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.

Два фенотипа для геномной нестабильности являются общепринятыми при РЖ: фенотип, ассоциированный с микросателлитной нестабильностью (МSI), и фенотип, связанный с хромосомной нестабильностью (ХН). Эти фенотипы не являются независимыми и в некоторых случаях могут накладываться друг на друга.

Анеуплоидия ДНК наблюдалась уже во внутрислизистых GC диаметром менее 5 мм, а также в ранних GC. Сходным образом, изменения числа копий были обнаружены в предшественниках GC, a MSI был идентифицирован при кишечной метаплазии, аденоме желудка и ранней GC.

MSI ( микросателлитная нестабильность ) выявляется до 44% случаев при раке желудка, чаще при кишечной форме и связана с гиперметилированием. Наиболее ее заметным эффектом является мутация рецептора TGF-β ( трансформирующего фактора роста ), снижающая его росттормозящие и проапоптические эффекты. Впрочем, на поздних стадиях он вносит существенный вклад в формирование инвазивного фенотипа.

CIMP ( фенотип метилирования островков CpG c глобальным гиперметилированием генома, приводящий к отключению генов-супрессоров опухоли ) присутствует в 15% кишечной метаплазии и 50% аденом. Вообще, метилирование CpG островков может считаться третьим молекулярным фенотипом РЖ, 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.

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. Потеря или существенное снижение экспрессии RUNX3 протеина при РЖ значимо ассоциировано с низкой выживаемостью.

При раке желудка гиперактивированы онкогены EGF, Erb-B2, Erb-В3. Все 3 онкогена – эпидермальные факторы роста – полипептиды, функционирующие как сигналы, стимулирующие пролиферацию опухолевых клеток. 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.

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

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.

Мутация супрессорных генов Р53, МСС, 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.

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. 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.

Перед тем, как двигаться дальше, изложу расширенную версию рака толстой кишки (впрочем, всего все равно не охватить).

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 (белые), бокаловидным клеткам (коричневые) и энтерохромаффиноцитам (фиолетовые), 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 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% располагаются в восходящей и поперечной ободочной кишке, могут носить множественный характер и не имеют 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.

Гистологически SSA/P характеризуется распространением зубчатости на всю глубину крипт вплоть до базальных отделов и деформацией крипт с появлением признаков патологи -ческого ветвления, расширения базальных отделов, горизонтального роста вдоль мышечной пластинки с образованием расширений в виде буквы L или перевернутой буквы Т. Зубчатость, как и в гиперпластических полипах, обусловлена выбуханием апикальной части цитоплазмы в просвет крипты. 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.
Частота встречаемости SSA/P составляет 2—5% колоректальных полипов и 15—25% всех зубчатых образований. Любой полип, располагающийся проксимальнее селезеночного изгиба и имеющий размер более 1 см, рекомендуется расценивать как SSA/P.

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 также присуща специфическая мутация — гиперметилирование гена «починки» ДНК MGMT (O6-methylguanine-DNA methyltransferase, метилгуанин-ДНК метилтрансферазы). 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 примерно треть всех случаев рака толстой кишки берут свое начало из таких зубчатых аденом.

Продолжим.

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 активируют 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.

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 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, 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 пути АРС/Р-катенина.

Общая доля опухолей толстой кишки, возникших по данному механизму, составляет примерно 60 %. Этот путь характерен и для случаев с наследственным КРР и наследственным аденоматозным полипозом.
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».

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. Следует отметить, что мутации в генах KRAS и BRAF являются взаимоисключающими.

Карциномы толстой кишки с мутацией BRAF имеют худший прогноз, чем Kras-мутантные, а колоректальные карциномы, развившиеся по зубчатому пути, требуют особого режима химиотерапии.

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.

Канцерогенные свойства определенных внешних факторов могут быть связаны исключительно с индукцией ими локального повреждения тканей и активации восстановления клеток, тем самым ускоряя клеточную пролиферацию, которая способствует трансформации клеток (см. выше). В этой модели риск рака органов определяется сочетанием факторов: врожденной пролиферативной способностью популяции стволовых клеток, инцидента локального повреждения тканей, вызывающего клеточную пролиферацию, и восприимчивости этих клеток к мутациям, которые могут трансформировать их в рак.

Как и нормальные стволовые клетки, раковые 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 теориями 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. 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.

РНК-связывающий белок Msi-1 был первой молекулой, обнаруженной в предполагаемых кишечных стволовых клетках. Показано, что Msi-1 подавляет экспрессию генов, специфичных для клеток Панета, в кишечных стволовых клетках, причем его сигнальный путь отличен от Wnt и Notch – главных путей, участвующих в дифференцировке клеток Панета. Эти данные указывают на то, что роль Msi-1 может заключаться в поддержании кишечных стволовых клеток в недифференцированном состоянии.

В 1990 г. в Y-хромосоме впервые был обнаружен фактор, детерминирующий развитие яичка у млекопитающих. Ген Sry, кодирующий данный фактор, содержит домен HMG (high-mobility group), который обеспечивает точное узнавание и связывание ДНК. Белки, содержащие HMG-домен, с аминокислотной последовательностью, повторяющей как минимум на 50 % последовательность HMG гена Sry, называют Sox-белки. Функции этих белков разнообразны: включают регуляцию эмбрионального развития и поддержание гомеостаза стволовых клеток во взрослом состоянии.

Sox2 играет ключевую роль в поддержании пула стволовых клеток 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 толстой кишки).

Подавление транскрипции Sox2 приводит к достоверному снижению активности белка MMP2 (матриксная металлопротеиназа 2) 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.

Альдегиддегидрогеназа 1 (aldehyde dehydrogenase 1, ALDH1) – детоксифицирующий фермент, который окисляет внутриклеточные альдегиды и превращает ретинол в модулятор пролиферации – ретиноевую кислоту. Гиперэкспрессия ALDH1 обеспечивает устойчивость к алкилирующим агентам и защиту стволовых клеток от окислительного стресса, способствуя увеличению их существования. Наблюдалась корреляция между высоким уровнем экспрессии изоформы ALDH1 и н***агоприятным прогнозом.

CD24 – маленькая, сильно гликозилированная муциноподобная адгезивная молекула, состоящая из 27 аминокислот. Она заякоривается на клеточной мембране и в норме экспрессируется в развивающейся поджелудочной железе и мозге, пре-B-лимфоцитах, регенерирующей мышце, нормальных кератиноцитах и почечных канальцах. CD24 экспрессируется большим количеством злокачественных солидных опухолей, в том числе клетками рака толстой кишки. Есть данные о повышенной экспрессии CD24 РНК при КРР в опухолевых клетках по сравнению со слабым уровнем в окружающей интактной слизистой оболочке.

Белок CD44 – член семейства трансмембранных белков, насчитывающий как минимум 20 вариантов, образующихся из одного гена в результате альтернативного сплайсинга и посттрансляционных модификаций. CD44 является адгезивным белком, который участвует во взаимодействиях клетка–клетка и клетка–межклеточный матрикс посредством своего лиганда – гиалуроновой кислоты.

CD44 считается маркером CSC некоторых солидных опухолей, в том числе молочной железы, поджелудочной железы, головы и шеи, гепатоцеллюлярного рака печени, немелкоклеточного рака легкого и КРР. Установлено, что только CD44-положительные клетки способны запоминать морфологические и фенотипические свойства опухоли, из которых они были выделены.

CD44 необходим для поддержания «стволовости» колоректальных CSC. Маленькие кластеры инвазивных клеток в аденокарциномах часто активно экпрессируют CD44, что свидетельствует об их недифференцированном состоянии.

Вернемся к молекулярной биологии клетки. TOR - это внутриклеточный белок, на котором сходятся многие сигнальные пути от рецепторов, расположенных на поверхности клетки. Молекулярный комплекс mTOR называется мишенью рапамицина у млекопитающих и относится к протеинкиназам. В клетке он существует как субъединица внутриклеточных мультимолекулярных сигнальных комплексов mTORC1 и mTORC2.

Эта система работает в ответ на появление питательных веществ, ростовых факторов, цитокинов и прочих важных для клеток молекул и в ответ на все это регулирует размножение клетки, ее форму, движение, выживание, синтез белков и другие функции. Нарушение регуляции mTOR приводит к развитию различных заболеваний, в том числе и различных типов рака.

Подавление сигнального пути mTORC1 приводит к активации регуляторных белков СКН-1 и DAF-16; эти белки контролируют экспрессию генов, защищающих от метаболического и протеотоксического стресса, а также от стресса, вызванного воздействием факторов окружающей среды. Вообще в целом существует гомеостатическая связь между синтезом белков и защитой от стресса: если синтез белков снижается, защита от стресса усиливается.

Опосредованный TOR механизм известен как своего рода «топливный датчик», реагирующий на доступность питательных веществ изменением эффективности синтеза белков. В частности TOR регулирует ответ клетки на наличие или отсутствие аминокислот — одного из важных компонентов нашей пищи. Питательные вещества передают сигнал mTORC1 через ассоциированные с лизосомами Rag GTPases и их многочисленные регуляторы, а также цитозольные и лизосомальные сенсоры питательных веществ.

Многие из негативных эффектов, ассоциируемых со старением, являются результатом избыточных клеточных функций. Другими словами, наши клетки и наши внутренние системы работают слишком хорошо. Или слишком интенсивно. Очевидным примером этого является рак: вместо того чтобы умереть, раковые клетки растут и делятся до бесконечности – благодаря гиперактивированным путям TOR.

Также многие аспекты старения вызываются не ослаблением, а неконтролируемой активностью клеточных функций. «Мы запрограммированы на то, чтобы функционировать на максимальных уровнях, поскольку это дает массу преимуществ в начале жизни. После того как рост завершен, "автомобиль" покидает автостраду и заезжает на парковку, где ему следует плавно притормозить и остановиться. Однако этого не происходит – он продолжает носиться по парковке со скоростью 100 км/ч и в результате разрушает сам себя. Старение не запрограммировано, это лишь "квази-программа": бесполезное продолжение программы развития.

В прошлом это не имело большого значения, поскольку подавляющее большинство людей умирали в возрасте до 50 лет, не доезжая до «парковки». Теперь до нее добираются очень многие, и гиперфункция становится реальной проблемой. Именно из-за гиперфункции у 25 % женщин старше 70 лет развивается рак молочной железы (по сравнению всего с 2 % у женщин младше 40 лет). Именно из-за гиперфункции у женщин старше 50 продолжают накапливаться жировые отложения, предназначенные для вынашивания и кормления детей, которых немолодые женщины больше не могут иметь.

И именно из-за гиперфункции у мужчин в пожилом возрасте продолжает расти предстательная железа, что является главной причиной трудностей с мочеиспусканием и рака простаты. Именно из-за гиперфункции с возрастом волосы начинают расти у нас в ушах, а не на голове. И именно из-за гиперфункции на клеточном уровне наши клетки продолжают расти, стареть и отравлять все вокруг себя.

