для эффективного потока сигналов, чтобы вызвать нисходящие биологические функции; здесь Rac1 играет роль бинарного транзистора с самостоятельным выходом. Rac1 может проходить циклы активации / инактивации при перемещении между плазматической мембраной и эндоцитическими компартментами.

При миграции клеток Rac1 иммобилизуется в нанокластеры по 50–100 молекул в каждом. Эти нанокластеры собираются из-за взаимодействия многоосновного хвоста Rac1 с фосфоинозитидными липидами PIP2 и PIP3. Дополнительные взаимодействия с GEF и, возможно, GAP, нижестоящими эффекторами и другими партнерами несут ответственность за обогащение нанокластеров Rac1 в выступающих областях клетки. Якорь Rac1 напоминает H-Ras в своем монопальмитоилировании (см. выше), при этом прямой рекрутинг и активация Rac1 в ранние фокальные адгезии, так наз. фокальные комплексы, происходят через GEF β-Pix, DOCK180, Trio, Vav2, Tiam1 и α-Pix в зависимости от типа клеток. Также непрямой рекрутинг и активация Rac1 в непосредственной близости от фокальных комплексов могут происходить через PIP3 анионные липиды. Механизм усиления работает следующим образом: активные Rac1 и PIP3 привлекают эффекторы, в частности GEF и GAP, к нанокластерам, они оказываются в ловушке и способны дополнительно удерживать и поддерживать активный Rac1. В результате этот механизм действует как положительная обратная связь Rac1.

Такие нанодомены уже наблюдались для других мембраносвязанных сигнальных белков. Так, для Ras было показано, что нанокластеры действуют как этап обработки сигнала, преобразуя аналоговые входы (концентрации лигандов) в цифровые (количество нанокластеров) и создавая другие аналоговые выходы (уровни внутриклеточных активных частиц), которые затем обрабатываются ниже по течению. Цифровизация уменьшает количество выходных состояний, но также уменьшает шум в системе, и компромисс между ними максимизирует передачу информации.

[albert52]

Продолжим.

В суперсемейство Ras входит более ста белков. На основе структуры, последовательности и функции надсемейство Ras делится на девять основных семейств: Ras, Rho, Rab, Rap, Arf, Ran, Rheb, Rad и Rit, каждое из которых далее делится на подсемейства. Каждое семейство имеет общий основной G-домен, который обеспечивает необходимую активность GTPase и обмена нуклеотидами. Грубо говоря, семейство Ras отвечает за пролиферацию клеток, Rap за клеточную адгезию, Rho за динамику цитоскелета и клеточную морфологию, Ran за ядерный транспорт, Rab и Arf за везикулярный транспорт и Rheb за передачу сигналов mTOR.

Члены суперсемейства Ras оказались критически важными игроками во множестве фундаментальных клеточных процессов, на которые они влияют путем модуляции их связывания GTP и цикла гидролиза. Обычно обнаруживается, что эти небольшие ГТФазы циклически переключаются между двумя пулами, мембранно-ассоциированным и цитозольным пулом. При этом прикрепление к мембране является предпосылкой для сигнальных ролей этих белков, поэтому обратимая мембранная транслокация предоставляет клеткам средства для регуляции места события активации.
Однако такой физический цикл имеет серьезные недостатки для небольших ГТФаз подсемейств Rho и Rab. В отличие от умеренной гидрофобности других членов суперсемейства Ras, модифицированных липидами, сильно гидрофобные геранилгеранильные фрагменты белков Rho и Rab делают их энергетически невыгодными для распределения в цитозоле в виде отдельных мономеров.

Посттрансляционно модифицированные белки Rho и Rab могут отделяться от мембран только в том случае, если им помогает «шаперон», который защищает объемные липидные фрагменты от водной среды цитозоля. Для белков Rho и Rab роль шаперона играют белки ингибиторы диссоциации гуаниновых нуклеотидов (GDI), Rho-GDI и Rab-GDI соответственно; димерные комплексы GDI/GTPase представляют собой цитозольный резервуар GTPase. Чтобы клетка использовала этот резервуар, сначала надо заставить GDI высвободить свою GTPase и факторы, которые способствуют замещению GDI и помогают рекрутировать GTPases на мембраны, имеют огромное значение, потому что они будут определять, где и когда активируются Rho и Rab GTPases.

