Новая теория рака. 2-ая редакция

[albert52]

Продолжим.

ASCL1 - это фактор транскрипции, который играет ключевую роль в дифференцировке нейронов: действует как пионерный фактор транскрипции, открывая закрытый хроматин, позволяющий другим факторам связываться и активировать нейрогенные пути. Непосредственно связывает мотив E-бокса (5'-CANNTG-3 ') на промоторах и способствует транскрипции нейрональных генов. ASCL1 необходим для установления клонов легочных NE клеток.

NEUROD1 (Neurogenic differentiation 1) действует как регулятор транскрипции, участвует в инициации дифференцировки нейронов и активирует транскрипцию путем связывания с E-боксом. Ассоциируется с хроматином и с регуляторными элементами энхансера в генах, кодирующих ключевые регуляторы транскрипции нейрогенеза (по сходству).

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

Для мелкоклеточного рака легкого характерны мало действенные мишени онкогенов, что затрудняет таргетную терапию. Главный регулятор нейроэндокринного клона ASCL1 экспрессируется и необходим в опухолях SCLC, но около 20% образцов опухоли экспрессировали низкие уровни нейроэндокринных маркеров CHGA и ASCL1, но все же обладали клеточной морфологией и генетическим профилем SCLC.

Связывание Ascl1 происходит в основном на дистальных энхансерах с активацией транскрипции генов. Так, исследования в областях ДНК, связанных с ASCL1 и NEUROD1, позволила идентифицировать различные мотивы кофакторов, участвующие в конкретных семействах TF, которые могут сотрудничать с факторами bHLH в образовании и / или поддержании опухоли. Были обнаружены мотивы Forkhead и NFI в областях, связанных с ASCL1. Так, из четырех факторов NFI NFIB часто сверхэкспрессируется и генетически амплифицируется в SCLC, и было показано, что он регулирует жизнеспособность и пролиферацию клеток во время образования опухоли. Кроме того, NFIB связан с суперэнхансером в линии ASCL1 High SCLC.

Напротив, связанные с NEUROD1 участки ДНК обогащены мотивом, распознаваемым гомеодоменным фактором OTX2. OTX2 специфически экспрессируется в некоторых клетках NEUROD1 High SCLC, а NEUROD1, по-видимому, напрямую регулирует OTX2. OTX2 необходим для пролиферации клеток в медуллобластомах и в соответствии с этой функцией мы находим сайты NEUROD1, содержащие мотив OTX2, связанный с онкогеном MYC . Таким же образом OTX2 может сотрудничать с NEUROD1 и в поддержании пролиферации клеток в опухолях NEUROD1 High. Отметим, что в клеточных линиях SCLC экспрессия ASCL1 и NEUROD1 взаимоисключается.

Нейроэндокринные опухоли легких имеют тенденцию нести несколько соматических мутаций, таких как генетические амплификации MYCL1, NFIB и SOX2. ASCL1 связывается рядом с этими локусами, что позволяет предположить, что он напрямую регулирует экспрессию этих ключевых онкогенов. Другие цели ASCL1, такие как RET и DLL3 , важны для развития SCLC. Так, RET также является онкогеном при SCLC. Примечательно, что даже при SCLC ASCL1 регулирует компоненты передачи сигналов NOTCH, такие как DLL3 и LNFG, первоначально идентифицированные при развитии нейронов.

Кроме того, 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).
Таким образом, хотя нет сообщений о генетических изменениях в локусах ASCL1 при SCLC, ASCL1 является активатором транскрипции, непосредственно нацеленным на известные онкогены для SCLC. Потеря ASCL1 как драйвера этих онкогенных факторов может частично объяснить потребность в ASCL1 для выживания опухоли.

Секретируемый белок IGFBP5 коррелирует с клетками NE-рака легких, экспрессирующими ASCL1. Более того, IGFBP5 идентифицирован как прямая транскрипционная мишень ASCL1. Поскольку IGFBP5 является мощным ингибитором передачи сигналов IGF-1, терапевтичес -кое воздействие на ASCL1 приводит к подавлению IGFBP5, что, в свою очередь, вызывает гиперактивацию пути передачи сигналов IGF-1, служащего компенсаторным механизмом для поддержания жизнеспособности и пролиферации клеток в этих условиях. Отсюда совместное нацеливание на передачу сигналов ASCL1 и IGF-1R, пока in vitro, приводит к выраженным синергетическим эффектам ингибирования роста в ASCL1 High SCLC.

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 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.

Клетки человека содержат десятки тысяч активных промоторных областей и энхансерных областей, которые сильно зависят от типа клеток, и несколько сотен суперэнхансеров, которые представляют собой кластеры энхансеров, характеризующихся очень высоким связыванием медиаторных комплексов и основных факторов транскрипции. Транскрипты, ассоциированные с суперэнхансерами, содержат ключевые гены клеточной идентичности и экспрессируются на более высоких уровнях, чем гены, ассоциированные с нормальными энхансерами.

Воздействие на опухолевые клетки ингибиторов BET снижает уровни BRD4 в энхансерах и промоторах на уровне всего генома, но снижение более заметно у суперэнхансеров, и гены, связанные с суперэнхансерами, подвергаются более сильному и быстрому подавлению, чем гены, регулируемые стандартными энхансерами. Эти соединения ингибируют экспрессию ASCL1, нарушая взаимодействие между BRD4 и энхансером ASCL1. Отметим, что JQ-1 снижает экспрессию ASCL1, но не NEUROD1.

[albert52]

Продолжим.

Курение сильно связано с SCLC и плоскоклеточным раком (SCC). Так, отношение аденокарциномы к SCC составляет при раке легких у курильщиков примерно 0,4 по сравнению с 3,4 у никогда не куривших. Около 20 потенциальных канцерогенов из ~ 3500 химических веществ были обнаружены при курении сигарет. Наиболее известными являются полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), в то время как другие включают Ас-арены, дибенз (a, h) акридин, неорганические соединения, такие как кадмий, хром, никель, мышьяк, радиоактивный полоний (Po210) и органические соединения, такие как бутадиен. Нитраты в табаке сводятся к NH2 - и NH3 во время курения. Табак воздушной сушки содержит более высокие концентрации ароматических аминов по сравнению с табаком дымовой сушки.

Сигаретный дым содержит высокий уровень акролеина, который токсичен для ресничных ​​клеток легких, а также других агентов, таких как оксиды азота, ацетальдегид, фенолы и формальдегид, которые могут косвенно способствовать легочной канцерогенности у животных и людей.

SCLCs имеет среднюю частоту мутаций 7,4 несинонимичных мутаций на миллион пара оснований - аналогичную другим табачно-ассоциированным раковым заболеваниям легких. Как уже отмечалось, двуаллельная инактивация TP53 и RB1 почти повсеместна при SCLC .

Метилированные промоторы генов были обогащены сайтами связывания нейрогенных факторов транскрипции NEUROD1, HAND1 (Heart- and neural crest derivatives-expressed protein 1), белка цинкового пальца 423 (ZNF423) и фактора транскрипции, подавляющего RE1 (REST), что можно интерпретировать как свидетельство дефекта нейроэндокринной дифференцировки.

В целом наблюдается общее гипометилирование ДНК в образцах первичного SCLC по сравнению с образцами неопухолевого легкого; однако промоторы, содержащие CpG-островки, как было обнаружено, гиперметилированы в SCLC в большей степени, чем в большинстве типов опухолей, включенных в The Cancer Genome Atlas. Гиперметилированные сайты были сконцентрированы локально в сайтах начала транскрипции, тогда как гипометилированные сайты были распределены диффузно по промоторным областям, что предполагает функциональную роль гиперметилирования в молчании специфичных для рака генов. Выделяют 'фенотип метилирования CpG-островков' (CIMP), причем пациенты с CIMP-положительными опухолями имели худший прогноз, чем пациенты с CIMP-отрицательным заболеванием. Эти данные подтверждают, что клинически значимые подтипы SCLC определяются паттернами метилирования ДНК.