Продукты питания имеют разное влияние на активность mTOR. Есть нейтральные продукты, которые стимулируют mTOR пропорционально числу калорий, а есть «быстрые» продукты, которые стимулирую mTOR намного сильнее. Постоянно увеличивающееся сигнализирование mTORС1 признано основной движущей силой развития mTORС1-зависимых болезней цивилизации. Клетка реагирует на многие стимулы (факторы роста, питательные вещества, гормоны и др.), в итоге активируется ферментный комплекс mTOR.
Основные пути активации (не все!).
1. Гормоны и факторы роста: тестостерон, орексин, инсулин, ИФР-1 (IGF-1 – инсулиновый фактор роста) и др.
2. Нутриенты (пищевые элементы) и режим питания: общая калорийность, частота приемов пищи, углеводная нагрузка, сахар, аминокислоты (БЦАА и метионин). Коровье молоко - это чрезвычайно мощная эволюционная программа быстрого роста, которая может перманентно индуцировать чрезмерную стимуляцию mTORC1 у людей, употр***яющих молоко.
3. Физические упражнения. mTOR активируется в мозгe, мышцах и сердце, ингибируется в печени и жировых клетках, что несет пользу для организма.
4. Воспаление (избыток омега-6 жирных кислот, нарушенная микрофлора и др.)
5. Определенные вещества, например фосфорная кислота.

Быстрые продукты содержат нутриенты, которые максимально сильно стимулируют mTOR pазными механизмами: через глюкозу, через ИФР-1, через режим кормления (Чем чаще ест, тем сильнее вырабатывается ИФР-1 даже при одинаковом числе калорий), через действие лейцина и множеством других механизмов. Классическим быстрым продуктом является молоко и продукты из него (сыр, творог, сухое молоко и др.).

Самая быстрая аминокислота – лейцин. Лейцин (сокр. Leu или L; 2-амино-4-метилпентановая кислота; от греч. leukos — «белый»), входит в состав всех природных белков. Лейцин является одной из незаменимых аминокислот, которая не синтезируется клетками организма, поэтому поступает в организм исключительно в составе белков натуральной пищи. Его можно найти в молочных продуктах, мясе, пшенице, бобовых, орехах, коричневом рисе и продуктах из цельного зерна. Лейцин составляет около восьми процентов всех аминокислот в организме и это четвертая аминокислота по концентрации в мышечных тканях.

Лейцин обладает уникальным свойством напрямую стимулировать активность mTOR. Кроме того, лейцин стимулирует выделение инсулина и ИФР-1, которые также стимулируют mTOR. mTOR весьма чувствителен к концентрации лейцина, который оказывает приблизительно в 10 раз большее влияние на образование новых белков, чем любая другая аминокислота!

Продолжим.

Как mTORC1, так и mTORC2 содержат несколько общих компонентов: киназу mTOR, которая действует как центральный каталитический компонент, каркасный белок mLST8, регуляторная субъединица mTOR DEPTOR и комплекс Tti1 / Tel2, который важен для сборки и стабильности комплекса mTOR.

Кроме того, каждый комплекс содержит отдельные субъединицы, которые способствуют субстратной специфичности, субклеточной локализации и сложной специфической регуляции. mTORC1 определяется его ассоциацией с Raptor, каркасным белком, важным для сборки, стабильности, субстратной специфичности и регуляции mTORC1, и PRAS40, фактором, который блокирует активность mTORC1 до тех пор, пока передача сигналов рецептора фактора роста не снимет опосредованное PRAS40 ингибирование mTORC1.

Недавно обнаруженная структура mTORC1 показывает, что он действует как димер в форме ромба, причем киназные домены находятся в непосредственной близости друг от друга в центре структуры, а Raptor и mLST8 связываются на периферии.

mTORC2 также разделяет киназу mTOR, mLST8, Tti / Tel2 и DEPTOR, но содержит уникальные компоненты Rictor и mSin1. Рапамицин является известным аллостерическим ингибитором mTORC1, тогда как ингибиторы киназы TOR (TOR-KI) подавляют активность обоих комплексов. mSin1 является ключевым негативным регулятором активности киназы mTORC2 до тех пор, пока передача сигналов, производных от рецептора фактора роста через фосфатидилинозитол-3-киназу (PI3K), не привлекает mSin1 / mTORC2 к плазматической мембране, где опосредованное Sin1 ингибирование mTORC2 не снимается.

Активный mTORC2 тесно связан с плазматической мембраной и был обнаружен в связи с рибосомными мембранами, где он может взаимодействовать со своими ключевыми субстратами, киназами AGC, включая AKT1-3, serum-glukokortikoid-regulierte kinase или serine/threonine-protein kinase (SGK), и члены семейства протеинкиназы C (PKC). Напротив, mTORC1, по-видимому, связан с эндосомными и лизосомальными мембранами, где он взаимодействует со своими эффекторами 4EBP1 и S6K1.

Некоторые стимулы передают сигнал через комплекс туберозного склероза (TSC; включая TSC1 и TSC2). TSC представляет собой GTPase-активирующий белок (GAP) для небольшой протеaзы RHEB (Ras homolog enriched in brain) и отрицательно регулирует mTORC1, способствуя гидролизу RHEB_GTP, превращая RHEB в его неактивное состояние.

Прямые доказательства активности mTORC1 в канцерогенезе исходят от туберозного склероза, заболевания, вызванного потерей TSC1 или TSC2, что приводит к гиперактивации mTORC1 и приводит к широко распространенному, но доброкачественному образованию опухоли. Ограниченное прогрессирование этих опухолей может быть связано с опосредованной mTORC1 отрицательной обратной связью по субстрату рецептора инсулина (IRS) -1, сильно подавляющей передачу сигналов PI3K ниже большинства рецепторных тирозинкиназ (RTK).

mTORC1 является основным регулятором рибосомного биогенеза и синтеза белка посредством фосфорилирования и активации S6K, а также фосфорилирования и инактивации репрессоров трансляции мРНК 4EBP1. Впрочем S6K1 (фосфорилирует S6 -рибосомный белок 40S S6, усиливая трансляцию мРНК ) также может активироваться TOR-нечувствительными сигнальными путями, такими как PDK1, MAPK и SAPK (стресс-активируемая протеинкиназа), но все три сайта фосфорилирования могут блокироваться ингибиторами mTOR.

Имеются данные о том, что mTORC1 регулирует аэробный гликолиз за счет увеличения трансляции фактора, индуцируемого гипоксией (HIF -1α), фактора транскрипции, который управляет экспрессией нескольких гликолитических ферментов. Шунтирование промежуточных продуктов гликолиза в синтез нуклеотидов также частично контролируется mTORC1. mTORC1-обусловленное фосфорилирование S6K1 стимулирует синтез пурина и пиримидина, который необходим для раковых клеток , чтобы быстро дублировать их ДНК.

mTORC1 активирует синтез липидов из промежуточных продуктов гликолиза посредством фосфорилирования Lipin1 и S6K1, таким образом активируя фактор связывания регуляторного элемента транскрипции (SREBP -1), управляя транскрипцией генов, участвующих в липогенезе. Потеря mTORC1-опосредованной активации SREBP1 в клетках рака молочной железы блокирует липогенез, препятствуя пролиферации клеток и росту опухоли.

mTORC1 также негативно регулирует лизосомную деградацию внеклеточного белка, поглощаемого макропиноцитозом, и косвенно регулирует аутофагию, контролируя биогенез лизосом посредством фосфорилирования фактора транскрипции EB (TFEB), который управляет транскрипцией нескольких генов, специфичных для лизосом и аутофагии. mTORC1 и TFEB совместно локализуются на лизосомной мембране, где mTORC1-обеспечиваемое фосфорилирование способствует цитоплазматической секвестрации TFEB.

Вставка 6

У эукариотических клетках лизосомы являются пищеварительными центрами, где биологические макромолекулы разрушаются в результате фагоцитоза и аутофагии, тем самым поддерживая способность клеток к самообновлению и снабжение энергией. Лизосомы также служат в качестве сигнальных узлов для мониторинга внутриклеточных уровней питательных веществ и энергии, выступая в качестве платформ для сборки множества сигнальных путей, таких как мишень рапамицина 1 (mTORC1) у млекопитающих и активирующую AMP киназу (AMPK). Лизосомная дисфункция связана с различными заболеваниями человека.

Лизосомы представляют собой однослойные мембранные органеллы, окруженные липидной мембраной толщиной 7–10 нм. Лизосомная мембрана состоит как из первичных лизосом, секретируемых Гольджи, так и из везикул плазматической мембраны и эндоцитарного пути. Недавно синтезированные белки, нацеленные на лизосомы, могут транспортироваться либо непосредственно в лизосомы через сеть транс-Гольджи или косвенно попадает в просвет путем эндоцитоза.

H + -ATPase мембранного вакуолярного типа (V-ATPase) является отличительной характеристикой лизосом и может непрерывно перекачивать H + в лизосомы для поддержания кислой среды. LAMP ( лизосом-ассоциированные мембранные белки ) составляют 80% белков лизосомальной мембраны, защищая лизосомальную мембрану от кислотного переваривания через их сильно гликозилированные внутриполостные части. Лизосомные транспортеры необходимы для транспортировки конечных продуктов в цитоплазму для дальнейшего метаболического использования .

В условиях обогащения питательными веществами Rag GTPases, гетеродимеры, образованные RagA/B и RagC/D, активируются и привязываются к лизосомной мембране, дополнительно рекрутируя mTORC1. Rag GTPases могут активироваться Ragulator и ингибироваться комплексом GATOR1. Ragulator - это каркасный белок; белковые каркасы в клетке включают в себя самые разнообразные наборы ферментов, взаимодействие которых необходимо для функционирования клетки. Ragulator активируется SLC38A ( предполагаемым натрий-зависимым аминокислотно / протонным антипортером ) и лизосомальной V-АТФазой, которые в свою очередь стимулируются аргинином и лейцином соответственно в просвете лизосом, в то время как комплекс GATOR1 ингибируется GATOR2, который стимулируется аминокислотами в цитоплазме (комплексы GATOR1 и 2(Gap Activity TOward Rags) участвуют в восприятии аминокислот). Затем mTORC1 активируется GTPases Rheb, стимулированной GF (фактором роста ) посредством ингибирования TSC.

При дефиците глюкозы каркасный белок аксин вызывает диссоциацию и инактивацию mTORC1 посредством ингибирования Ragulator. Кроме того, аксин рекрутирует AMPK, взаимодействуя с LKB1, и вызывает активацию AMPK, образуя комплексы с V-ATPase и Ragulator.

Аутофагия характеризуется везикулами, поглощающими цитоплазматические белки или органеллы и последующим слиянием с лизосомами для деградации содержимого, что важно для внутриклеточного метаболического гомеостаза и обновления определенных органелл. Как правило, аутофагия подразделяется на макроаутофагию, микроаутофагию и шаперон-опосредованную аутофагию (CMA).