Выявлены мембраносвязанные биохимические активности, опосредующие рекрутирование мембранных Rab-белков; ответственный объект был назван «GDF» для фактора смещения GDI. Так, Rab-взаимодействующий мембранный белок Yip3/Pra1 обладает активностью GDF для Rab9. При этом для Yip3/Pra1 было идентифицировано множество партнеров по связыванию; так рецептор нейротрофина регулирует RhoA, действуя как GDF.
Каждый GDI связывается с высокой аффинностью только с модифицированной липидами формой своего партнера, при этом каждый GDI представляет собой плейотропный фактор, способный взаимодействовать со многими различными членами одного и того же подсемейства. Т.о. один ген кодирует функцию Rab-GDI для каждого белка Rab, и аналогичным образом один ген обеспечивает функцию Rho-GDI для всех белков Rho.

Большинство белков семейства Rho циклически перемещаются между цитозолем и мембраной. Мембранная ассоциация опосредована встраиванием изопренильной части, расположенной на их С-конце, в липидный бислой. Перенос изопреноидного фрагмента из липидного бислоя в связывающий карман внутри RhoGDI непосредственно приводит к диссоциации белков Rho из мембраны с образованием растворимых частиц. Отметим, что RhoGDI преимущественно взаимодействуют со связанными с GDP формами цитозольных белков Rho, предотвращая спонтанное катализируемое GEF высвобождение нуклеотида GDP, тем самым поддерживая GTPases в неактивном состоянии. Кроме того, RhoGDI контролируют мембранную ассоциацию малых ГТФаз.

Также было выявлено несколько шаперонов Ras и Rap. Основные функции этих шаперонов заключаются в доставке фарнезилированных и геранилгеранилированных белков к мембранам и их извлечении из тех же компартментов. Изопренильные группы таких белков облегчают присоединение молекул к клеточным мембранам - это так наз.«липидные якорные белки». Впрочем одного только фарнезилирования или геранилгеранилирования недостаточно для нацеливания белков Ras или Rap на PM. Требуется второй механизм, включающий участок положительно заряженных основных аминокислот, PBR, который взаимодействует с отрицательно заряженными фосфолипидами PM. Кстати, изоформы Ras, особенно повсеместно экспрессируемые H, N и KRas (4A и 4B), в высокой степени гомологичны по своим последовательностям эффекторного G-домена, но существенно различаются по своим C-концевым 23–24 аминокислотам или так называемым HVR, включающий линкер плюс мембранный якорь с изопренильной группой.

~ 40% всех белков Ras существуют в виде мультимеров, каждый из которых состоит из 5–8 молекул Ras, и мультимеры Ras пространственно разделены в зависимости от изоформы и связанного нуклеотида. 10-20% молекул Ras присутствуют в димерах при экспрессии на уровне, близком к базовому, а фракция мультимеров более высокого порядка становится очевидной только при более высоких уровнях экспрессии .

Идентифицированные шапероны включают галектин-1, галектин-3, цГМФ- специфическая 6-дельта-субъединица фосфодиэстеразы (PDE6d) и малые GDS (SmgGDS). В то время как некоторые шапероны специфичны к одной ГТФазе (галектин-1 и галектин-3 являются специфическими шаперонами для H-Ras и K-Ras соответственно; PDE6d и SmgGDS способны связывать фарнезилированные Ras и геранилгеранилированные белки Rap, правда с разным сродством. Преимущественно связываясь с одной из GTPases, эти шапероны могут способствовать отличительной локализации Ras и Rap и, таким образом, регулировать сродство к сходным эффекторам.

PDE6d принадлежит к большому и разнообразному суперсемейству циклических нуклеотидов PDE (PDE1-11), основной функцией которого является регулирование клеточных концентраций цАМФ и цГМФ и создание сигнальных комплексов с регуляторными и каркасными белками. Отметим, что взаимодействие между GTPases и PDE6d регулируется PBR (см. выше); сходным образом, PBR также влияет на способность SmgGDS взаимодействовать с субстратами. Так, ассоциации SmgGDS с GTPases, лишенными PBR, ограничиваются неактивной формой GDP. Белок SmgGDS обладает необычно широкой субстратной специфичностью и он может стимулировать нуклеотидный обмен от нескольких малых GTPases, включая Rap1a, Rap1b, RhoA, K-Ras, Rac1 и Cdc42; различные варианты сплайсинга SmgGDS помогают вновь синтезированным малым GTPases достигать PM.