По сравнению с NSCLC, SCLC имеют значительно повышенные уровни:
- рецептора фактора роста KIT;
- антиапоптотического белка Bcl-2 и проапоптотических членов семейства Bcl-2 BIM (Bcl-2-подобный белок 11) и BAX (Bcl-2-подобный белок 4);
- повышенную регуляцию гистон-лизин- N- метилтрансферазы EZH2, фактора ремоделирования хроматина;
- тирозинкиназы WEE1 (является важным привратником контрольной точки G2 / M и вызывает остановку G2 посредством ингибирующего фосфорилирования циклин-зависимых киназ 1 и 2).
- тимидилатсинтазы;
- белков репарации ДНК, включая ферменты поли [АДФ-рибоза] полимеразы (PARP).

К настоящему времени описано 17 структурных ферментов PARP. PARP1 - наиболее широко экспрессируемая изоформа у людей, ее функция заключается в обнаружении и маркировке однонитевых разрывов ДНК (SSB) путем связывания с участком повреждения ДНК и синтеза цепей поли-АДФ-рибозы, которые привлекают множество каркасных белков и ферментов репарации ДНК, чтобы исправить разрыв. PARP1 высоко экспрессируется в образцах SCLC как на уровне мРНК, так и на уровне белка.

Помимо репарации ДНК, этот белок является коактиватором фактора транскрипции E2F1 и участвует в различных клеточных процессах, участвующих в онкогенезе, включая дифференцировку, пролиферацию и трансформацию клеток.

В клетках SCLC отсутствует активность G1 / S-контрольной точки в результате потери p53 и белков (Rb), а WEE1 регулирует контрольную точку клеточного цикла G2 / M, которая необходима для обеспечения целостности генома в таких раковых клетках, и, таким образом, ингибирование этой киназы может привести к митотической катастрофе и апоптозу, особенно в сочетании с терапией, повреждающей ДНК.

EZH2 может предотвращать химиорезистентность и пролиферацию клеток за счет противодействия эпигенетическому молчанию генов, в частности SLFN11. Продукт этого гена является предполагаемой ДНК / РНК-геликазой, принадлежащей к семейству белков Шлафена, которые вызывают остановку клеточного цикла (от немецкого слова Schlafen: «спать»). Она функционирует как контрольная точка клеточного цикла и вызывает летальную остановку S-фазы в ответ на повреждение ДНК. Следует отметить, что экспрессия SLFN11 коррелирует с чувствительностью к повреждающим ДНК агентов (таких как иринотекан, этопозид и цисплатин) в других злокачественных опухолей.

Репрессорный комплекс polycomb 2 (PRC2) представляет собой мультибелковый модифицирующий хроматин комплекс, который ингибирует экспрессию генов, способствуя локальному метилированию гистонов. EZH2 представляет собой ферментативную субъединицу гистон-лизин N -метилтрансферазы PRC2 и опосредует диметилирование и триметилирование гистона H3 лизина 27 (H3K27me2 и H3K27me3).

EZH2 не часто мутируют в SCLC, но уровень их экспрессии в SCLCs выше, чем в любом другом типе опухоли, включенном в Атлас генома рака. Экспрессия гена EZH2 находится под прямым контролем семейства транскрипционных факторов E2F, включая E2F1 (для которого PARP1, сам сверхэкспрессируемый в клетках SCLC, действует как коактиватор).

В целом мелкоклеточный рак как в легких, так и в других органах является интересным примером минимизированных опухолевых клеток, близких по поведению вышеупомянутым мной "лангольерам", и изучение создаваемых им программ функционирования опухолевых клеток интересно с точки зрения механизма и перспектив развития канцерогенеза.

[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 их 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. С другой стороны, 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. 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 при SCLC.

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). В целом, экспрессия генов, связанных с конкретным нейрональным фенотипом, является только индикатором возможного фенотипа NE ( и не только их). Не забудем, что за транскрипцией должна идти трансляция получившейся мРНК, но будет она или нет, решает mTOR1 (см. выше). Вообще, 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.

Нейроэндокринный рак наблюдается и в простате (NEPK), где он является следствием андрогенной депривационной терапии (ADT), являющейся краеугольным камнем лечения запущенного и метастатического рака простаты. Но прежде чем рассмотреть его особенности поговорим вначале собственно о раке простаты.

Предстательная железа (другое название — простата) представляет собой экзокринную железу с трубчато-альвеолярным строением, присутствующую в мужском организме человека и всех остальных млекопитающих. Человеческая простата находится несколько ниже, чем мочевой пузырь. Через нее проходит в своём начале мочеиспускательный канал. Секрет, который вырабатывает железа, выбрасывается в момент эякуляции. Он разжижает эякулят. Контроль работы простаты совершается посредством гормонов гипофиза, андрогенов, эстрогенов, а также стероидных гормонов.

Простата получила прозвище «второе сердце». Корректность её работы определяет и половую функцию, и правильную работу мочевой системы, и психическое состояние мужчины.

Железа покрыта капсулой, от которой вглубь железы отходят соединительнотканные перегородки. Сама железистая ткань состоит из альвеол, которые сгруппированы в 30-50 отдельных долек. Каждая из долек впоследствии переходит в проток, открытие которого происходит в простатическом отделе уретры.

Железки простаты подразделяются на главные или наружные, подслизистые или промежуточные и слизистые, или внутренние. Главные желёзки залегают в основном в периферической зоне, которая составляет ~75% массы предстательной железы. По направлению к уретре однослойный эпителий концевых отделов простатических желёзок постепенно может сменяться переходным эпителием. Местами эпителий концевых отделов желёзок многорядный призматический. В этом случае он может кроме высоких секреторных клеток содержать и мелкие базальные клетки. Среди них могут располагаться отдельные эндокринные клетки.

Короткоживущие секреторные клетки непрерывно обновляются за счет деления плюрипотентных стволовых и частично эмитированных базальных клеток.

Первичный очаг аденомы возникает не в предстательной железе, а в периуретральных железках на границе шейки мочевого пузыря и семенного бугорка. При этом центрально-уретральный отдел предстательной железы и парауретральные железы представляют собой как бы единое целое. Отметим, что эстрогены и андрогены имеют в предстательной железе свои зоны влияния. Для эстрадиола — это центральная-уретральная зона, а зона влияния тестостерона находится на периферии предстательной железы, где обычно и возникает рак предстательной эелезы (РПЖ).

Снижение функции половых желез у мужчин возникает в пожилом или даже среднем возрасте, однако оно является все-таки не столько физиологическим, сколько патологическим процессом. Снижение функции половых желез стимулирует гиперпродукцию гонадотропинов гипофизом. Первое время потеря части половых гормонов, продуцируемых яичками (в норме они составляют 1/3), компенсируется повышенной секрецией половых гормонов коры надпочечников. По мере нарастания дефицита андрогенов яичка возрастает и гиперпродукция гонадотропинов гипофизом. В конечном итоге гормональный баланс нарушается в сторону преобладания эстрогенов.

Циркулирующий с кровью тестостерон превращается в ткани простаты в дигидротестостерон под действием фермента 5-а-редуктазы, располагающегося в ядрах клеток. Сам тестостерон при этом связывается с цитоплазматическим рецептором и проникает в клеточное ядро. После фиксации комплекса на ДНК дигидротестостерон способствует размножению клеток и синтезу белков. В то же время другой фермент — ароматаза—часть тестостерона превращает в эстрадиол, который тоже обладает сильным пролиферативным воздействием и ведет к образованию и росту аденомы. Дисгормональная природа аденомы (ДГПЖ - доброкачественной гиперплазии предстательной железы), таким образом, в большей степени обусловлена снижением функции половых желез и преобладанием эстрогенов в гормональном балансе мужчины.

Образовавшаяся доброкачественная опухоль — аденома — сдавливает собственно предстательную железу, превращая ее в тонкую пластинку — хирургическую капсулу. После аденомэктомии ( операция заключается в удалении (вылущивании) опухоли) прекращается давление на хирургическую капсулу. Ткань ее постепенно восстанавливается, и спустя 6—7 мес при ректальном исследовании определяется предстательная железа нормальных размеров и консистенции.