В отличие от макроаутофагии, которая называется генерализованной аутофагией, аутофагосомы не образуются во время микроаутофагии; вместо этого лизосома непосредственно поглощает микроаутофаги через углубление, выпуклость или разделение лизосомных мембран. При CMA шаперон связывается и транспортирует целевой белок в лизосомы для деградации. Белок теплового шока (Hsp70), молекулярный шаперон, который играет критическую роль в CMA, способен узнавать и связывать субстраты для деградации лизосом.

Кроме того, Hsp70 способствует мультимеризации LAMP типа 2a, лизосомального рецептора, участвующего в CMA, с образованием комплекса транслокации, в котором дополнительно формируется канал транслокации, через который разрешается проходить только развернутым субстратам. Точно так же в CMA требуются другие молекулярные шапероны, в том числе Hsp90, который регулирует стабилизацию транслокационного комплекса, Hsp40, Hsp70-взаимодействующий белок (Hip) и Hsp70-Hsp90-организующий белок (Hop), который облегчает процесс транслокации.

Лизосомный контроль качества (LQC) включает лизосомную репарацию, лизофагию и лизосомную регенерацию и быстро запускается в ответ на повреждение лизосом для поддержания структурной целостности лизосом и функционального гомеостаза. Поврежденную лизосомную мембрану можно восстановить с помощью Hsp70 и ESCRT. При лизофагии поврежденные лизосомы в конечном итоге транспортируются в нормальные лизосомы для деградации через фагосомы, образованные фагофорами. Ингибирование mTORC1 за счет потери лизосом может позволить TFEB связываться с CLEAR и способствовать образованию лизосом.

Эндосомальные сортировки комплексов, необходимые для транспортировки (ESCRT), имеют решающее значение для ремонта поврежденных лизосомальных мембран. ESCRT - это высококонсервативная транспортная система, запрограммированная на транспортировку убиквитинированных белков в лизосомы. ESCRTs могут восстанавливать небольшие перфорации в лизосомальной мембране на ранней стадии лизосомного повреждения и рекрутируются всего за несколько минут.

Подобно селективной аутофагии, убиквитинирование поврежденных лизосом является основным фактором, управляющим и модулирующим лизофагию.

В физиологических условиях количество лизосом постоянно поддерживается за счет динамического гомеостаза, сбалансированного между образованием и деградацией. Промоторные области многих лизосомных генов содержат один или несколько повторов мотива из 10 пар оснований (GTCACGTGAC), известных для координации лизосомальной экспрессии и регуляции (CLEAR) элементов. TFEB, член семейства MiT / TFE, напрямую связывается с элементом CLEAR и дополнительно способствует обновлению лизосом. Вообще, TFEB вносит вклад в уровни экспрессии большого количества генов, участвующих в лизосомной функции, включая экзоцитоз, фагоцитоз, эндоцитоз и аутофагию.

Ингибирование mTOR делает возможным дефосфорилирование и транслокацию TFEB, что затем увеличивает экспрессию генов, кодирующих лизосомные белки, такие как V-ATPases, лизосомные трансмембранные белки и гидролазы.

В настоящее время широко признаны два основных пути, опосредующих
апоптоз, а именно экзогенный апоптоз через рецепторы смерти на поверхности клеток и внутренний апоптоз, зависящий от вовлечения митохондрий. Лизосомное повреждение запускает апоптоз по эндогенному пути, при этом утечка лизосомальных ферментов из поврежденных лизосом имеет решающее значение для апоптоза в митохондриально-зависимом пути. Интересно, что высвобождение H2O2 из поврежденных митохондрий также объясняет фрагментацию лизосомных мембран. Кроме того, катепсины лизосом способны расщеплять Bcl-2, тем самым приводя к ускорению апоптоза.

Лизосома является одним из основных мест хранения железа и важна для поддержания уровней внутриклеточных АФК и железа. При воздействии H2O2 свободное железо в лизосомах увеличивает производство ROS, которые затем могут высвобождаться через нестабильную лизосомную мембрану, чтобы запустить активацию путей гибели клеток. Большая часть железа находится в форме, подходящей для связывания с ферритином в цитоплазме, который может расщепляться путем лизосомальной аутофагии, вызывая высвобождение активного железа.

Общепринято, что лизосомы имеют решающее значение для инициации и рецессии воспалительных реакций. Так, при гиперурикемии мочевая кислота перенасыщается в моче и образует кристаллы мочевой кислоты, которые транспортируются в лизосомы за счет эндоцитоза эпителиальных клеток почечных канальцев, разрушая лизосомальную мембрану и вызывая разрыв лизосомы, в свою очередь, приводя к воспалению почек. Точно так же сосуществование лизосом и пищеварительных ферментов в ацинарных клетках поджелудочной железы считается ранним событием при остром панкреатите.

Из всех злокачественных опухолей наиболее показательной в отношении значения TOR пути является меланома. Меланома кожи является результатом неопластической трансформации меланоцитов – клеток, продуцирующих различные вариации пигмента меланина. Эти клетки происходят из меланобластов, судьбу которых сложно назвать предопределённой: данный элемент впоследствии может развиться в нейрон, лейомиоцит, а в случае высокого уровня меланоцит-глиального потенциала – и в компонент глии. После дифференцировки в меланоците выделяют тело (сому) и отростки, которые располагаются в базальном и шиповатом слоях эпидермиса соответственно .

Под действием меланоцитстимулирующих и адренокортикотропного гормонов, а также солнечного света в меланосомах синтезируется (эу)меланин (и феомеланин), функцией которого является защита ядерного аппарата клетки от повреждения УФ-излучением. Синтезированный меланин транспортируется в шиповатый слой эпидермиса по отросткам меланоцита, далее в кератиноциты эпидермиса, придавая коже загар . Спустя некоторое время данный полимер гидролизируется в лизосомах, а коже возвращается её привычный оттенок.

На сегодняшний день заболеваемость меланомой увеличивается во всех странах мира; медиана выживаемости при меланоме составляет не более 8-ми месяцев, а эффективность радикального хирургического лечения не превышает 5-6%. Средний возраст заболевших меланомой кожи составляет примерно 45 лет, однако за последние годы меланома стала всё чаще возникать у совсем молодых людей (15-25 лет). Эта опухоль встречается у мужчин и женщин, причём у женщин в 1,5-2 раза чаще. По статистике, на каждые 100.000 здоровых человек приходится 14 больных с меланомой.

Согласно статистике ВОЗ, чернокожие в 4 раза реже страдают от меланомы, чем европеоиды, то есть чем выше природное количество меланоцитов в коже, тем ниже риск возникновения меланомы, следовательно, низкий уровень пигментации является фактором риска. Другим фактором риска является наличие большого количества веснушек на коже, которые обусловлены скоплением пролиферирующих меланоцитов в базальном слое эпидермиса и эпителии наружных отделов волосяных фолликулов.

При меланоме наиболее заметным является МАРК (mitogen-activated protein kinase) кластер, к которому относятся внутриклеточные сигнальные пути самых разнообразных функций . Критерием для включения в МАРК-группу является наличие митоген-активируемых протеинкиназ в модуле, в котором, помимо киназ, содержатся протеинфосфатазы и белки-сборщики белковых вспомогательных комплексов (каркасные белки - см. выше).

Среди множества киназ, задействованных при передаче сигнала, в кластере МАРК существуют так называемые Raf-киназы. Raf- – это семейство серин-треонин зависимых протеинкиназ, название которых является акронимом от Rapidly Accelerated Fibrosarcoma. Из них наибольший интерес здесь представляет B-raf (BRAF), который кодируется одноименным геном; возникающая под действием чрезмерного УФ-облучения в данном гене V600 мутация, заключающаяся в замене валина на лейцин (V600L), лизин (V600K) или глутаминовую кислоту (V600E) в 600-ой позиции, служит стартером неопластической трансформации в меланоме кожи, а также является мишенью для действия лекарственных средств, объединенных в группу ингибиторов BRAF V600L. Это так называемые «-нибы»: иматиниб, сорафениб, вемурафениб и т.п.

При использовании этих лекарств надо помнить, что если при верифицированном мутированном BRAF-статусе пациента низкомолекулярные ингибиторы BRAF приводили к торможению развития меланомы, то потр***ение «-нибов» пациентами, мутации BRAF у которых вызывали сомнения либо отсутствовали, приводило к мутации другого каскада - RAS-RAF-MEK-ERK, патологически активируя его и инициируя неопластическую трансформацию. Впрочем при мутации V600E в любом случае происходит усиление сигналинга ERK в результате димеризации мутантной киназы (здесь помогает препарат вемурафениб (зелораф); в основе его действия лежит ингибирование димеризации BRAF).

В январе 2014 г. зарегистрирован новый таргетный препарат дабрафениб, который действует не только при замене V600E, но и при мутации V600K. К сожалению, практически у всех пациентов, ответивших на вемурафениб, с течением времени появляется устойчивость к терапии.

МЕК (mark-epk-kinase) также является серин-треониновой киназой МАРК-кластера и интегрирует сигналы от различных факторов роста с последующей активацией пролиферации. МЕК участвует в регуляции активности транскрипционных факторов (ТФ), таких как, например, C-myc. Белок Myc, кодируемый одноимённым геном и являющийся протоонкогеном, является не только «каноничным» примером ТФ, но и контролирует структуру хроматина, регулируя ацетилирование гистонов, что в свою очередь влияет на активность экспрессии генов. Мутантный ген Mус, находящийся в 8-ой хромосоме, обнаруживается во многих видах опухолей; классическим примером является транслокация t (8;14), приводящая к возникновению и развитию лимфомы Бёркитта .

N-RAS (Neuroblastoma-Ras) – ген, кодирующий одноименный белок, входящий в так называемое суперсемейство Ras – малых ГТФ-аз . Наряду с NRAS в данное семейство входят гены K-Ras, H-Ras (вызывающие неопластическую трансформацию при заражении вирусом саркомы Кристен и Харви соответственно) и др. На сегодняшний день функция NRAS определена как передача пролиферативных сигналов от рецепторов факторов роста. N-RAS, как и все суперсемейство, задействованы в сигнальном пути МАРК.

Последним рассматриваемым здесь звеном МАРК-каскада является ген c-KIT. Последним, но не по значению: мутации этого гена, являющегося протоонкогеном, белок которого является рецептором факторов роста стволовых клеток, выявляются в каждом третьем случае меланомы различных локализаций: как кожи, так и слизистых. Отметим, что Kit-мутация успешно ингибируется уже известными по таргетной терапии BRAF-положительных меланом «-нибами».

Следующим компонентом пролиферативных сигнальных путей, патологически активированных в клетках меланомы, является PI3K – фосфоинозитол-3-киназный путь, нередко обозначаемый в литературе как «сигнальный путь PI3K/AKT/mTOR», также активируемый белком Ras. Его активация наблюдается примерно в 40-70% случаев меланомы, и наиболее часто это происходит в результате нарушения функционирования каскада, регулируемого супрессором фосфатаз PTEN (phosphatase and tensin homolog).