Фарнезилтиосалициловая кислота (FTS) — нетоксичный препарат, который изначально был разработан для воздействия на онкогенный и патологически активированный Ras; он препятствует связыванию активированных белков Ras с сопровождающими шаперонами и с PM. Несмотря на предпочтение формы, связанной с GTP, FTS не обладает специфичностью к отдельным малым GTPases. В дополнение к противораковым эффектам FTS продемонстрировал мощные противовоспалительные свойства на моделях аутоиммунных заболеваний, включая красную волчанку, аутоиммунный энцефалит, ревматоидный артрит и диабет I типа.

Белки 14-3-3 связываются с Raf-1 и подавляют его ферментативную активность, удерживая неактивную форму от БМ. Киназа Raf-1 может быть реактивирована путем вытеснения себя из белков 14-3-3 путем дефосфорилирования и связывания либо с белками Ras, либо с белками Rap. Таким образом, белки 14-3-3 регулируют функцию Ras и Rap, действуя как шапероны для Raf-1 и контролируя его ассоциацию с PМ; их можно рассматривать как малые скаффолды, впрочем как и Yip3/Pra1 (см. выше).
Название 14-3-3 относится к определенному характеру миграции этих белков при хроматографии на ДЭАЭ-целлюлозе и электрофорезе в крахмальном геле. Белки 14-3-3 играют критическую роль в специфических клеточных путях, включая клеточный цикл, экспрессию генов и апоптоз; более 200 связывающих белков взаимодействуют с ними.

[albert52]

Продолжим.

Белок Ran (родственный Ran или Ras-подобный ядерный) является единственным членом подсемейства Ran и наиболее распространенной малой ГТФазой в клетке. Как и другие малые GTPases, Ran действует как молекулярный переключатель, преобразуя между активной GTP-связанной и неактивной GDP-связанной конформациями. Однако Ran лишен мотива CAAX на своем С-конце, что является признаком других малых GTPases, которые обеспечивают локализацию на плазматической мембране и в основном перемещаются между ядром и цитоплазмой. Ran регулирует нуклео-цитоплазматический транспорт молекул через комплекс ядерных пор и контролирует развитие клеточного цикла посредством регуляции полимеризации микротрубочек и образования митотического веретена.

Комплекс ядерных пор (NPC) служит единственным двунаправленным шлюзом макромолекул в ядро ​​и из него. У человека каждый NPC состоит из ~1000 белковых субъединиц, называемых нуклеопоринами, и имеет общую молекулярную массу ~110 МДа, что делает NPC одним из крупнейших макромолекулярных ансамблей в клетках. NPC поддерживают целостность ядерного компартмента, предотвращая свободную диффузию макромолекул в ядро ​​или из него, но в отличие от большинства других мембранных переносчиков, NPC проводят грузы в их нативном состоянии. Это свойство позволяет макромолекулам действовать сразу после транспорта, например, во время передачи сигнала, чтобы активировать программу транскрипции.

NPC создает пассивный диффузионный барьер; макромолекулы размером менее 40 кДа могут пассивно диффундировать через диффузионный барьер, отдельные события диффузии происходят за доли секунды, а общий поток через отдельные NPC составляет от сотен до тысяч макромолекул в секунду. Отметим, что введение гидрофобных поверхностных остатков может позволить белкам, размер которых превышает предел, пассивно пересекать диффузионный барьер.

Нуклеоцитоплазматический транспорт большинства белков и некоторых клеточных РНК происходит Ran-зависимым образом. После образования в цитоплазме RanGDP быстро транспортируется в ядро ​​с помощью специального транспортера Ntf2, где он превращается в RanGTP под действием RCC1 , также также известного как RanGEF (фактор обмена нуклеотидов Ran Guanine). Таким образом, в клетке активно поддерживается градиент Ran, при этом уровень RanGTP в ядре примерно в 200 раз выше, чем в цитоплазме.
Грузы обычно обладают сигналами ядерной локализации (NLS) или сигналами ядерного экспорта (NES), которые распознаются членами семейства факторов ядерного транспорта кариоферин-β, хотя некоторые грузы также распознаются по их трехмерной (3D) складке или через адаптер-белки, такие как кариоферин-α. Отметим что кариоферины отвечают либо за ядерный импорт (импортины), либо за экспорт (экспортины); для экспорта требуется также белок XPO1. Селинексор — новый ингибитор XPO1, который ингибирует экспорт белков-супрессоров опухоли и мРНК онкобелков, что приводит к остановке клеточного цикла и апоптозу в раковых клетках; селинексор в настоящее время одобрен FDA для лечения множественной миеломы.