Гистологическая структура удаляемой доброкачественной опухоли, по данным большинства патологоанатомов, всегда рассматривалась как аденоматозная ткань с включением соединительной ткани и мышечных волокон, выраженным в разной степени. Аналоги таких новообразований имеются и в гинекологии — фибромиома матки, которая так же, как и ДГПЖ может иметь тяжелое клиническое течение, хотя и несколько меньше угрожает жизни больной.

При жизни увеличение предстательной железы, рассматриваемое, как АПЖ, выявляется у каждого 6—7-го мужчины старше 50 лет. При аутопсии мужчин старше 60 лет ДГПЖ обнаруживается в каждом третьем случае.

Заболевание имеет повсеместное распространение, но есть и исключения. Больных с ДГПЖ почти нет в Японии и Китае, у чернокожих африканцев. Существует мнение, что это в какой-то степени объясняется характером питания, преобладанием в этих странах в рационе людей растительных жиров, нелущеного риса.

Размеры АПЖ коррелируют с массой. Малой считается аденома до 30 г, средней — до 70 г, большой — до 250 г. Возможны и гигантские ДГПЖ. Аденома вызывает затруднение мочеиспускания, обусловленное сдавлением предстательной части уретры, часто уже на ранней стадии заболевания.

В отличие от доброкачественной гиперплазии простаты (аденомы предстательной железы), когда признаки достаточно выражены, рак простаты возникает из наружной зоны железы и растет очень медленно, не вызывая никаких жалоб. На запущенных стадиях рака предстательной железы могут возникать боли при мочеиспускании, частые позывы и затруднение мочеиспускания.

Однако, хотя на сегодняшний день считается, что прямой зависимости между ДГПЖ и РП нет, у большинства пациентов пожилого возраста выявляются оба эти заболевания. Случаи рака без ДГПЖ встречаются достаточно редко. Даже если железа не увеличена по данным различных аппаратных исследований (УЗИ, компьютерная или магнитно-резонансная томография), то на микроскопическом уровне всегда определяются признаки гиперплазии.

[albert52]

Продолжим.

Микроскопические очаги опухоли находят у 30% мужчин от 50 до 60 лет, но заболевание с клиническими проявлениями редко возникает у мужчин до 50 лет (обычно у людей с плохой наследственностью) и вместе с увеличением возраста резко возрастает заболеваемость.

Выявлены три стадии развития РП человека:
(а) интраэпителиальная неоплазия, которая может рассматриваться как предраковое состояние, характеризующееся гиперплазией просветных клеток и прогрессирующей потерей базальных клеток;
(б) аденокарцинома андроген-зависимая (подразделяется на две стадии: латентная аденокарцинома и клиническая), характеризующаяся полной потерей базальных клеток и сильным люминальным фенотипом секреторных клеток с разной степенью клеточной атипии; на этой стадии опухоль является андроген-зависимой, и ее рост можно контролировать с помощью андрогенной депривации;
(в) аденокарцинома, не зависящая от андрогенов (или устойчивая к кастрации), которая представляет собой дальнейшую эволюцию аденокарциномы.

Для клинических целей гистологическая оценка этих опухолей выражается в баллах по шкале Глисона: балльная система, которая оценивает, насколько биоптический образец простаты похож на нормальную предстательную железу (низкий балл, 1 соответствует нормальному состоянию) или является откровенно онкогенным (высокий оценка 5 соответствует отсутствию нормальных желез и наличию пластов откровенно аномальных опухолевых клеток); между этими двумя крайними степенями существуют промежуточные степени, характеризующие переход от нормальной структуры ткани к прогрессирующей потере тканевых желез и приобретению клеточной атипии (не вдаюсь в подробности).

Поздние стадии заболевания характеризуются появлением метастазов, обогащенных маркерами базальных и стволовых клеток, при этом GP4 на 82% схож с метастатическими поражениями. Мутации в пути TP53 наблюдались только в GP4 и метастазах.

Неметастатический рак предстательной железы имеет в среднем 0,7 мутации на мегабазу (Мб), что является относительно низким значением по сравнению с другими опухолями, такими как молочная железа (1,2 Мб / Мб), колоректальный (3,1 на Мб) или меланома (12,1) за Мб. Однако, несмотря на относительно небольшое число мутационных событий, рак предстательной железы характеризуется высоким уровнем нестабильности генома и хромосомных перестроек. Так, гипермутационные опухоли связаны с фенотипической нестабильностью и потерей функции генов репарации несоответствия ДНК MSH2 и MSH6 посредством мутации или эпигенетического молчания.

Впрочем мутации присутствуют на достаточно высоких уровнях в морфологически нормальной ткани, отдаленной от рака, отражая экспансию клонов, что указывает на то, что мутационные процессы, действующие в опухолевых узлах, были также в нормальной ткани. Наиболее очевидным объяснением этого феномена является то, что в ткани предстательной железы создается онкогенное поле, влияющее на нормальную ткань предстательной железы, или что нормальные клетки предстательной железы подвергаются процессу соматического мозаицизма с высокой частотой мутаций.

Полевые эффекты были описаны также для других опухолей, таких как колоректальный рак, рак молочной железы, рак головы и шеи и рак ротовой полости.

Было подсчитано, что у 80% мужчин, перенесших радикальную простэктомию по поводу клинически локализованного заболевания, рак простаты является многоочаговым. Отдельные опухолевые очаги из той же опухоли подвергали полному секвенированию генома, не обнаруживая общих изменений числа копий генов и очень мало общих точечных мутаций между опухолевыми очагами, что подтверждает существование поликлонального заболевания. Обнаружена также значительная внутриопухолевая и межопухолевая гетерогенность.

Эти результаты имеют важные последствия на двух разных уровнях:
(а) диагностический анализ на основе биопсии может пропустить некоторые генетические изменения, что приводит к неправильной классификации опухоли на молекулярном уровне, что исключает оптимальное лечение, особенно с использованием новых целевых агентов;
( б) оценка вклада различных клонов в развитие опухоли.

Протоковая аденокарцинома является гистологическим подтипом рака предстательной железы с большими железами, выстланными высоким столбчатым псевдостратифицированным эпителием. Как правило, он связан с ацинарным раком и встречается у 3–6% случаев рака предстательной железы (только у 0,2% - чистая морфология протоков) и вызывает заболевание, более агрессивное, чем ацинарный рак, и связан с более высокой стадией и риском рецидива и смертности.

На агрессивность рака предстательной железы на молекулярном уровне влияют такие изменения как:
- потеря PTEN, CDH1 и BCAR1 и усиление MYC ( экспрессия CDH1 необходима для эффективного рекрутирования AR на уровне чувствительных генных промоторов );
- мутации зародышевой линии в гене-супрессоре опухоли BRCA2 (наследственная предрасположенность);
- точечные мутации TP53 , SPOP и FOXA1 . Белок SPOP взаимодействует с коактиваторами стероидных рецепторов p160 (SRC-3) и способствует их убиквитинированию и деградации ;
- изменения числа копий генов (амплификация или потеря);
- повышенное метилирование некоторых генов.
Отметим, что только меньшинство опухолевых очагов может быть классифицировано молекулярно, но при этом> 75% мутаций были субклональными.

В заключение, исследования на геномном и молекулярном уровнях определили гетерогенность опухоли как ключевое биологическое свойство рака предстательной железы, способствуя значительной сложности в диагностике, прогнозировании и лечении этих опухолей. Впрочем, с гистопатологической точки зрения, рак предстательной железы достаточно гомогенный, так как подавляющее большинство случаев соответствует ацинарной аденокарциноме, тогда как другие гистотипы (такие как протоковая аденокарцинома и муцинозный рак) редки.

Также метастатический рак предстательной железы, несмотря на его постоянную молекулярную гетерогенность, на уровне одного пациента вначале клонально однороден: то есть, у одного пациента клонально связаны различные метастазы. В этом отношении он напоминает рак предстательной железы ( в нем также достаточно гипоксичных опухолевых клеток).