Это каскад реакций, основные события которого разворачиваются вокруг следующих ферментов: фосфоинозитид-3-киназы (PI3K), семейства протеинкиназ В, компонентами которого являются серин-треонин киназы АКТ 1, 2, 3, и ещё одной серин-треонинспецифичной киназы, обозначаемой как mTOR. В контексте канцерогенеза в клетках меланомы кожи наибольший интерес представляют компоненты AKT и PTEN.

PTEN представляет собой фосфатазу липидов, ферментативная активность которой служит прежде всего для удаления фосфатных групп из PI3К/Akt. Это обычно ограничивает рост и продукцию сигналов выживания клеток. Утрата опухолью супрессорной активности PTEN, выявляемая в значительном числе меланом, ведет к инактивации супрессорных биохимических каскадов, постоянной активации противоапоптотической протеинкиназы В/Аkt и в итоге - к блокированию апоптоза и неконтролируемой пролиферации опухолевых клеток. Инактивация PTEN обнаруживается во многих опухолях, поскольку приводит к неконтролируемому делению с утратой дифференцировки, сбоям в метаболизме клетки и извращённому синтезу. Инактивирующие PTEN мутации обнаруживаются в 10-30% меланом.

Семейство АКТ представляет собой группу киназ, которые путём присоединения остатков фосфорной кислоты к различным белкам цитозоля контролируют их активность. Данное семейство выполняет как классические функции, например, регуляцию пролиферации, дифференцировку и изменение цитоскелета, так и щекотливые в контексте канцерогенеза функции ангионеогенеза, ухода от апоптоза и приобретения резистентности к цитостатикам.

В семейство АКТ входит 3 подвида протеинкиназ: АКТ-1, АКТ-2 и АКТ-3, являющихся продуктами соответствующих генов:
- Akt1 - α-серин/треониновая протеинкиназа – ингибирование апоптоза, биосинтез белка (в сторону «плюс-ткани», гипертрофия миоцитов и т.п.).
- Akt2 - ß -серин/треониновая протеинкиназа- участвует в метаболизме инсулина, индуцирует транспорт глюкозы, осуществляемый ГЛЮТ-4.
- Akt3 - γ- серин/треониновой-протеинкиназы – функция достоверно неизвестна.
Различные виды АКТ гиперэкспрессированы в 45-70% меланом.

Что касается mTOR (см. выше), то несмотря на то, что молекула TOR является неделимым производным двух её субъединиц, последние обладают совершенно разными полномочиями. Повреждение первого комплекса не несёт каких-либо катастрофических последствий для клетки, а нарушение TOR2 приведёт через несколько делений к так называемому «аресту» (прекращению) клеточного цикла на этапе фазы G2/M фазе . Если пострадают обе субъединицы, то клетка «замрёт» в фазе G0 в следующем поколении.

Следующим компонентом системы контроля клеточного цикла является система циклинзасимых киназ CDKN2A, CDK4 и CDK6. Мутации, делеции, гиперметилирование промотора являются нарушениями, обнаруживаемыми в 50% (CDKN2A) и 10-12% (CDK4) случаев меланомы, а наследуемые герминальные мутации в генах предрасположенности могут обусловливать возникновение семейной меланомы в 15% случаев.

CDKN2A (cyclin-dependent kinase Inhibitor 2A) – ген, локализованный в коротком плече 9 хромосомы и кодирующий два белка, которые являются онкосупрессорами: р14 и р16. При помощи данных белков регулируется активность, пожалуй, самого известного онкосупрессора р53 и белка ретинобластомы (RB). В случае мутации CDKN2A (дупликация кодона R112) оба продукта данного гена подвергаются поломке. Мутации данного гена обнаружены в 30-40% случаев меланом, особенно часто они встречаются в контексте семейной меланомы. Спорадические соматические мутации CDKN2A встречаются в 50% случаев меланомы кожи, реализуемой либо путём деактивации р16, либо путём метилирования промотора (10%). Белковый комплекс циклина-D и CDK4 регулирует экспрессию RB, влияющего на активность клеточного цикла и пролиферацию клеток.

CDK4 (сyclin-dependent kinase 4) – фермент, кодируемый одноимённым геном и являющийся частью семьи циклинзависимых киназ. Будучи звеном единой системы контроля клеточного цикла, CDK4, как и CDK6, связан с соответствующими протеинами и белком ретинобластомы. В контексте канцерогенеза данные элементы выступают в роли рычагов управления клеточным циклом, неконтролируемая активность которого может быть результатом тех или иных нарушений в управляющих ферментах.

Ингибиторы циклинзависимых киназ блокируют активность соответствующих ферментов как самостоятельно, так в комплексе «фермент+циклин»; действуют данные препараты, как правило, в фазе G1 клеточного цикла.

В ядрах клеток меланомы наблюдается гиперэкспрессия фактора транскрипции NF-κB, который участвует в передаче сигнала как в МАРК-, так и в PI3K-сигнальных каскадах . В цитоплазме нормальных клеток, находящихся в стационарном состоянии, белок NF-κB не присутствует в свободном виде. Он связан с ингибиторным белком I-κB. Но при стрессовых воздействиях или поступлении внешних сигналов белок IκB фосфорилируется и высвобождает NF-κB, который перемещается в ядро и запускает транскрипцию более 100 генов, производящих белки, необходимые для реакции на стресс и выживания клетки.
Освободившийся ингибиторный белок IκB подвергается убиквитинированию и последующей деградации в протеосомах. В клетках меланомы нарушена протеасомная функция, и это приводит к пролиферации клеток меланомы и ингибированию про-апоптотических реакций при химиотерапии.

В выживании клеток меланомы также участвует противоапоптотический путь, опосредованный белком Bcl-2. Повышенная экспрессия Bcl-2 вовлечена в выживание меланомных клеток и инвазию опухоли. Преклинические исследования показали, что гиперэкспрессия Bcl-2 связана с повышенной продукцией сосудистого эндотелиального фактора роста VEGF и ангиогенезом. Избыточная экспрессия Bcl-2 может обуславливать резистентность к цитотоксической химиотерапии.

Продолжим с меланомой.

Давно известно, что любое воспаление или систематическая травматизация могут приво -дить к запуску онкогенеза по схеме «воспаление - метаплазия – дисплазия – атипизм разной степени или разного уровня – полная потеря дифференцировки» и кожные новообразования – не исключение. Существуют ли абсолютно доброкачественные невусы – вопрос риторический, поскольку наличие скопления меланина на коже повышает риск его малигнизации уже по факту одного лишь существования. Наружная локализация, частое соприкосновение с предметами одежды и нижнего белья, подверженность влиянию солнечной радиации, всё это приводит к тому, что риск перехода безобидного невуса в одну из самых агрессивных опухолей из ныне описанных, довольно-таки высок.

В случае повреждения или полного удаления образования рекомендуется по возможности проконсультироваться с врачом, а также наблюдать за «поведением» кожи на месте невуса: сильная кровоточивость, зуд, боль, долго не проходящее покраснение являются доводами в пользу как можно более раннего обращения к доктору.

Ультрафиолетовые лучи бывают нескольких типов:
УФ-A (UVA в международной классификации) относятся к лучам длинноволногового диапазона (315-400 нанометров),
УФ-B (UVB) - лучи средневолнового диапазона (280-315 нм) и
УФ-C (UVC) - коротковолнового диапазона (100-280 нм).
Большая часть ультрафиолета, получаемого нами от природных источников, представляет собой UVA. UVA лучи могут проникать в толщу дермы, и хотя энергия их фотонов (а значит, и мутагенное действие) мала, при избытке инсоляции всё равно наблюдаются явления ультрафиолетового мутагенеза. Наиболее опасные UVC и большая часть UVB в норме поглощаются озоновым слоем атмосферы, а UVB, легко вызывающий ожоги, не способен пройти даже через оконное стекло. Кремы с SPF, защищающим от ультрафиолета фильтром SPF (Sun Protection Factor) защищают лишь от UVB-повреждений, которые вызывают ожоги (буква B в данном случае свидетельствует об этом, «burn»). При этом физические фильтры, в состав которых входят микрочастицы цинка и титана, работают как экран, не давая ультрафиолету проникать в глубокие слои кожи.

Отметим, что согласно методу Шульца, который позволяет рассчитать уровень SPF-фильтра, разница между SPF 100 и 50 составляет статистическую погрешность. Фактическое время защиты кожи – это время, в течение которого вы можете находиться на солнце без солнцезащитного средства без появления ожогов. Как правило, оно варьируется от 5 до 30 минут в зависимости от типа кожи. Это время, умноженное на значение солнцезащитного фактора, равно времени, которое вы можете провести на солнце после применения солнцезащитного средства без получения ожогов. Пользоваться средствами защиты от УФ-излучения следует за 10-15 минут до начала солнечных ванн и обновлять слой средства после каждого нахождения в воде.

Меланома представляет собой генетически и фенотипически гетерогенную группу опухолей. Кстати, она не может носить название «рак», поскольку «рак» - это злокачественные опухоли эпителиального происхождения , а меланома произрастает из меланоцитов, клеток нервного гребня. Важнейшим аспектом классификации меланомы кожи является определение фазы роста: горизонтальной, являющейся по сути своей поверхностным распространением опухоли, и вертикальной, с инвазией опухоли в подлежащие ткани, что является менее благоприятным вариантом, так как обусловливает высокую вероятность метастазирования.

Спектр хромосомных нарушений и активирующих мутаций, формирующих различные молекулярные портреты опухоли, отличается в меланоме различной локализации. В меланоме поверхности кожи доминируют мутации в генах BRAF (50 %), NRAS (20 %), причем мутации NRAS характерны для опухолей на участках кожи, подверженных инсоляции. Активирующие мутации KIT выявляют в 20-30 % случаев меланомы акральной или мукозальной локализации, а также в меланоме, возникшей в результате ультрафиолетового повреждения кожи. В 25 % случаев меланома кожи развивается из предсуществующего невуса.

Большинство злокачественных меланом в своей прогрессии проходят 2 стадии роста: длительно существующую (от 2 до 10 лет, чаще всего в пределах 3–5 лет); стадию ***шки (bljashki), или фазу радиального роста, когда хирургическое иссечение дает блестящий результат и фазу вертикального роста, в результате которого обычно образуется массивный узел и возникает риск развития отдаленных метастазов.