При ядерном импорте комплексы кариоферин-груз подвергаются разборке при встрече с ядерным RanGTP. Напротив, во время ядерного экспорта RanGTP является обязательным компонентом экспортно-компетентных комплексов, которые по прибытии в цитоплазму разбираются, когда они сталкиваются с цитоплазмоспецифичными Ran-связывающими белками ((RanBP) и RanGAP (Ran- активирующим белком), которые взаимодействуют, чтобы активировать GTPase Ran. Активация GTPase приводит к превращению RanGTP в RanGDP, тем самым замыкая цикл Ran.

Ran может свободно диффундировать внутри клетки, но поскольку RCC1 и RanGAP расположены в разных местах клетки, концентрация RanGTP и RanGDP также различается локально, создавая градиенты концентрации, которые действуют как сигналы для других клеточных процессов. RCC1 связан с хроматином и поэтому располагается внутри ядра. RanGAP в клетках млекопитающих модифицирован SUMO и прикрепляется к цитоплазматической стороне комплекса ядерных пор посредством взаимодействия с нуклеопорином RANBP2 (Nup358).
Это различие в расположении дополнительных белков в цикле Ran приводит к высокому соотношению RanGTP к RanGDP внутри ядра и обратно низкому отношению RanGTP к RanGDP вне ядра; существует также градиент самого белка с более высокой концентрацией Ran в ядре, чем в цитоплазме. Цитоплазматический RanGDP импортируется в ядро ​​небольшим белком NUTF2 (Nuclear Transport Factor 2.

Во время митоза микротрубочки собираются в митотическое веретено для правильного выравнивания хромосом и разделения на две дочерние клетки. Считается, что сродство RCC1 к хроматину делает возможным образование градиентов RanGTP-RanGDP даже в митотических клетках, в которых отсутствует географическое подразделение ядра и цитоплазмы. Современные модели сборки митотического веретена постулируют, что градиент Ran играет глобальную роль в пространственной организации митотического аппарата и что RanGTP также действует локально, регулируя активность факторов сборки веретена и других белков.

Во время интерфазы факторы сборки веретена (SAF) направляются в ядро ​​через NLS и комплекс импортин-α/β и активируются только после Ran-GTP диссоциации («облако» RanGTP вокруг хромосом). К диссоциации также причастен нацеливающий белок X2 (TPX2), который увеличивает зарождение микротрубочек вблизи хромосом. Мутации в RCC1 и RanBP1 вызывают нарушение или даже остановку клеточного цикла из-за смещения микротрубочек и нарушения сборки митотического веретена или неправильного выравнивания хромосом на веретене.

Взаимодействие импортина β-Ran GTP и белка ядерного митотического аппарата (NuMA) устанавливает связь между передачей сигналов Ran и функцией NuMA и демонстрирует, что импортины могут изолировать NuMA, предотвращая его взаимодействие с микротрубочками, за исключением областей высокие концентрации Ran GTP. При этом позиция веретена во время деления клеток животных зависит от закрепления кортикальных микротрубочек посредством динеина и гигантского спирального белка NuMA .

[albert52]

Вставка.

Деление клетки.

Митоз представляет собой непрерывный процесс, но для удобства изучения биологи делят его на четыре стадии в зависимости от того, как выглядят в это время хромосомы в световом микроскопе. Профаза - самая продолжительная фаза митоза и занимает 0,60 времени от всего митоза, метафаза - 0,05 времени, анафаза - 0,05 и телофаза - 0,3 времени всего митоза. Длительность клеточного цикла разная у разных клеток, но постоянна для данной ткани. В профазе после распада ядерной оболочки хромосомы свободно и беспорядочно лежат в цитоплазме, а центриоли (в тех клетках, где они есть) расходятся к полюсам клетки. В конце профазы начинает образовываться веретено деления, которое формируется из микротрубочек путем полимеризации белковых субъединиц.

В интерфазной клетке центросома удваивается; при этом в большинстве животных клеток пара центриолей погружена в материал центросомы, от которого растут микротрубочки. В определенный момент фазы G1 две центриоли расходятся на несколько микрон.
В течение фазы S возле каждой старой центриоли под прямым углом к ней начинает формироваться дочерняя центриоль. Рост дочерних центриолей обычно завершается в фазе G2. Вначале обе пары центриолей остаются погруженными в единую массу центросомного материала, образующего одну центросому. В ранней фазе М каждая пара центриолей становится частью отдельного центра организации микротрубочек, от которого отходит радиальный пучок микротрубочек в виде звезды. Две звезды, первоначально лежавшие бок о бок около ядерной оболочки, теперь отходят друг от друга, а пучки полюсных микротрубочек, принадлежащие им и взаимодействующие между собой, избирательно удлиняются и центры расходятся по двум сторонам клетки. Таким способом быстро формируется митотическое веретено.