После начала метастазирования опухолевые клетки претерпевают клональную эволюцию и непрерывно меняют свои свойства в процессе пересева метастаз в первичный очаг и метастаз в метастаз. Эти обмены опухолями способствуют процессу, увеличивающему гетерогенность опухолей и конкуренцию между различными клонами в зависимости от их микроокружения. Приблизительно у 50% субъектов при вскрытии наблюдается поликлональный посев в нескольких метастатических участках, что соответствует процессу, когда несколько генетически различных субклонов колонизируют один метастатический участок. Впрочем гетерогенность опухоли уменьшается, когда формирующийся клон обладает высоким потенциалом для локального и удаленного метастазирования и способен выживать при лечении рака.

Еще добавим, что метастатический процесс не всегда одинаково происходит по индексу Глисона; он может также происходить из небольших вторичных очагов, не связанных с индексом (не были выявлены).

[albert52]

Продолжим.

Передача сигналов рецепторами андрогенов (AR), опосредованная тестостероном и 5α-дигидротестостероном, является ключевой для развития и прогрессирования РПЖ до запущенной формы заболевания. Развивающаяся опухоль длительное время остаётся способной реагировать на гормональное воздействие аналогично интактному органу.

При раке предстательной железы аномалии генов были обнаружены в виде однонуклеотидных вариантов (SNV), небольших вставок или делеций, перегруппировок, аберрантного метилирования и изменений в количестве копий генов. Специфические мутационные процессы изменялись во время эволюции опухоли с увеличением доли мутаций, связанных с дефицитом гомологичной рекомбинационной репарации; этот факт подтверждается заметным увеличением количества BRCA- мутантных опухолей, наблюдаемых при метастатических поражениях.

Мутации при слиянии SPOP и ETS возникают на ранних стадиях развития рака и являются исключительно клональными; потеря CHD1 и BRCA2, по- видимому, является ранним событием в развитии ETS слитно-негативного рака предстательной железы. Опухоли, инициированные событием слияния ETS, показывают увеличение 8q ( MYC ) и потерю части хромосомы 10, несущей PTEN, как очень ранние события, в то время как опухоли, которые не были инициированы перестройками ETS, показывают как ранние события потерю областей 13 хромосомы ( RB1 и BRCA2 ) .

Хромосомные перестройки активируют членов семейства транскрипционных факторов ETS, таких как ERG. Наиболее частые из этих перестроек создают слитый ген TMPRSS2-ERG , наблюдаемый у ~ 15% интраэпителиальной неоплазии простаты и у ~ 50% локализованного рака простаты: эта генетическая аномалия может представлять собой раннее событие, предрасполагающее к прогрессирование опухоли. Образование этого слитого гена определяет экспрессию усеченного на N-конце белка ERG под контролем андроген-чувствительного промотора TMPRSS2 (трансмембранной изоформы 2 сериновой протеазы).

Частота слияния TMPRSS-ERG значительно различается в разных этнических группах: кавказская (50%), афроамериканская (30%) и азиатская (20%) и связана с активностью рецепторов андрогенов (я о нечто подобном писал раньше). Пациенты с ранним началом заболевания характеризуются более высокой экспрессией AR, и около 90% этих пациентов имели слияния ERG и делеции AR ко-репрессора NCOR.

У пациентов с TMPRSS2-ERG наблюдается повышенная андроген-регулируемая экспрессия генов и измененный внутриопухолевый метаболизм андрогенов, что демонстрируется снижением концентрации тестостерона и повышенным соотношением дигидротестостерона (DHT) / тестостерона.

Другие частые хромосомные перестройки включают другие гены семейства транскрипции ETS, такие как ETV1. В случае гена ETV1 5'-партнеры слияния являются более гетерогенными: TMPRSS2 , SCL45A3 и ACSL3; Эти партнеры по слиянию являются андроген-чувствительными генами.

Предполагают, что ETV1 , а не ERG, усиливает экспрессию генов-мишеней AR и генов, участвующих в биосинтезе и метаболизме стероидов. В любом случае эти молекулярные события активируют онкогенную программу, предрасполагающую клетки простаты к сотрудничеству с другими онкогенными событиями, такими как потеря PTEN , что приводит к более агрессивному развитию опухолей (см. выше).

При метастазах в 85% опухолей обнаружены либо активирующие мутации андрогеновых рецепторов, амплификации андрогенных рецепторов, либо предполагаемые амплификации областей энхансерных рецепторов андрогенов. В целом, мутационная нагрузка была выше у мужчин, получавших терапию андрогенной депривацией, чем у пациентов, не получавших лечение; более того, в метастазах наблюдалось больше хромосомных перестроек, чем в первичных опухолях. Процент измененного генома в этих опухолях варьировался от 7% до 47% (в среднем 23%); средняя частота мутаций составила 4,1 мутации / Мб, что намного выше, чем при первичном раке. Примерно 40% этих опухолей были триплоидными.

Двуаллельная инактивация BRCA2 тесно связана с уровнем делеций, в то время как двуаллельная инактивация CDK12 была связана со значительным увеличением тандемных дупликаций. Кроме того, инактивация TP53 была событием, наиболее значимо связанным с инверсионными перестройками и наличием хромотрипса.

Существующее мнение предполагает, что хромосомные перестройки происходят постепенно с течением времени, но недавние исследования показывают, что в некоторых опухолях многие геномные перестройки, включающие только одну или несколько хромосом, могут происходить при однократном клеточном кризисе, что приводит к раку, вызывающему множественные молекулярные аномалии. Недавние исследования показывают, что это явление, известное как хромотрипс, может возникать при раке простаты. Хромотрипс может рассматриваться как пунктуальное прогрессирование к андрогенной независимости.

Хромотрипсис представляет собой паттерн сложной хромосомной перестройки, на который влияет ряд структурных вариантов точек разрыва, обычно> 100, которые плотно сгруппированы в основном в одном или нескольких хромосомных плечах. Так возникает множество сложных слитых транскриптов, каждый из которых содержит последовательности из трех разных генов, происходящих из разных частей генома.

Статистический анализ показал, что эти сложные перестройки вряд ли происходят независимо и вместо этого могут развиваться из скоординированного и одновременного молекулярного события. Ансамбль этих сложных серий генетических событий был назван «хемоплексией» и, по-видимому, отвечает за скоординированную дисрегуляцию многих генов рака простаты.

По сути, хромоплексия является расширенной версией сбалансированных транслокаций, которые переставляют участки несколько хромосом, а не двух хромосом, как в сбалансированных транслокациях мейоза. Хромоплексирующие механизмы часто разрушают гены-супрессоры опухоли и активируют онкогены путем образования слитых генов, например TMPRSS2-ERG. Распространенность хромоплексии при метастатическом раке предстательной железы составляет ~ 90%.

Общая нагрузка CNA (соматических изменений числа копий), определяемая как процент опухолевого генома, пораженного CNA, была связана с биохимическим рецидивом и метастазированием после операции, независимо от уровня PSA или степени Глисона. Отметим еще, что потери числа копий и события гиперметилирования ДНК являются более клональными, чем прирост числа копий и гипометилирование ДНК (события клонального удаления или гиперметилирования включали известные гены-супрессоры опухолей, такие как PTEN , TP53 или GSTP1 ).

Интересно, что изменение числа копий является прогностическим фактором рецидива и для многих других солидных опухолей.

[albert52]

Продолжим.

Устойчивость к ADT возникает благодаря множеству механизмов, включая конститутивно активную передачу сигналов AR через варианты сплайсинга AR, лиганд-независимую активацию AR, амплификацию, сверхэкспрессию и / или мутации в гене AR. Кроме того, сообщается, что глюкокортикоидные рецепторы (GR) сверхэкспрессируются у пациентов, получавших антиандрогенную терапию (абиратерон или энзалутамид), и предполагается, что экспрессия GR позволяет обходить блокаду AR из-за его функционального сходства.

Хотя все опухоли простаты изначально зависят от передачи сигналов AR, у большинства пациентов, которым вводят ADT, развивается нечувствительная к андрогенам форма РПЖ, также известная как устойчивый к кастрации рак простаты (CRPC) - признак прогрессирующего заболевания. Опухоли CRPC развивают резистентность за счет фенотипического сдвига от эпителиальных клеток просвета к базально-подобным клеткам, чему способствует пластичность клеток.