Процесс прогрессии меланомы кожи согласно модели Кларка:
- доброкачественный меланоцитарный невус: контролируемая пролиферация нормальных меланоцитов.
- атипичный/диспластический невус: аномальный рост меланоцитов, характеризующийся клеточной атипией. Факультативный предрак. Характеристики – радиус более 5 мм, неровные кроя, вариабельная пигментация
- фаза радиального роста: меланоциты начинают прорастать в кожу горизонтально, отмечается тканевая атипия (меланома in situ). Е-кадгерин способствует более глубокому распространению меланоцитов, однако лишь небольшой их процент проникает за папиллярный слой дермы.
- фаза вертикального роста: многочисленные мутации Е-кадгерина и экспрессия Н-кадгерина (ЕМП - см. выше) позволяет атипичным меланоцитам прорывать нижележащие барьеры, пролиферируя вертикально в дерме. Образование начинает представлять собой узел с высоким метастатическим потенциалом.
- метастазирование: меланоциты с признаками тяжёлой атипии распространяются по всему телу, сначала в близкие к коже метастатические узлы, затем в подкожно-жировую клетчатку и мягкие ткани, лёгкие и головной мозг. Общая пятилетняя выживаемость пациентов с метастатической меланомой составляет 10 %, а десятилетняя – 2–5 % .

Меланома кожи быстро и неуловимо распространяется путем инфильтрированного роста и проникновения в межтканевые щели, кожные и подкожные лимфатические пути, а также путем перемещения клеточных агрегатов по лимфатическим и кровеносным сосудам. Это связано со слабой адгезией меланобластов, их универсальной способностью легко размножаться в разных органах и тканях и с обилием сосудов, снабжающих опухоль. При этом примерно у половины больных даже при первой стадии к началу лечения уже имеются клинически не определяемые метастазы, которые интенсивно прогрессируют после хирургического лечения.

В опухолях толщиной больше 3 мм в 50% рецидивы развиваются через 12 месяцев, а в 90% — в пределах 5 лет. Тонкие меланомы имеют низкую степень вероятности развития рецидивов, при этом безрецидивный период может продлиться более 10 лет после установления первичного диагноза. Впрочем, наличие, по крайней мере, одного митоза на 1 мм² может повысить тонкую меланому до более поздней стадии с высоким риском развития метастазов.

Гистологическая классификация позволяет выделить эпителиоидноклеточную, веретеноклеточную, смешанно-клеточную и невусоподобную меланому.

Цвет кожи определяется содержанием меланина в кератиноцитах, представляющих собой клетки-рецепторы меланинсодержащих органелл, формируемых меланоцитами и названных меланосомами.

Локализующиеся в эпидермисе на границе с дермой меланоциты представляют собой отростчатые клетки, функционально связанные с некоторыми кератиноцитами, каждый меланоцит и соответствующие ему 36 кератиноцитов составляют эпидермальную меланиновую единицу, обеспечивающую направленный транспорт меланосом к кератиноцитам.

Меланосомы, эти эллипсоидные органеллы, формируются в зоне эндоплазматического ретикулума и аппарата Гольджи; вначале они представляют собой не содержащие меланина сферические структуры, которые по мере накопления пигмента темнеют, уплотняются и приобретают овальную форму.

Меланосомы локализуются в меланоцитах преимущественно изолированно друг от друга в виде отграниченных мембраной дискретных органелл. В кератиноцитах же они могут существовать и в виде агрегатов по три и более частиц в одной органелле, снабженной мембраной. Эти органеллы напоминают меланосомосодержащие органеллы макрофагов, известные под названием лизосом.

Представляется, что меланосомы эпидермальных кератиноцитов постепенно разрушаются. В значительно пигментированной коже, однако, интактные меланосомы располагаются и в роговом слое. Скорость транспорта меланосом к кератиноцитам может влиять на количество синтезируемых меланосом. Халоны (и гормоны - МСГ) могут также изменять активность аденилатциклазы и скорость деления меланоцитов и кератиноцитов.

Эпидермальные клетки и роговой слой очень пигментированной кожи заполнены мириадами меланосом. В них содержится около 30% меланина, в связи с этим из-за своей плотности и высокой способности к поглощению УФР они могут обеспечить защиту от повреждающего действия солнечных лучей. Локализация меланосом в околоядерной зоне эпидермальных клеток уже сама по себе способна защитить легко повреждаемое, содержащее ДНК, ядро за счет уменьшения прямого воздействия фотонов.

Связанный с микрофтальмией фактор транскрипции (MITF) является основным регулятором развития и дифференцировки в меланоцитарной линии (см. мастер-гены). При меланоме MITF также играет критическую роль в фенотипе клеток и строго контролирует транскрипционную активность и репрессию большого количества генов.

Низкие и высокие уровни MITF были связаны с различными глобальными паттернами экспрессии генов. Низкие уровни MITF управляют дедифференцировкой в ​​клетках меланомы, о чем свидетельствует эффект истощения MITF, приводящий к увеличению экспрессии маркеров стволовых клеток при одновременном снижении экспрессии маркеров дифференцировки меланоцитов. Параллельно с дедифференцированным фенотипом было показано, что истощающийся MITF уменьшает рост клеток и вызывает их старение и/или апоптоз.

Модель реостата предполагает, что разные уровни MITF определяют различные клеточные фенотипы. Низкие уровни MITF вызывают дедифференцировку, что приводит к фенотипу, подобному стволовым клеткам, промежуточные уровни MITF способствуют пролиферации клеток, а более высокие уровни MITF приводят к старению, опосредованному дифференцировкой меланоцитов.

Текущие клинические стратегии, включающие целевое лечение, обычно нацелены на популяции клеток меланомы, которые «зависимы» от гиперактивного пути MAPK для выживания и быстрого деления клеток (см. выше). Однако все больше данных свидетельствуют о том, что меланомы в низком MITF-опосредованном дедифференцированном состоянии имеют «перемонтированные» сигнальные каскады, которые перераспределяют онкогенную передачу сигналов по нескольким путям, включая пути не-MAPK, в дополнение к пути MAPK. Другими словами, вместо полной зависимости от одного регулирующего рост пути, дедифференцировка позволяет использовать несколько путей для придания лекарственной устойчивости.

Так, передача сигналов WNT5A происходит через неканонический путь WNT и вызывает дедифференцировку путем подавления уровней MITF, стимулируя клеточный фенотип старения. Но клетки, экспрессирующие высокие уровни WNT5A, были способны повторно войти в клеточный цикл, указывая на то, что они не были действительно старящими (таким образом называются старческиe). Передача сигналов WNT5A может быть функционально связана с врожденной резистентностью.

WNT5A-экспрессирующие клетки с задержкой роста обладают повышенной инвазивностью при увеличении терапевтической дозы - ингибиторы BRAF таким образом способствуют метастазированию. У них выявлены высокие уровни маркеров раковых стволовых клеток, таких как CD271, JARD1B и фибронектин.

Кроме того, передача сигналов EGFR и усиленная экспрессия EGFR индуцируют медленно циклический фенотип и повышенные уровни ингибиторов клеточного цикла, включая p21 Cip1 (CDKN1A), p27 Kip1 (CDKN1B), а также активированный гипофосфорилированный белок ретинобластомы. Было показано, что пути передачи сигнала EGFR являются частью той же транскрипционной программы, что и WNT5A.
При колоректальном раке (CRC) устойчивость к вемурафенибу при лечении BRAF-мутантной CRC опосредуется экспрессией EGFR, которая является следствием эпителиального происхождения CRC.

После ингибирования BRAF передача сигналов EGFR делает возможным повторную активацию обратной связи пути MAPK и активацию пути PI3K-AKT. EGFR-опосредованная резистентность при меланоме связана с глубокими изменениями паттернов экспрессии генов, которые коррелируют с дедифференцировкой, что определяется снижением уровней MITF вместе со снижением нижестоящих мишеней MITF и других важных регуляторов меланоцитов, таких как SOX10, PAX3 и LEF1.

Активация NF-κB также играет важную роль в повышении устойчивости к лечению в клетках с низким уровнем MITF. Клетки с высоким NF-κB и низкой экспрессией MITF были по своей природе устойчивы как к ингибированию одним агентом в нескольких точках пути MAPK, так и к ингибированию комбинации BRAF / MEK.

Даю частично измененный и дополненный вариант предыдущей заметки.

Для меланомы характерен высокий уровень мутаций, значительно выше, чем у других опухолей (меланома, таким образом, как бы чемпион по мутациям). Это связано с тем, что меланома находится как бы посредине между раком и саркомой - с одной стороны, у меланомы нет характерной для эпителиальных тканей так наз. "строевой дисциплины", подавляющей большинство мутаций в зародыше. С другой стороны, меланоциты находятся на поверхности тела и подвергаются воздействию такого мощного мутагенного фактора, как ультрафиолетовые лучи.

В связи с этим так важно значение мастер-генов (см. выше) - основных стражей идентичности клеток. Для меланоцитов таким мастер-геном является MITF (связанный с микрофтальмией фактор транскрипции), который является основным регулятором развития и дифференцировки в меланоцитарной линии. Впрочем, в эмбриогенезе важную роль играют белки пути Wnt, включая Wnts, такие как Wnt6 и Wnt8, которые контролируют экспрессию множества ключевых белков, включая Slug и Snail.

Wnt1 и Wnt3A также способствуют развитию клеток нервного гребня в пигментные клетки. Когда в клетках истощаются эти два белка, они становятся нейрональными, а не пигментированными клетками. Wnt1 передает сигнал меланобластам паракринным образом, чтобы увеличить количество меланоцитов, тогда как Wnt3а и β-catenin могут определять клетки нервного гребня в направлении меланоцитов. Супрессором MITF является DKK1 (Dickkopf), и фибробласты, секретирующие DKK1, могут ингибировать продукцию меланина в соседних меланоцитах.

Отметим, что передача сигналов Wnt5а может противодействовать передаче сигналов Wnt1 / 3а. Это может указывать на то, что там, где каноническая передача сигналов Wnt важна для позиционирования и дифференцировки меланобластов, неканоническая передача сигналов Wnt, возможно, посредством подавления β-катенина, может вызывать дедифференцировку меланоцитов и других типов клеток до состояния, более похожего на стволовые клетки.

Это подтверждается данными и гематопоэтической системы, показывающими, что Wnt5A поддерживает гемопоэтические стволовые клетки (HSC) в состоянии покоя, тем самым увеличивая как краткосрочную, так и долгосрочную репопуляцию HSC. Каноническая передача сигналов Wnt необходима для дифференцировки этих HSCs, и Wnt5а противодействует каноническим путям передачи сигналов Wnt для поддержания плюрипотентности HSCs.

Отметим кстати, что в коже стволовые клетки можно найти в трех основных областях - выпуклости волосяного фолликула, в межфолликулярном эпидермисе и в сальных железах. Фактические данные указывают на то, что каждая из этих популяций стволовых клеток имеет различные характеристики. Стволовые клетки, обнаруженные в волосяном фолликуле, представляют собой недифференцированные меланобласты. Коммитированные предшественники меланоцитов от фолликула распостраняются по эпидермису.

Поддержание стволовых клеток меланоцитов (MSC) зависит от тонкого взаимодействия между факторами MITF, Pax3, SOX10 и DCT, и регуляция стволовых клеток довольно сложна. Например, Pax3 играет двойную роль в регуляции транскрипции ниже MITF: обычно действует как репрессор, но в присутствии канонической передачи сигналов Wnt Pax3 может передавать сигнал для активации MITF и вызывать увеличение транскрипции DCT(L-дофахром таутомеразы) и усиление дифференцировки MSC.