Астральные микротрубочки представляют собой субпопуляцию микротрубочек, которые существуют только во время и непосредственно перед митозом. Они определяются как любые микротрубочки, происходящие из центросомы, которые не соединяются с кинетохорой. Астральные микротрубочки развиваются в актиновом скелете и взаимодействуют с корой клеток, способствуя ориентации веретена.
Отметим что кинетохор собирается на центромере и связывает хромосому с полимерами микротрубочек из митотического веретена. Микротрубочки представляют собой длинные белковые нити с асимметричными концами, "минус" (-) конец относительно стабилен рядом с центросомой, а "плюс" (+) конец исследует центр клетки. Во время этого процесса поиска микротрубочка может столкнуться с хромосомой и захватить ее через кинетохор. Микротрубочки, которые находят и прикрепляют кинетохору, стабилизируются, тогда как те микротрубочки, которые остаются свободными, быстро деполимеризуются. Во время митоза каждая хроматида имеет свой собственный кинетохор, которые обращены в противоположные стороны и прикрепляются к противоположным полюсам веретена.

В метафазе завершается образование веретена деления, которое состоит из микротрубочек двух типов: хромосомных, которые связываются с центромерами хромосом, и центросомных (полюсных), которые тянутся от полюса к полюсу клетки. Каждая двойная хромосома прикрепляется к микротрубочкам веретена деления и хромосомы как бы выталкиваются микротрубочками в область экватора клетки, т. е. располагаются равном расстоянии от полюсов. Они лежат в одной плоскости и образуют так называемую экваториальную, или метафазную пластинку. В метафазе отчетливо видно двойное строение хромосом, соединенных только в области центромеры.

В анафазе дочерние хромосомы с помощью микротрубочек подтягиваются к полюсам клетки. Во время движения дочерние хромосомы несколько изгибаются наподобие шпильки, концы которой повернуты в сторону экватора клетки. этот момент в клетке находятся два диплоидных набора хромосом. Иногда в делящейся клетке образуется не два, а три или четыре полюса, что ведет к возникновению соответственно трех или четырех дочерних клеток.
Метафазная хромосома, состоящая из двух сестринских хроматид, может взаимодейвовать одновременно только с двумя полюсами. Если полюсов больше, то каждая хромосома вынуждена "выбирать", с какими двумя полюсами из трех или четырех ей взаимодействовать. Этот выбор совершается случайно и в результате каждая дочерняя клетка получает не весь набор хромосом, а только его часть, что наблюдается при хромосомной нестабильности (CIN); в опухолевых клетках выпадают обычно не целые хромосомы, а только их фрагменты (см. выше при описании опухолей толстой кишки).

В телофазе вокруг хромосом у каждого полюса из мембранных структур цитоплазмы формируется ядерная оболочка, в ядрах возникают ядрышки, а веретено деления разрушается.

[albert52]

Продолжим.

NuMA динамически изменяет свою субклеточную локализацию от межфазного ядра к полюсам митотического / мейотического веретена и кортексу митотической клетки. В этих местах NuMA действует как ключевой структурный узел в формировании митотического ядра, сборке и позиционировании митотического веретена. Для выполнения своих разнообразных функций NuMA взаимодействует с множеством факторов, включая ДНК, микротрубочки, плазматическую мембрану, импортины и цитоплазматический динеин. Связывание NuMA с динеином через его N-концевой домен управляет фокусировкой полюса веретена и его позиционированием, в то время как множественные взаимодействия через его С-концевую область определяют его субклеточную локализацию и функции. Кроме того, NuMA может самоорганизовываться в структуры высокого порядка, которые, вероятно, способствуют позиционированию шпинделя и формированию ядра.

NuMA в метафазе в основном локализуется на полюсах веретена и нацелен на кору клетки вблизи полюсов веретена во время метафазы; его уровень увеличивается во время анафазы. В симметрично делящихся клетках позвоночных комплекс NuMA/LGN/Gai также участвует в рекрутировании динеина и контроле положения и ориентации веретена. NuMA человека состоит из N-концевого и C-концевого глобулярных доменов и центрального домена с длинной спиралью. Глобулярные домены взаимодействуют со многими факторами, тогда как центральная область выполняет структурную и, вероятно, внутримолекулярную регуляторную роль. Так NuMA взаимодействует с плазматической мембраной через свою С-концевую область, тогда как он связывается с динеином и динактином через свою N-концевую область. Кроме того NuMA взаимодействует с определенными последовательностями ДНК, называемыми участками прикрепления к матриксу (MARs).