FОXA1 является пионерским фактором, который открывает компактный хроматин для облегчения связывания других транскрипционных факторов, таких как AR и рецептора эстрогена. FOXA1 необходим для активации простат-специфической экспрессии генов, и он играет двойную роль в определении транскрипционной программы AR. Так, в среде с низким уровнем андрогенов FOXA1 действует в качестве ключевого подавителя остаточной передачи сигналов AR, а потеря FOXA1 приводит к аберрантной активации AR и прогрессированию CRPC.
На уровне мРНК наблюдается начальное увеличение FOXA1 от доброкачественной формы до первичного ПК, но снижение FOXA1 после того, как заболевание переходит в статус CRPC. При FOXA1-нокдауне наблюдается клеточная трансформация, репрезентативная для эпителиально-мезенхимального перехода (EMT) и дедифференцировки клеток к нейроэндокринному фенотипу. Механистически это вызвано, по крайней мере частично, индукцией IL-8 и SLUG, которые оба являются известными мишенями трансформационного фактора роста β (TGF-β).

Напомню, что путь TGF-β содержит 3 лиганда (TGF-β1, -β2, -β3), которые связываются с TGF-β-рецептором 2 киназы рецептора клеточной поверхности (TGFBR2). После активации TGFBR2 рекрутирует и фосфорилирует рецептор TGF-β 1 (TGFBR1); как ген он сильно репрессируется FOXA1. Отметим, что в дополнение к TGFB3 FOXA1 репрессирует многие гены сигнального пути TGF-β.

В ПК TGF-β-индуцированная экспрессия виментина связана с биохимическим рецидивом; в частности, активация TGF-β3 оказывает сильное влияние на миграционное и инвазивное поведение клеток ПК. Такие результаты способствовали сильному интересу к терапевтическому нацеливанию на этот путь при CRPC; так, моногидрат LY2157299 (также называемый галунизертиб), ингибитор киназы TGF-β-рецептора I, ингибирует фосфорилирование SMAD (pSMAD), обращает EMT и снижает подвижность опухолевых клеток, и может быть эффективным также при гепатоцеллюлярной карциноме. При этом наблюдается реэкспрессия E-кадгерина в мембрану, сопровождающаяся восстановлением морфологии эпителия.

Фактор транскрипции GATA2 является главным регулятором, который обеспечивает агрессивность на всех стадиях рака простаты. При AR-экспрессирующем раке простаты GATA2 действует как пионерный фактор транскрипции, который управляет экспрессией андроген-зависимых генов, выполняя трехуровневую роль: во-первых, путем связывания с ARE в ответ на андрогены; во-вторых, физически активируя хроматин в элементах энхансера AR; и, наконец, путем подбора MED1 комплекса, который необходим для построения и поддержания регуляторных петель хроматина между AR энхансерами и промоторами. Более того, GATA2 дополнительно способствует функции AR, обеспечивая его связывание с энхансерами PSA , TMPRSS2 и PDE9A.

Белок, кодируемый геном PDE9A, катализирует гидролиз цАМФ и цГМФ до их соответствующих монофосфатов. Белок играет роль в передаче сигнала, регулируя внутриклеточную концентрацию этих циклических нуклеотидов. Для этого гена было обнаружено множество вариантов транскриптов, кодирующих несколько различных изоформ.

Измененная передача сигналов AR является наиболее заметным механизмом роста и прогрессирования клеток рака простаты на протяжении резистентной к кастрации стадии, а GATA2 непосредственно вносит вклад в прогрессирование CRPC, поддерживая передачу сигналов AR и транскрипционную активность.

В качестве главного регулятора сверхэкспрессия GATA2 связана с устойчивостью к химиотерапии и прогрессированием до летальных стадий заболевания через регуляцию набора критических генов, связанных с раком, включая IGF2 и POM121. Так, GATA2 регулирует экспрессию IGF2 посредством прямого связывания с его промоторами, а инсулиноподобный фактор роста 2 (IGF2) проявляет структурную гомологию с инсулином и может активировать как рецептор инсулиноподобного фактора роста 1 (IGFR1), так и рецептор инсулина (INSR), которые, в свою очередь, активируют передачу сигналов PI3K и MAPK4 и далее вниз по сигнальному пути.

POM121, др. ключевой нижестоящий элемент GATA2, является нуклеопорином, играющим важную роль в структурной конформации комплекса ядерных пор. Аберрантный ядерно-цитоплазматический транспорт долгое время был связан с раком, и несколько нуклеопо -ринов были идентифицированы как драйверы киназ или регуляторы экспрессии генов и хроматина. Действительно, POM121 был идентифицирован как ключевой регулятор ядерно-цитоплазматического транспорта онкогенных факторов MYC и E2F1 и простато -специфичных факторов транскрипции AR и GATA2 при агрессивном раке простаты через его взаимодействие с импортином-β. Важно отметить, что комбинированная терапия доцетакселом и митоксантроном плюс импортазол, фармакологическим ингибитором оси POM121-импортин-β, повторно сенсибилизирует опухолевые клетки к химиотерапии.

Многие другие нижестоящие молекулярные пути влияют на устойчивость к таксанам и гормональной терапии. Напр., преобразователь сигнала и активатор транскрипции 1 (STAT1), фактор транскрипции, который перемещается из цитоплазмы в ядро ​​клетки и опосредует несколько важных клеточных процессов, сверхэкспрессируется в устойчивой к доцетакселу клеточной линии. Повышенные уровни STAT1 коррелируют с увеличением кластерина, который является антиапоптотическим белком, защищающим клетку от проапоптотических триггеров, индуцированных доцетакселом, что предполагает, что STAT1-кластерин-зависимый механизм может опосредовать устойчивость к доцетакселу.

Ряд других путей также, по-видимому, участвует в передаче сигналов при раке простаты. Напр., связанный с рецептором ретиноевой кислоты орфанный рецептор-γ (RORγ) сверхэкспрессируется и амплифицируется в метастатических опухолях CRPC и управляет экспрессией AR. HER2 (также известный как ERBB2; член семейства рецепторов эпидермаль -ного фактора роста (EGFR)) является классическим регулятором роста и пролиферации клеток, в частности, при прогрессировании рака простаты у пациентов с низким уровнем андрогенов; HER2 активирует несколько нижестоящих сигнальных путей, включая MEK, ERK и PI3K – AKT.

Уровни как HER2, так и EGFR1 (также известного как HER1) повышаются по мере прогресси -рования рака простаты и связаны с плохим прогнозом и андроген-независимой активацией AR. Таким образом, лапатиниб, двойной ингибитор EGFR и HER2, используемый для лечения HER2 + метастатического рака груди, был предложен в качестве подходящего кандидата для лечения рака простаты.

Кроме того, существует реципрокная связь между клетками РПЖ и клетками микроокружения опухоли (TME), например тучными клетками, макрофагами, стромальными клетками костного мозга (BMSC) и фибробластами, связанными с раком (CAFs), и эти взаимодействия имеют решающее значение для прогрессирования РПЖ, включая t-NEPC. Как и при других опухолях, при раке простаты наблюдается инфильтрация Т-лимфоцитами; однако общий иммунный ответ нарушен из-за присутствия TGFβ, IL-10 и других иммунодепрессантов.

Классический пример клональной пластичности наблюдается при метастатическом раке простаты, леченном антиандрогенной терапией, который рецидивирует с морфологическими особенностями нейроэндокринной карциномы. Эти опухоли, классифицируемые как нейроэндокринный рак простаты (t-NEPC), характеризуются мелкоклеточной морфологией и положительным окрашиванием на нейроэндокринные маркеры, экспрессией AR от низкой до отсутствующей, а также секрецией нейропептидов и других факторов роста, которые позволяют им выжить и поддерживать плохой ответ на терапию. Считается, что использование более мощных ADT влияет на частоту t-NEPC.

Развитие NEPC происходит у ~ 25% пациентов с мКРРПЖ (кастрационно-рефрактерным раком), получавших антиандрогенную терапию, и нечасто у пациентов с первичными опухолями (~ 1%). Поскольку низкая или отсутствующая экспрессия AR является признаком агрессивного рака простаты, NEPC может возникать в процессе дивергентной эволюции, в которой предшественник с низким содержанием AR выбирается с помощью терапии, чтобы в конечном итоге прогрессировать до нейроэндокринного фенотипа.