Отметим, что строго регулируемый выход из клеточного цикла и повторный вход в него зависят от баланса передачи сигналов Wnt, о чем свидетельствует способность канонической передачи сигналов Wnt управлять транскрипцией MITF, а также высокие уровни ингибиторов Wnt, которые присутствуют в стволовых клетках меланоцитов. Поскольку Wnt5а может подавлять каноническую передачу сигналов Wnt, вполне возможно, что Wnt5а участвует в поддержании покоя MSC, так же как он важен для поддержания HSC.

Пациентов с меланомой можно разделить на высокометастатическую когорту на основе высокого Wnt5а, низкого профиля MITF и менее метастатическую когорту с высоким профилем MITF и низким Wnt5а, то есть между MITF и Wnt5а в зрелых клетках существуют антагонистические отношения. Поэтому активизация неканонического пути Wnt ( и Wnt5а соответственно) приводит к резкому снижению пигментации клеток меланомы, что, возможно, позволяет этим клеткам ускользать от раннего обнаружения врачами, как это часто бывает с амеланотическими меланомами.

Отметим, что усиление канонической передачи сигналов Wnt в меланоцитах ведет к их повышенной пролиферации и клоногенному выживанию. Важно отметить, что β-катенин способствует уходу меланоцитов от старения посредством инактивации p16, что приводит к их иммортализации. В целом, хотя мутации ß-катенина редки при меланоме, активация ß-катенина является ключевым этапом в начальном превращении меланоцитов в меланому.

Таким образом, каноническая передача сигналов Wnt важна на ранних стадиях развития опухоли во время превращения меланоцитов в меланому в радиальной фазе роста (RGP), но его продолжающаяся экспрессия на более поздних стадиях, таких как меланома в вертикальной фазе роста (VGP) и метастазы, из-за его продвижения дифференцировки, может подавлять метастазирование.

Передача сигналов Wnt5а, с другой стороны, отсутствует на ранних стадиях опухоли, и обработка меланоцитов с помощью Wnt5а вызывает их апоптоз, а не трансформацию. Также в других видах рака Wnt5а может действовать как опухолевый супрессор. Однако после трансформации меланоцитов активация Wnt5A снижает уровень β-катенина и способствует метастазированию.

Кстати, невусы экспрессируют довольно высокие уровни Wnt5а. Подавляющее большинтво пигментированных невусов имеют мутантный B-Raf, также парадоксально (сильная пигментация) подавляющий экспрессию MITF. Как и Wnt5а, экспрессия B-Raf высока в невусах, снижена в меланоме на стадии RGP и повышена в VGP, как и в других метастатических опухолях.

При колоректальном раке (CRC) устойчивость к вемурафенибу при лечении BRAF-мутантный CRC опосредуется экспрессией EGFR, которая является следствием эпителиального происхождения CRC. Усиленная экспрессия EGFR индуцирует повышение уровня ингибиторов клеточного цикла, включая p21 Cip1 (CDKN1A), p27 Kip1 (CDKN1B), а также активированный белок ретинобластомы(RB). Было показано, что пути передачи сигнала EGFR являются частью той же транскрипционной программы, что и WNT5a.

Вернемся к MITF. Клиницистами выдвинута модель реостата, предполагающая, что разные уровни MITF определяют различные клеточные фенотипы. Низкие уровни MITF вызывают дедифференцировку, что приводит к фенотипу, подобному стволовым клеткам, промежуточные уровни MITF способствуют пролиферации клеток, а более высокие уровни MITF приводят к старению, опосредованному дифференцировкой меланоцитов. Низкая активность MITF придает устойчивость к ингибиторам MAPK-пути в клеточных линиях BRAF- мутантной меланомы, в том числе и к вемурафенибу (см. выше).

Более того, WNT5а-экспрессирующие клетки с задержкой роста опухоли при лечении вемурафенибом обладают повышенной инвазивностью. Это и не удивительно: метастазирующим клеткам не до размножения. Вот когда опухолевые клетки освоятся на новом месте, тогда можно и размножаться.

Вставка.
Wnt сигнальный путь

Wnt-путь — один из важнейших молекулярных сигнальных путей, который регулирует эмбриональное развитие и дифференцировку клеток. Весь путь назван по имени одного из лигандов, который активирует путь в клетках — Wnt. На сегодняшний день известно, что Wnt-путь регулирует развитие многих органов во время эмбриогенеза и отвечает за билатеральную симметрию организма. Его функции — все то, что формирует из массы эмбриональных клеток целостный организм. У взрослых особей нарушения Wnt-пути ведут к повышенному риску раковых заболеваний. Также недавние работы показали важную роль компонентов Wnt в пролиферации и дифференциации стволовых клеток.

Гликопротеины Wnt — это семейство секретируемых клетками сигнальных молекул, которые участвуют в координации поведения клеток в организме. Каждый из этих сигнальных белков несет информацию, отличную от других членов семьи, и стимуляция несколькими членами семьи может давать результаты, отличные от любого одного входного сигнала, подразумевая, что члены семьи могут влиять на интерпретацию сигналов друг друга. Такие взаимодействия обеспечивают возможность значительной тонкости и сложности передачи сигналов Wnt.

Секретируемые Wnts связаны с клеточными поверхностями и внеклеточным матриксом, и многие из них тесно связаны с семейством рецепторов Frizzled.

Структура белков семейства Wnt напоминает кисть руки; присоединение к большому пальцу остатка жирной кислоты называется ацилированием и оно необходимо для распознания белками аппарата Гольджи — трансмембранным рецептором GPR177 (широко известным как Wntless (Wls)), «белками-грузчиками» p24, которые переносят Wnt от эндоплазматического ретикулума на поверхность клетки и транспортным белком Swim, который поддерживает растворимость и сигнальную активность компллекса Wnt/Wls.

Таким образом молекулы Wnt в процессе созревания в эндоплазматическом ретикулуме подвергаются гликозилированию, а затем ацилированию. Затем в сопровождении белка Wntless из аппарата Гольджи они попадают в секреторные везикулы, внутри которых пересекают плазматическую мембрану, после чего секретируются. Wntless извлекается из отработанных секреторных везикул и переносится обратно в аппарат Гольджи с помощью комплекса Retromer.
В каноническом пути Wnt-сигнализации «рабочим телом» является β-катенин: в неактивном состоянии его мало, а в активном — много, и он активирует транскрипцию в ядре. Неактивное состояние: в отсутствии взаимодействия между Wnt и рецептором LRP5/6 количество цитоплазматического β-катенина малó ( (за исключением адгезивных соединений, где β-катенин существует в связанном с кадгерином пуле на клеточной мембране) за счет «деградационного комплекса», состоящего из белков APC, казеинкиназы и гликоген-синтезы-киназы GSK3, расположенных на «платформе» белка Аксин. С помощью этого комплекса цитоплазматический β-катенин фосфорилируется, а затем подвергается убиквитилированию белком β-TrCP, что приводит к его деградации с помощью протеасомы.

Активированное состояние: Wnt-сигнал начинается с образования комплекса Wnt с LRP5/6 и рецептором Frizzled, что приводит к активации белка Dishevelled. Этот белок ингибирует «деградационный комплекс» и «выключает» убиквитилирование β-катенина. В результате накапливающийся в цитоплазме свободный β-катенин проникает в ядро, где β-катенин, захватив ядерные белки BCL9 и Pygopus, взаимодействует с белками TCF/LEF и активирует транскрипцию с помощью транскрипционных факторов TCF/LEF и ряда других.

Канонический (β-катенин—зависимый) путь в конечном счете контролирует программы генной экспрессии, связанные с определением судьбы клетки и морфогенезом, а неканонические (β-катенин—независимые) пути регулируют полярность клетки, стимулируя реорганизацию цитоскелета и метаболизм кальция.

Регуляция пути Wnt: с секретируемыми молекулами Wnt непосредственно связываются их антагонисты: Wnt-ингибирующий фактор (WIF) и Frizzled-узнающий белок 1 (sFRP). Кроме того, для предотвращения образования комплекса Frizzled—Wnt—LRP, c белками LRP5/LRP6 могут связаться DKK и склеростин. Белки Shisa, захватив рецептор Frizzled, мешают ему выйти на поверхность клетки.

Если Wnt образует комплекс с LRP5/6 и Frizzled, сигнализация активируется. Белок R-spondin 2 (RSPO), стабилизируя рецепторы Frizzled и LRP5/6, повышает сигнализацию по пути Wnt. В эндоплазматическом ретикулуме для созревания LRP5/6 необходим сопровождающий белок MESD.

Помимо этих рецепторов Wnt может связываться с рецепторными тирозинкиназами Ror и Ryk. Ror, связавшись с Wnt5a, фосфорилирует белок Dishevelled и таким образом контролирует морфогенез тканей, тогда как Ryk, фосфорилируя мембранный белок Vangl2, контролирует полярность клетки.

Передача сигналов WNT / β-catenin регулирует клеточный метаболизм в опухолях. Так, метаболический сдвиг от митохондриально-зависимого производства энергии к аноксическому расщеплению глюкозы включает скоординированную активацию переносчиков глюкозы и ферментов гликолиза онкогенами, такими как c-Myc и протеинкиназа B (Akt). При глутаминолизе анаплеротический поток катаболизма глутамина к α-кетоглутарату, как источнику углерода для цикла TCA, способствует синтезу аминокислот, нуклеотидов и липидов (см. выше). Было показано, что c-Myc является ключевым регулятором глутаминолиза в опухолях. Глютамин попадает в клетку с помощью переносчиков аминокислот, таких как переносчик SLC1A5.

Цитрат, полученный из глюкозы из цикла TCA, при этом экспортируется в цитозоль, где он далее превращается в ацетил-КоА для синтеза липидов или в оксалоацетат для синтеза аминокислот.

В клетках тройного негативного рака молочной железы WNT5B способен контролировать экспрессию генов, связанных с OXPHOS - цитохрома с 1 и субъединицы γ-АТФ-синтазы через канонический путь WNT. В CRC также каноническая передача сигналов WNT способствует аэробному гликолизу. Кроме того, лактатный транспортер 1 монокарбоксилата (MCT-1) также активируется, облегчая секрецию лактата, и эта усиленная секреция оказывает влияние на микроокружение в опухолевой ткани, стимулируя ангиогенез.

В других моделях каноническая передача сигналов WNT была тесно связана с ангиогенезом опухоли путем непосредственного регулирования экспрессии проангиогенного эндотелиального фактора роста (GF).

Продолжим.

Функции метаболической регуляции опухолей включают контроль экспрессии c-Myc, сопутствующую регуляцию самих сигнальных путей WNT метаболическими ферментами и питательными веществами, а также перекрестную связь с передачей сигналов активных форм кислорода (ROS). Так, продукция ROS из дыхательной цепи митохондрий может изменить связывание β-catenin с TCF / LEF и способствовать связыванию с факторами транскрипции FOXO. Транскрипция гена FOXO активирует гены, которые борются с окислительным стрессом и, следовательно, способствуют выживанию клеток.