Используя два С-концевых глобулярных домена, связывающих микротрубочки, гомодимер NuMA связывает микротрубочки вокруг области полюса веретена. Кроме того, NuMA распознает отрицательные концы микротрубочек веретена и задействует комплекс динеин-динактин, который транспортирует связанные с NuMA микротрубочки веретена к полюсам, в результате чего микротрубочки фокусируются на полюсах. Эта функция сшивания микротрубочек может быть облегчена на полюсах веретена путем связывания с другими белками, ассоциированными с микротрубочками, такими как Rae1, Eg5 и комплексами динеин / динактин.

На полюсах NuMA фосфорилируется Aurora-A киназой, что приводит к его динамической подвижности от полюсов веретена к кортексу клетки во время метафазы. Рецептором NuMA в кортексе является LGN, который, в свою очередь, рекрутируется на плазматическую мембрану путем взаимодействия с четырьмя фрагментами Gαi, закрепленными на липидном бислое посредством миристоильных групп. N -конец NuMA связывается с Dynein/Dynactin, тогда как C-концевая часть одновременно связывается с LGN и микротрубочками, таким образом стабилизируя контакты между моторами Dynein/Dynactin и деполимеризующейся решеткой микротрубочек.

Градиенты Ran-GTP отрицательно регулируют локализацию NuMA–LGN в кортексе вблизи хромосом, что обеспечивает непрерывное исключение NuMA из экваториальной области кортекса клетки во время анафазы. В телофазе гидролиз RanGTP и обмен нуклеотидов необходимы для слияния везикул в реформируемых ядерных оболочках дочерних ядер.
Кстати, опухолевые клетки имеют более крутой митотический градиент Ran-GTP, чем нормальные клетки, что приводит к изменению времени про-метафазы / метафазы, что, в свою очередь, может влиять на пролиферацию клеток. Избирательный эффект подавления Ran на опухолевые клетки возможно связан с анеуплоидией; так, например, в клетках рака молочной железы ингибирование Ran приводит к аномальному митозу и возможной гибели клеток. Аномальный митоз был связан с уплощением митотических веретен, истощением микротрубочек и нерегулярной сегрегацией хромосом; клетки гибнут из-за выработки гиподиплоидной ДНК. Ген-супрессор опухоли RASSF1A вызывает фосфорилирование RCC1, что приводит к накоплению RanGTP, что способствует гиперстабильности микротрубочек. Промоторная область этого гена гиперметилируется при различных формах рака, что приводит к увеличению частоты роста опухолей.

NuMA также действует как второстепенный элемент нуклеоскелета в интерфазе. Кроме того, NuMA сохраняет компактность деконденсирующейся хромосомной массы во время выхода из митоза. NuMA, как и фактор автоматической интеграции барьеров (BAF) на поверхности хромосомного ансам***, может обеспечивать структурную поддержку по всему ядру путем сшивания хромосом и предотвращения проникновения ядерной оболочки в хромосомную массу, что приводит к уменьшению многоядерности и ядер аномальной формы во время выхода из митоза.
Альтернативно, NuMA может координировать уплотнение хромосом и сборку ядерной оболочки, используя свои способности связывания как с хромосомами, так и с мембраной, а также его связывание с импортинами, которые могут привлекать мембранные везикулы и нуклеопорины.

[Таняюша]

Учёные из Университета Коннектикута выяснили, чем полезны грецкие орехи.

В исследовании приняли участие 39 человек в возрасте от 40 до 65 лет. Все участники прошли многосторонние обследования, включая анализы крови и микрофлоры кишечника.

Выяснили, что высокий уровень уролитина А в организме связан с пониженным риском возникновения рака кишечника. Грецкие орехи содержат эллагитанины, которые обладают противовоспалительными и противораковыми свойствами и способствуют увеличению содержания уролитина А в крови со временем, пишет издание ИАНЕД.

Употр***ение грецкого ореха повышает уровень пептида YY - гормона, подавляющего рост опухолей. Учёные предположили, что грецкие орехи способны не только снижать риск рака, но и замедлять рост уже имеющихся злокачественных образований.