[albert52]

Продолжим.

Существует две концептуальных стадии прогрессирования NEPC: (1) адаптивный ответ на лечение посредством приобретения NE-подобного фенотипа AR-положительной аденокарциномы и (2) инициация клеточной пролиферации. Небольшие очаги злокачественных клеток с NE-подобным фенотипом можно наблюдать почти во всех опухолях аденокарциномы, предполагая, что большинство опухолей способны достичь начальной стадии. Однако вторая стадия, по-видимому, требует отчетливой геномной аберрации, позволяющей злокачественную адаптацию к нейронной нише.

Сравнение молекулярных профилей NEPC и AR-управляемого CRPC с использованием всего экзомного секвенирования показало значительное геномное перекрытие, несмотря на заметные клинические и патологические различия этих типов опухолей, что указывает на дивергентный механизм клональной селекции клонов. Например, потеря RB1 была обнаружена у 70% аденокарцином NEPC и 32% аденокарцином CRPC, потеря TP53 была обнаружена в 66,7% NEPC и 31,4% аденокарциномах CRPC, а одновременная потеря RB1 и TP53 была обнаружена в 53,3% аденокарциномы NEPC и 13,7% аденокарциномы CRPC.

Эти изменения в сочетании с подавлением экспрессии AR могут привести к активации плацентарного гена PEG10, рассматориваемого как потенциальную движущую силу и терапевтическую мишень для NEPC. PEG10 весьма необычен , поскольку обладает двумя стартовыми кодонами и двумя рамками считывания, контролируемыми сигналом сдвига рамки считывания -1 рибосом, позволяющим «пропускать» стоп-кодон. Эта сложность унаследована от предка ретротранспозона, и хотя способность транспозона была потеряна за последние 120 миллионов лет, PEG10 сохраняет способность самоотщепляться, очевидно гомологичным образом, с ВИЧ.

PEG10 необходим для развития плаценты, и в настоящее время наблюдается большой интерес к реактивации плацентарных генов и генов развития при раке, учитывая присущие им «онкогенные» свойства тканевой инвазии и иммунного уклонения плаценты. Раковые клетки в условиях лечебного стресса должны перепрограммировать свой транскриптом, чтобы проявлять новые биологические свойства и адаптироваться к другому микроокружению, и реактивация плацентарных генов (у мужчин) предлагает привлекательное решение.

Эпигенетическая модуляция, вероятно, играет роль в нейроэндокринной трансдифференцировке, а не в линейной прогрессии соматических мутаций. Этот элегантный механизм устойчивости к лекарствам существует в нескольких типах опухолей. В опухолях легких, EGFR-мутантные аденокарциномы, как известно, меняют фенотип и рецидивируют как мелкоклеточные карциномы после терапии анти-EGFR. При меланоме переключение фенотипа также, как полагают, происходит после ингибирования BRAF, что придает опухоли свойства роста и инвазии.

SOX2 является главным регулятором плюрипотентных эмбриональных стволовых клеток и мультипотентных нейральных клеток-предшественников и при раке простаты действует как маркер нейроэндокринной дифференцировки и индукции ЭМП, который поддерживает его роль в качестве движущей силы пластичности. Интересно, что AR прямо репрессирует при раке простаты экспрессию SOX2 и потеря передачи сигналов AR, следовательно, параллельна увеличению экспрессии SOX2, которая, в свою очередь, поддерживает прогрессирование опухоли. EZH2 и SOX2, вероятно, будут работать вместе, чтобы управлять пластичностью клонов в CRPC и переключением фенотипа в сторону NEPC.

Репрессор транскрипции REST (Repressor Element-1 Silencing Transcription factor) является ключевым модулятором нейронального эпигенома. Усиление REST защищает от преждевременного истощения нервных стволовых клеток, гипервозбудимости нейронов, окислительного стресса и дисфункции нейроэндокринной системы. При переходе к клетке-предшественнику REST деградирует до уровней, достаточных для поддержания хроматина нейронального гена в неактивном состоянии, которое, тем не менее, готово к экспрессии. Когда предшественники дифференцируются в нейроны, REST и его корепрессоры диссоциируют от сайта RE1, запуская активацию нейрональных генов.

Потеря REST, вероятно, высвобождает ONECUT2, который, в свою очередь, подавляет FOXA1 и запускает программу транскрипции, независимую от передачи сигналов AR, что в конечном итоге приводит к приобретению нейроэндокринного фенотипа. Так, выявлено 120 генов, активируемых ONECUT2, и 25 из них связаны с путем гипоксии, что указывает на то, что ONECUT2 регулирует индуцированную гипоксией экспрессию генов в клетках NEPC путем регулирования связывания HIF1α с хроматином.

Замечу, что подавление REST обычно наблюдается в NEPC путем активации фактора РНК сплайсинга SRRM4. Примечательно, что SRRM4 является наиболее устойчиво подавляемым фактором сплайсинга во всех типах опухолей, что подразумевает общее преимущество подавления микроэкзона для рака независимо от ткани его происхождения.
Микроэкзоны - это чрезвычайно маленькие экзоны (длиной от 3 до 27 нуклеотидов), которые высоко эволюционно консервативны и играют решающую роль в обеспечении дифференцировки и развития нейронов. Включение микроэкзонов в транскрипты мРНК опосредуется фактором сплайсинга SRRM4, экспрессия которого в значительной степени ограничена нервными тканями. Низкая экспрессия SRRM4 за пределами мозга дополнительно снижается в опухолях, и, как я сказал, SRRM4 является наиболее постоянно подавляемым фактором сплайсинга в опухолях по различным типам тканей (к NEPC это не относится).

BRN2 подобно ONECUT2 является фактором нейральной транскрипции POU-домена; он также экспрессируется в мелкоклеточной карциноме легких, в которой он играет роль в прогрессировании опухоли, действуя как вышестоящий над Ascl1 регулятор, и в меланоме, в которой он обеспечивает инвазивность и миграцию. При раке простаты BRN2 взаимодействует с SOX2 и вместе они действуют как движущие силы нейроэндокринной дифференцировки.

Сигнальные каскады, которые управляют нейроэндокринной дифференцировкой и / или пластичностью клеток, значительно перекрываются. Напр., экспрессия маркеров TROP2 и CD49, которые определяют пластичность базальных клеток, также высока в NEPC. Кроме того, принудительная экспрессия фактора транскрипции SNAIL, индуктора EMT, способствует нейроэндокринному фенотипу в клетках рака простаты.

ЕМТ - это переходный процесс; промежуточные фенотипы, вероятно, будут наиболее связаны со стволовыми признаками, тогда как прогрессирование к дефинитивному мезенхимальному фенотипу вредно для способности клеток инициировать опухоль, а также для их свойств инвазии и пролиферации. Поддержание передачи сигналов AR необходимо для торможения EMT, а депривация андрогенов вызывает EMT, дополнительно снижая способность клеток реагировать на ADT.

STAT3 интегрирует различные сигнальные пути, участвующие в дифференцировке NEPC, индукции EMT и поддержании популяций CSC. В самом деле, активация STAT3 с помощью IL-6 в контексте истощения андрогенов была связана с приобретением стволовых свойств, а также с нейроэндокринной дифференцировкой клеток рака простаты.

Новое перекрестное взаимодействие между AR и сигнальными путями EGF-SRC также было связано с индукцией EMT в опухолях с TMPRSS2-ERG. Этот механизм происходит посредством модуляции miR-30b, супрессора опухолей, который, когда он подавляется, приводит к индукции ERG и EMT, несмотря на отсутствие андрогена.

В эксперименте после кастрации и до рецидива - группа BMI1 + SOX2 + клеток рака простаты претерпевают временное переключение фенотипа в сторону более недифференцированного состояния, которое характеризуется экспрессией базальных маркеров CK14 + и p63 + и сверхэкспрессией SOX2. Отметим, что BMI1 (PCGF4) принадлежит к группе Polycomb и участвует в эпигенетической регуляции генов в ядре клетки .