При раке молочной железы смещение связывания β-катенина с TCF на FOXO3a изменило клеточную судьбу от пролиферативного фенотипа раковых стволовых клеток к более дифференцированному состоянию, уменьшив плюрипотентность и туморогенез.

Сигнальный путь WNT также связан с c-Myc посредством транскрипционной репрессии c-Myc секретируемых ингибиторов Wnt DKK1 и SFRP-1 в раковых клетках. Это обеспечивает петлю положительной обратной связи между передачей сигналов WNT и c-Myc. Myc регулирует транскрипцию генов в растущих клетках, где он активно контролирует множество метаболических процессов для облегчения роста и пролиферации.

Критически опосредованные c-Myc транскрипционные изменения также способствуют гликолизу и выработке энергии в трансформированных клетках. Так, β-катенин - опосредованная экспрессия c-Myc приводит к усилению экспрессии ряда ограничивающих при их недостатке скорость гликолитических генов, включая гены для переносчика глюкозы 1 (GLUT-1), LDH и изоформы M2 пируваткиназы (PKM2; фермент, который катализирует конечную стадию гликолиза с образованием АТФ и пирувата). Кстати, AMPK может ингибировать этот путь на уровне активности DVL (Dishevelled).

В целом, каноническая стимуляция WNT c-Myc предоставляет раковым клеткам сопутствующее моделирование глутаминолиза и гликолиза для поддержки повышенного синтеза нуклеотидов и жирных кислот, тем самым стимулируя биосинтез de novo во время пролиферации.

c-MYC (далее именуемый MYC), как и члены его семейства N-MYC и L-MYC, является фактором транскрипции, который димеризуется с MAX для связывания ДНК и регуляции экспрессии генов. Последовательность ядерной локализации - ДНК-связывающий домен, домен димеризации спиральная петля-спираль (HLH) и транскрипционный регуляторный домен лежат в основе этой функциональной способности.

Из-за своего онкогенного потенциала протоонкоген MYC жестко регулируется в нормальных клетках на уровне транскрипции и посттранскрипции. Посттранскрипционно он регулируется микроРНК и трансляцией своей мРНК. Онкогенные KRAS и ERК (extracellular-signal-regulated kinase) могут регулировать Myc частично за счет повышенной стабильности белка (как и длинные некодирующие РНК). Многие стимулирующие рост сигнальные пути трансдукции вниз по течению от сцепления с лиганд-мембранными рецепторами, такие как Notch и EGFR, сходятся на MYC , подчеркивая центральную роль MYC в регуляции роста клеток.

c-Myc связывает последовательности энхансер-бокса (Е-бокс - CACGTG) генов-мишеней для регуляции экспрессии ряда генов, многие из которых участвуют в контроле клеточного цикла, в том числе для циклинов, циклин- зависимых киназ (CDK) и ингибиторов CDK. При недостатке питательных веществ или гипоксии трансляция MYC, стабильность белка и димеризация MYC / MAX ингибируются. Чрезмерная же активация MYC активирует контрольные точки ARF и p53, что приводит к гибели или аресту клеток, в то время как ARF (фактор аденозилибозилирования - белок, который принадлежит к небольшому семейству GTPase) может ингибировать функцию MYC. Ниже AKT белки FOXO3a противодействуют активации MYC.

В раковых клетках конститутивная активация фактора роста и передачи сигналов mTOR, потеря контрольных точек, вовлечение атипичных энхансеров или амплификация или транслокация MYC может увеличивать уровни MYC до надфизиологических уровней независимо от факторов роста, вызывая связывание MYC / MAX с сайтами связывания ДНК с более низкой аффинностью и энхансерами в дополнение к сайтам с высокой аффинностью. Потеря контрольных точек ARF или p53 обеспечивает неконтролируемый рост клеток.

Предложено, что MYC является общим фактором транскрипции , который усиливает экспрессию генов , которые уже выражены на начальном уровне, казалось бы без какой - либо специфичности ( «общее усиление» модели). Общая модель амплификации, однако, не учитывает способность MYC репрессировать гены, такие как гены вышеупомянутых ингибиторов Wnt DKK1 и SFRP-1.
Поэтому вопреки этой общей точке зрения усилителя появилась гипотеза, что мишени MYC в значительной степени определяются доступностью хроматина, которая позволяет MYC связывать гены-мишени и взаимодействовать с другими факторами транскрипции для селективной активации или подавления экспрессии генов («селективная амплификация»). То есть степень, в которой MYC стимулирует экспрессию гена, зависит от других факторов транскрипции, связанных с геном и / или с близлежащими энхансерами.

Сверхэкспрессия MYC может, в свою очередь, регулировать модификаторы хроматина для дальнейшего изменения доступности хроматина. Кроме того, высокие уровни дерегулированного онкогенного MYC нарушают транскрипцию, вторгаясь в энхансерные последовательности, вызывая нелинейную амплификацию экспрессии гена-мишени и поддерживая накопление конститутивной биомассы в раковых клетках.

С моей точки зрения все вышесказанное позволяет предположить, что mTOR1 является как бы прорабом в клетке, организуя анаболические процессы по программам, которые предлагает ему клетка. MYC и другие подобные ему факторы транскрипции являются его помощниками - бригадирами, подключающими ДНК и формируя комплексы фкрментов для решения поставленных прорабу задач.

В нормальных клетках, если энергии для решения поставленной задачи недостаточно, АМФК тормозит активность mTOR1 (я уже писал об этом), пока клетка не соберет достаточно энергии. Такому взаимодействию способствует их соседство: излюбленная локализация активного mTOR1 на поверхности лизосом (см. выше), а АМФК внутри лизосом.

В раковых клетках это взаимодействие нарушается и mTOR1 продолжает оставаться активным даже при нехватке энергии. В результате со временем активность мастер-генов тормозится и имеющиеся ресурсы все более перенаправляются на базовые программы клетки, позволяющие ей сохранять свою жизнедеятельность. С этой точки зрения, например, эффект Варбурга это просто частный случай приспособления метаболизма клетки к изменившейся клеточной стратегии. Морфологически такой начавшийся процесс ракового перепрограммирования клетки выражается дисплазией эпителия и других видов клеток, когда происходит сшибка программ дифференциации и в клетке начинается цветная революция.

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 бронхиолы, 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 предшественникам, чтобы генерировать клетки AT1. После тяжелой травмы и воспаления дистальная эпителиальная регенерация также может происходить из предполагаемых стволовых клеток. Известно и предсказано влияние клетки происхождения c онкогенной мутацией в формировании различных подтипов рака легкого.

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. Большинство человеческих SCLCs содержат инактивирующие мутации в опухолевых супрессорах TP53 и генов ретинобластомы 1 ( RB1 ). 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.

Плоскоклеточный рак легких (LUSC)
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.

Аденокарцинома легкого (LUAD)
На NSCLC (немелкоклеточный рак легкого) приходится около 85% всех диагнозов рака легких, причем большинство пациентов с аденокарциномой легкого (LAC). 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.

У человека KRAS чаще всего мутирует в тканях энтодермального происхождения, включая эпителий легкого. 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.

Продолжим.

Опухоли, вызываемые мутантным KRAS, являются одними из самых агрессивных и невосприимчивых к лечению. Но раковые клетки, которые становятся зависимыми от метаболических адаптаций, управляемых KRAS, чувствительны к ингибированию этих метаболических путей, открывая новые терапевтические возможности вмешательства. В целом, мутантный KRAS способствует росту опухоли, сдвигая метаболизм раковых клеток в сторону анаболических путей.

Влияние мутаций KRAS на метаболическую адаптацию может различаться для разных типов опухолей в зависимости от ткани происхождения. Это было выявлено путем сравнения метаболических адаптаций немелкоклеточной карциномы легкого (NSCLC) и протоковой аденокарциномы поджелудочной железы (PDAC), вызванных мутациями Kras и делецией Trp53.

Эти два типа рака, несмотря на общие генетические изменения, по-разному используют аминокислоты с разветвленной цепью. В то время как NSCLC включают свободные аминокислоты с разветвленной цепью в тканевый белок и используют их в качестве источника азота, поглощение этих аминокислот и экспрессия ключевых ферментов, ответственных за их катаболизм, снижены в PDAC.

Раковые клетки, несущие мутант Крас используют тесную связь с микросредой опухоли, обмен цитокинов, факторы роста и метаболиты для адаптации метаболизма и преодоления низкой доступности питательных веществ.

KRAS способствует гликолизу, в том числе повышенной экспрессией переносчика глюкозы GLUT1. Механически активация MAPK с помощью Kras активирует Myc-направленную транскрипцию. В свою очередь, это увеличивает экспрессию гликолитических ферментов, которые способствуют поглощению и потр***ению глюкозы, а также фермента PPP RPIA. RPIA (Ribose 5-Phosphate Isomerase A) катализирует превращение рибозо-5-фосфата в рибулозо-5-фосфат, тем самым подпитывая биосинтез нуклеотидов.

При PDAC сверхэкспрессия параоксоназы 2 (PON2), мишени репрессии транскрипции супрессором p53, как было обнаружено, объединяет усилия с мутантом Kras для повышения гликолиза. PON2 увеличивает захват глюкозы, связываясь с GLUT1, предотвращая взаимодействие последнего с ингибирующим белком STOM.

Мутации KRAS стимулируют такие процессы, как макропиноцитоз и аутофагия, которые могут поглощать питательные вещества из внешнего и внутреннего компартментов соответственно, для поддержания выживания раковых клеток в условиях дефицита питательных веществ.
Оба эти пути поглощения образуют везикулы, макропиносомы и аутофагосомы, которые в конечном итоге сливаются с лизосомами, высвобождая свои грузы для деградации. В лизосомах распад питательных веществ обеспечивает клетку пулами свободных аминокислот, липидов, нуклеотидов и глюкозы, которые могут использоваться анаболическими путями для синтеза новых макромолекул.

Интересно, что как при мутантном Kras рака легких, так и при раке поджелудочной железы лизосомный компартмент подвергается расширению благодаря повышенной активности факторов транскрипции Tfeb / Tfe3, которые ответственны за биогенез лизосом.

При NSCLC, управляемом Kras, глюкозное голодание активирует AMPK, который способствует дефосфорилированию и ядерной транслокации Tfeb и Tfe3. Соответственно, активность Tfe3 необходима для роста опухолей легких, и повышенная экспрессия лизосомных генов коррелирует с ускоренным рецидивом заболевания у пациентов с аденокарциномой легких человека. Точно так же повышенная регуляция и повышенное пребывание в ядре Tfe3 поддерживает рост опухоли поджелудочной железы.