Все эти процессы, вероятно, могут быть интегрированы в континуум клеточной пластичности, в котором существуют промежуточные фенотипы, что объясняет, почему нейроэндокринные и стволовые фенотипы связаны на молекулярном уровне. Многие из этих процессов, по-видимому, управляются факторами транскрипции, многие из которых также вызывают устойчивость к антиандрогенной и таксановой терапии. В частности примерами таких являются EZH2 и SOX2, которые участвуют в эпигенетическом перепрограммировании.

Обнаружение AR-V7 в циркулирующих опухолевых клетках, цельной крови и внеклеточных везикулах поможет выбрать пациентов, которые не будут реагировать на антиандрогенную терапию и которым могут быть полезны другие варианты терапии, принимая во внимание процесс перестройки клеток при рассмотрении того, какой терапевтический вариант использовать.

[albert52]

Продолжим.

Распределение нуклеосом вдоль генома определяет доступность факторов транскрипции (ТФ) для конкретных последовательностей ДНК. Хотя большинство ТФ не могут получить доступ к закрытым структурам хроматина, новый класс ТФ, определенных как факторы-пионеры, может распознавать свою целевую последовательность ДНК даже внутри компактного хроматина. Однако пионерные факторы не имеют неограниченного доступа к хроматину; они проявляют характерные для клеточного типа паттерны связывания и исключены из структур хроматина более высокого порядка, таких как гетерохроматин.

Параллельно с факторами-первопроходцами архитектурные белки представляют собой другой класс белков, которые, несмотря на отсутствие внутренней транскрипционной активности, способны модулировать транскрипцию своих генов-мишеней, изменяя структуру хроматина в областях промотора и / или энхансера.

Архитектурные белки обеспечивают плотность нуклеосом для контроля транскрипции. Длина нуклеосомного повтора (NRL) - это параметр, который описывает важный аспект структуры хроматина: плотность нуклеосом. NRL определяется как среднее расстояние между двумя центрами нуклеосом. Хотя NRL различается в разных тканях, кажется, что каждый тип клеток имеет свою собственную сигнатуру NRL.
Линкер гистон H1 влияет на NRL, изменяя плотность нуклеосом и / или расстояние между нуклеосомами, таким образом мотивы для TF маскируются или выставляются, позволяя другим TF получить доступ к открытым регуляторным элементам для активации генов, связанных с раком.

Сами раковые клетки часто лишены сигналов терминальной дифференцировки, указывая тем самым, что специфичные для клонов клеточные программы подавляются. Плохо дифференцированные раковые клетки демонстрируют повышенную экспрессию факторов, связанных с плюрипотентностью. Наиболее хорошо изученными факторами плюрипотентности являются POU5F1 (гомеобокс 1 POU класса 5, также известный как OCT4), SOX2, KLF4 (фактор Крюппеля 4) и MYC; все четыре вместе, известные как OSKM, способны репрограммировать дифференцированные клетки в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК). При этом POU5F1, SOX2 и KLF4, но не MyC (OSK), имеют доступ к закрытым сайтам хроматина и могут действовать как пионерные факторы.

OSK-активность опосредуется узнаванием их мотивов-мишеней, которые представлены на поверхности нуклеосомы. Факторы OSK индуцируют H3K4me1 / 2 на целевых энхансерах и H3K4me2 / 3 в сайтах начала транскрипции (TSS). Однако репрограммирование энхансеров iPSC (induzierte pluripotente Stammzelle) требует связывания более чем одного из факторов OSKM, указывая тем самым, что они нуждаются в кооперативном действии, чтобы индуцировать стабильное открытие хроматина.

Пионерские факторы и архитектурные белки опосредуют открытую структуру хроматина в регуляторных элементах генов, которые важны во время эмбриогенеза. Если злокачественная трансформация также требует повторной экспрессии этих основных эмбриональных регуляторов, что отличает раковые клетки от эмбриональных клеток, что приводит к признакам рака?

Локальные гистоны подвергаются метилированию по различным остаткам лизина, что влияет на доступность нуклеосом для факторов транскрипции. Существуют три формы метилирования лизина: моно-, ди- и триметилирование. Метилированные формы гистона 3, лизина 4 (H3K4me1, me2, me3) коррелируют с активацией транскрипции. В частности, H3K4me3 тесно связан с активными промоторами генов, а H3K4me1 - с энхансерами генов, тогда как H3K4me2 присутствует как на промоторах, так и на энхансерах.

Различия между эмбриональными клетками и раковыми клетками могут заключаться в самой структуре хроматина: ESCs несут двухвалентные домены хроматина, которые содержат регуляторные элементы с активирующими (напр., H3K4me3) и репрессивными (напр., H3K27me3) модификациями гистонов. Раковые клетки обнаруживают трехкратное уменьшение бивалентных доменов гистонов с увеличением метилирования ДНК. Это метилирование, по-видимому, является сайт-специфичным. Примечательно, что гиперметилирование промоторных областей может стимулировать использование альтернативных промоторов, которые могут усиливать транскрипцию изоформ, связанных с раком.

Диметилирование активированного хроматина представляет собой мощный механизм репрессии генов. Фермент деметилирования гистонов, лизин-специфическая деметилаза 1 (LSD1), был идентифицирован как член транскрипционно-репрессивного комплекса, который блокирует например экспрессию нейрон-специфичных генов. Во время репрессии гена LSD1 рекрутируется репрессивным элементом 1 замалчивания транзакции (REST) ​​/ репрессивным комплексом coREST в целевой участок ДНК. Когда аминогруппа боковой цепи лизина становится моно- или диметилированной, LSD1 отменяет метилирование лизина посредством реакции окисления амина.

H3K4me3, с другой стороны, метаболизируется группой гистоновых деметилаз, которые содержат домен JmjC, который использует Fe (II) -содержащий белковый кофактор для удаления одной группы метилирования из H3K4me3. Образующийся H3K4me2 может быть далее диметилирован LSD1.

Было показано, что AR репрессирует определенные гены-мишени, в том числе сам себя, путем задействования LSD1-опосредованного диметилирования гистонов. Связанный с лигандом AR конгруирует с LSD1 на ARE-содержащем энхансерном элементе AR зависимого гена. Этот энхансер доставляет корепрессивный комплекс к промотору гена посредством образования петель ДНК. Таким образом активированная лигандом AR рекрутирует REST / coREST / LSD1-зависимый репрессивный комплекс на регулируемые AR энхансеры во время репрессии целевых генов.

Комплекс репрессии Polycomb 2 (PRC2), состоящий из основных субъединиц супрессора zeste 12 (SUZ12), развития эмбриональной эктодермы (EED) и EZH2, играет важную роль в поддержании идентичности эмбриональных стволовых клеток посредством эпигенетического молчания большой когорты онтогенетических регуляторов. EZH2 способствует репрессии транскрипции AR посредством катализа H3K27me3 и является маркером репрессии генов.

EZH2 также играет независимую от поликомб и метилирования роль в активации генов, одной из его мишеней является AR. EZH2 является одним из наиболее активированных генов при агрессивном РПЖ, и его экспрессия обратно коррелирует с клиническими исходами РПЖ.

Рецептор андрогенов (AR) является членом суперсемейства гормональных ядерных рецепторов. Несвязанный AR закреплен в цитоплазме с помощью белков теплового шока. После воздействия своего родственного лиганда андрогена AR, активируется, отделяется от белков теплового шока и перемещается в ядро, где связывается с хроматином в элементах андрогенного ответа (ARE), чтобы инициировать его транскрипционную программу. Эта гормонально-стимулированная передача сигналов AR важна для правильной дифференциации тканей и гомеостаза во время развития и функции простаты. Однако передача сигналов AR перехватывается в опухолях простаты, становясь конститутивной и превращаясь в двигатель постоянного прогрессирования рака.

AR наиболее известен как активатор транскрипции, а простатоспецифический антиген (PSA) (KLK3) является прототипом AR-индуцированного гена. AR задействует несколько коактиваторов и модификаторов хроматина, которые собраны в протранскрипционные комплексы. Эти комплексы способствуют привлечению РНК-полимеразы II к сайту начала транскрипции (TSS) генов-мишеней AR, которые определяются прямым связыванием AR с ARE на их регуляторных элементах.

Для рака простаты AR функционально напоминает MITF при меланоме - чем его больше, тем выраженее пролиферация, а инвазия тормозится. Здесь также можно использовать модель реостата, и есть кому в нем участвовать. Об этом поговорим попозже.

[albert52]

Продолжим.

Большинство ядерных рецепторов, включая AR, могут как репрессировать, так и активировать гены-мишени при помощи необходимых регуляторных кофакторов. Репрессия генов зависит от общих корепрессоров ядерных рецепторов, таких как корепрессор ядерного рецептора (NCoR) и его гомологичный медиатор подавления ретиноидов и тироидных рецепторов (SMRT).

NCoR и SMRT структурно похожи; оба взаимодействуют с ядерными рецепторами через C-концевые домены, в то время как их N-концевые домены рекрутируют гистоновые деацети -лазы либо посредством прямого связывания с гистондеацетилазой 3 (HDAC3), HDAC4 и HDAC5, либо косвенного взаимодействия с HDAC1 и HDAC2 через адаптерный белок Sin3. Незанятые HDACs являются ферментативно неактивными и требуют стимуляции белок-белковым взаимодействием с кофакторами.

И SMRT, и NCoR несут консервативную N-концевую последовательность, известную как активирующий домен деацетилата (DAD), который взаимодействует с HDAC, стабилизируя их ферментативно активную форму. Затем активированные HDAC удаляют нейтральные ацилы из аминогрупп лизиновых остатков гистонов 3 и 4, вызывая на них положительный заряд. Это увеличивает сцепление гистонов с отрицательно заряженной ДНК и, таким образом, способствует плотному сжатию хроматина, что ограничивает доступность ДНК для транскрипции генов.

SMRT также опосредует репрессию транскрипции генов-мишеней AR посредством рекрутирования HDAC. Сам AR непосредственно связывается с цитоплазматическим HDAC7 и транспортирует его в ядра, при этом HDAC7 способствует управляемой AR репрессии целевого гена.

И, наоборот, ацетилтрансферазы гистонов (HAT) катализируют ацетилирование остатков лизина на хвостах гистонов, тем самым нейтрализуя положительный заряд на лизине и уменьшая электростатическое сродство между гистонами и отрицательно заряженной ДНК. Гены, расположенные рядом с ацетилированными гистонами, следовательно, имеют тенденцию к высокой экспрессии, поскольку они более доступны для аппарата транскрипции.

Можно спросить, когда AR активирует, и когда репрессирует гены-мишени. Естественно AR активирует гены, обеспечивающие функционирование простаты как секреторного органа и делает это, когда необходимо, например, во время полового созревания или при активной половой жизни. Так как AR обычно активирует гены-мишени через дистальные энхансеры, и, чтобы достичь промотора гена нужна петля ДНК, то при достаточной активации рецепторов на ДНК появляется вполне приличная рябь. При этом открываются для транскрипции обширные участки ДНК, в том числе и к генам, транскрипция которых нежелательна. Вот здесь и пригождаются все те репрессорные комплексы, о которых я писал выше.

При раке простаты работа репрессорных комплексов нарушается и могут активироваться непрофильные гены, в том числе и пронейрональные, вызывая нейроэндокринный рак. В отличие от CRPC с интенсивной, хотя и не лигандной активностью AR, для нейроэндокринного рака AR уже не требуется.

Опухоли, расположенные в передней доле, имеют тенденцию иметь более низкую глобальную передачу сигналов AR, что ведет к различиям в молекулярных подтипах AR, размере опухолей и PSA. Интересно, что афроамериканские мужчины с агрессивным РПЖ в основном SPINK1-положительного подтипа демонстрируют более высокую склонность к опухолям, локализованным в передней части, по сравнению с мужчинами европеоидной расы с подобными клинико-патологическими признаками.

Сверхэкспрессия SPINK1 (сериновая пептидаза ингибитора Kazal типа 1) представляет собой существенную ~ 10-25% от общего количества случаев РПЖА исключительно в типе ETS - отрицательного слияния. Экспрессия SPINK1 также положительно коррелирует с EZH2, членом репрессивного комплекса Polycomb 2, который, как известно, индуцирует плюрипотентность и стволовость.

SPINK1 способствуетет эпителиально-мезенхимальному переходу, стволовости и клеточной пластичности. При нормальном физиологическом состоянии, SPINK1 ингибирует преждевременную активацию панкреатических протеаз, но SPINK1 также действует как аутокринный / паракринный фактор и передает онкогенные черты через передачу сигнала EGFR.

Анализ обогащения ДНК-связывающих мотивов гипердоступных областей выявил мотивы обогащения пронейральных ТФ и ТФ гомеодомена Nkx, что, вероятно, является критическим для трансформации в NE-фенотип в разных типах тканей. В свою очередь области хроматина для связывания ТФ семейства p53 (p53, p63 и p73) и TF семейства ETS (ELF3, ELF5 и ERG) были менее доступны в NE-клетках по сравнению с нормальными эпителиальными клетками.

NEPC заболевание связано с низким уровнем сывороточного простатспецифического антигена (ПСА) и прогрессированием до висцеральных метастазов, в отличие от костных метастазов, клинически проявляющихся при традиционной аденокарциноме простаты.

Отсутствие онкобелка ERG в фокусах NE пациентов, несущих слияние TMPRSS2-ERG , подтверждает потерю передачи сигналов андрогенов у этих пациентов . Устранение передачи сигналов андрогенов участвует в повышении регуляции нескольких маркеров EMT, фенотипа, часто связанного с метастазами PCa. Далее, была установлена ​​двунаправленная петля отрицательной обратной связи между AR и ZEB1, которая управляет EMT и сходными со стволовыми клетками особенностями при депривации андрогенов.

Нацеливание на передачу сигналов андрогенов (антиандрогены) и микротрубочек (таксановая химиотерапия) дает преимущества в плане выживаемости для пациентов с метастатическим CRPC (mCRPC), но развивается терапевтическая резистентность, приводящая к летальному исходу. Эта устойчивость возникает в результате пристрастия клеток CRPC к передаче сигналов AR и конститутивной активации вариантов сплайсинга AR.
Химиотерапия таксаном, помимо нацеливания на целостность и стабилизацию микротрубочек, оказывает противоопухолевое действие, нарушая транспорт AR по микротрубочкам, что приводит к цитоплазматической секвестрации AR и ингибированию активности AR в клинических условиях.

Инактивация RB1 и / или TP53 ведет к усилению регуляции ДНК-метилтрансферазы (DNMT) члена семейства DNMT1. По сравнению с аденокарциномой, DNMT1 избыточно экспрессируется в NEPC. Функционально системы метилирования ДНК связаны с активностью белков группы Polycomb (PcG), а именно EZH2, которые служат платформой для рекрутирования DNMTs. Экспрессия как EZH2 и DNMT1 тесно связана с повторной активацией программ транскрипции стволовых клеток в NEPC опухолей.

Помимо потери функции RB1 и / или TP53 , перепрограммирование нейроэндокринных клонов часто связано со сверхэкспрессией и / или амплификацией MYCN , который кодирует N-Myc. Функционально N-Myc зависит от семейства бромодомена и экстра-терминального домена (BET) эпигенетических ридеров, в частности BRD4, для облегчения экспрессии целевого гена. BRD4 распознает и связывает ацетилированные остатки лизина на гистоновых хвостах, что приводит к рекрутированию положительного фактора элонгации транскрипции b (P-TEFb), который, в свою очередь, фосфорилирует РНК-полимеразу II для активации транскрипции гена.

Таким образом, BRD4 поддерживает транскрипцию основных генов стволовых клеток, таких как OCT4 и NANOG, а также набор генов нейрональных клонов, по крайней мере, частично за счет взаимодействия с белками Myc. Так, при мелкоклеточном раке легкого BRD4 активирует экспрессию транскрипционного фактора ASCL1, определяющего клоны нейронов, делая эти опухоли чрезвычайно чувствительными к ингибированию BET.