Следует отметить, что сверхэкспрессия Mitf, который принадлежит к этому семейству факторов транскрипции, способствует прогрессированию мутантных повреждений PanIN в PDAC, указывая на то, что повышенная лизосомная активность играет роль драйвера в мутантных опухолях Kras.
Макропиноцитоз - это неселективный актин-зависимый эндоцитозный процесс, который захватывает питательные вещества из внеклеточной среды в большие внутрицитоплазматические везикулы. В опухолях макропиноцитоз работает как питательный механизм для преодоления высокой потребности в питательных веществах и поддержки метаболической гибкости и адаптации. Было показано, что мутации KRAS стимулируют макропиноцитоз, что способствует большему поглощению альбумина, наиболее распространенного сывороточного белка, который расщепляется в лизосомах, увеличивая внутриклеточный пул аминокислот. Распад альбумина дает аминокислоты, которые питают центральный углеродный метаболизм и, среди них, глутамин, активно используется Kras трансформированными клетками для анаплероза и производства нуклеотидов.

В мутантных по Kras клетках рака поджелудочной железы глутамин является основным источником углерода и потр***яется неканоническим путем, когда глутамат используется митохондриальной аспартаттрансаминазой GOT2 для производства аспартата и α-кетоглутарата. Аспартат транспортируется в цитоплазму, где он превращается в оксалоацетат аспартат -трансаминазой GOT1, затем в малат и пируват, таким образом повышая соотношение НАДФН / НАДФ + , что, в свою очередь, поддерживает окислительно-восстановительный потенциал клетки. Генетическая делеция любого фермента в этом пути повышает продукцию активных форм кислорода, снижает количество восстановленного глутатиона и приводит к подавлению роста PDAC.
Kras управляет альтернативным путем потр***ения глутамина, регулируя транскрипцию GOT1 и снижая экспрессию GLUD1 (глутаматдегидрогеназу - см. выше). Нокаут GOT1 в резистентных клетках снижает их пролиферацию, что свидетельствует о том, что метаболическое перепрограммирование потр***ения глутамина, опосредованное Kras, способствует приобретенной устойчивости к препаратам на основе платины.

При НМРЛ мутант Kras активирует путь PI3K / AKT, который в условиях низкого уровня глутамина способствует экспрессии мРНК фактора транскрипции ATF4 через фактор NRF2. Кроме того, NRF2 также является ключевым регулятором генов, участвующих в антиоксидантной реакции - см. выше. Следует отметить, что повышающая регуляция глутатиона специфически связана с увеличением числа копий мутантного гена, что подчеркивает эффект «дозы» и предполагает терапевтическую уязвимость.

В условиях депривации аспарагина путь GCN2-eIF2 вызывает трансдукцию мРНК ATF4 в белок, который, в свою очередь, активирует транскрипцию переносчиков аминокислот и ферментов, потр***яющих глутамин. Среди них аспарагинсинтетаза ASNS катализирует синтез аспарагина из глутамина. Уровни аспарагина и ASNS по своему контролируют пролиферацию, активацию mTORC1 и подавляют апоптоз.

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 переключатель 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 явлением 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 АТФ - его высокий уровень в цитоплазме подавляет гликолиз). Здесь важную роль играет цитрат; при его избыточной продукции 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. 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. Зрелые клетки обычно содержат конституционно активную тетрамерную PyK M1. 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 с преобладанием анаболизма. Контроль экспрессии гена PyK M2 происходит на альтернативном уровне сплайсинга.

Важным игроком в усилении анаболизма, как я уже писал, является с-Mуc, который как Фигаро вмешивается везде, где только можно. Также длительная активация сигнальных путей с сопутствующим фосфорилированием протеинкиназами всего, что попадается по пути, 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 - см. выше. Напоминаю, 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, который опосредует взаимодействия 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). Вообще мишени S6K1 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 4E-BP1 в нескольких сайтах, способствуя диссоциации eIF4E от 4E-BP1 и запуская eIF4E-зависимую инициацию трансляции.

Продолжим описание рака легкого.

Отметим, что аденокарцинома – наиболее распространенный тип рака легкого на сегодня. 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 нарушения репарации ДНК из-за эпигенетических изменений, которые уменьшают или заставляют молчать экспрессию генов репарации ДНК, встречаются гораздо чаще при раке легкого, чем классические мутации.

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.

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. Инактивация ингибитора циклин-зависимой киназы гена pl16/INK4a приводит к потере его белкового продукта в 65% опухолей.

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.

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.

Вернемся еще к раковому метаболизму.

То, что считается раковым метаболизмом, не так ясно, как считалось ранее. Различные ткани и даже специализированные клетки внутри ткани могут иметь уникальные метаболические свойства. Кроме того, периоды особых энергетических потребностей приводят к дальнейшим уникальным метаболическим фенотипам, таким как во время эмбрионального развития или заживления ран. Этот набор метатипов образуется из-за различий в скоростях потока и соотношениях потока через различные метаболические пути. Все эти пути доступны раковым клеткам для их собственной пользы, которую они делают в зависимости от тканевого контекста, в котором они растут, или стадии заболевания - инициации, прогрессирования и метастазирования. Это создает уровень гибкости, который ставит под сомнение предположение, что есть один, определяющий раковый метаболизм.

Крупномасштабное производство лактата из глюкозы распознается в здоровых тканях и обычно совпадает с делением клеток или процессами, требующими высокой энергии. Например, кишечник, одна из наиболее активно пролиферирующих тканей у взрослых млекопитающих, давно известен как чистый продуцент лактата, что указывает на аэробный гликолиз. Эмбриогенез одинаково отмечен широко распространенной пролиферацией, совпадающей с крупномасштабным аэробным гликолизом. Этот тип метаболизма вовлечен всеми пролиферирующими тканями в физиологию и патологию.

Большинство выявленных мутаций драйвера при раке играют аналогичную роль в нормальных пролиферативных процессах, и практически все они имеют прямое участие в метаболической модуляции. Например, онкоген c-Myc (Myc), который редко мутирует, но является одним из наиболее часто усиливающихся или афферентно активируемых транс -крипционных факторов при раке, ответственен за прямую транскрипционную активацию ряда гликолитических генов и управляет вышеупомянутый биосинтетический метаболизм. В равной степени известно, что Myc увеличивает зависимость опухоли от глютамина как источника энергии и биосинтеза и активирует PPP, а также цикл Кребса, хотя последние два регулируются в основном состоянием оксигенации опухоли.

Существует ряд других путей, которые обычно задействованы ниже стимулов роста и которые часто координируются с Myc, которые периодически мутируют при раке, но также обнаруживаются в областях физиологической пролиферации. Наиболее заметными являются Ras и ось PI3K / AKT / mTOR. Сверхэкспрессия этих путей приводит к таким же метаболическим состояниям, что и у Myc, и обычно может быть классифицирована как биосинтетическая с аэробным гликолизом, глутаминолизом, повышенным ППС и биосинтезом липидов.
До сих пор может показаться, что опухоли просто используют четко определенные метаболические пути для своих целей путем активации онкогенов и ингибирования опухолевых супрессоров. Однако сумма этих путей, по-видимому, отличается в нормальных тканях и опухолях. Например, лактат, оригинальный идентификатор для злокачественного метаболизма, достигает уровней в опухолях (до 40 мМ и более), которые выше, чем в любой нормальной ткани в физиологических условиях (1–5 мМ в зависимости от тканей) или даже в ранах (5– 15 мМ).

Отдельные клетки, продуцирующие или потрeblяющие лактат на любой данной стадии во время онкогенеза, могут не отличаться от отдельных клеток, участвующих в метаболизме этого типа в других частях тела, но в физиологических условиях производство и потр***ение поддерживаются в динамическом равновесии, в то время как при раке это равновесие нарушается и приводит к накоплению лактата и других конечных продуктов в опухоли.

Кстати, лактат имеет плазменную концентрацию около 1 мМ даже у отдыхающих и, как таковой, представляет собой второй по величине пул углерода, связанный с кровью. Вообще, значительная часть углеводов доставляется в здоровые ткани в форме лактата. Эти более свежие данные, похоже, возвращают баланс в сторону глюкозы как основного фактора цикла Кребса.

В гораздо меньших масштабах, вероятно, происходит обмен углеродом через лактат между клетками одного и того же органа. Наиболее изученный пример обнаружен в мозге, где, как считается, астроциты направляют лактат в нейроны после аэробного гликолиза. Точно так же симбиотические отношения были предложены в органоидных культурах между Lgr5-позитивными кишечными стволовыми клетками и окружающими панетическими клетками, где последние, как полагают, участвуют в аэробном гликолизе и передают углерод в форме лактата стволовым клеткам, которым это необходимо для правильной дифференцировки. Опухоли также могут потр***ять лактат, но в целом в них происходит чистое производство лактата.

Таким образом, одно из основных различий между метаболизмом рака и его здоровым аналогом заключается не в основной программе, а в ее недостаточной регуляции. Наиболее распространенные онкогенные факторы вовлекают раковые клетки в непрерывное пролиферативное состояние и, таким образом, удерживают опухолевые клетки в метаболическом состоянии «всегда включено». Это препятствует тому, чтобы раковые клетки реагировали на экзогенные и эндогенные сигналы, такие как избыток питательных веществ, оксигенация, перфузия, окислительно-восстановительное состояние и подкисление, так же, как это делают нормальные ткани.

Эта сумма отдельных компонентов этого преувеличенного и постоянного состояния активации является уникальной для метаболизма опухоли. Результаты этого метаболизма действительно настолько драматичны, что на более поздних стадиях развития рака эффект может стать системным.
Многие опухоли участвуют в метаболических процессах, которые являются уникальными для опухолевых клеток. Эти реакции часто возникают в результате усиления функциональной мутации, которая позволяет ферментам продуцировать новые соединения, или потери фермента, которая приводит к накоплению соединений, которые обычно существуют только на низких уровнях. Некоторые такие онкометаболиты играют активную роль в прогрессировании и, возможно, даже в инициации опухоли.

Вероятно, наиболее известным онкометаболитом является (R) -2-гидроксиглутарат (2-HG), продуцируемый мутированными формами изоцитрат-дегидрогеназы (IDH) 1 и 2, которые преимущественно восстанавливают 2-кетоглутарат до 2-HG. Этот метаболит обычно присутствует только в исчезающих количествах, но его концентрация значительно увеличивается в опухолях, в которых он препятствует ряду путей, таких как активация фактора гипоксии (HIF) или метилирование гистонов.

Важно, что было обнаружено, что 2-HG может ингибировать трансаминазы Bcat1 и 2, таким образом влияя на обмен аминокислот с разветвленной цепью и уменьшая количество глутамата, продуцируемого этими аминокислотами. Это исключает основной источник глутамата, и, следовательно, клетки с мутантной IDH оказались исключительно чувствительными к ингибированию глутаминазы CB-839, так как эта реакция представляет собой второй основной источник глутамата. Интересно, что избыточная экспрессия Myc при раке молочной железы может привести к накоплению 2-HG даже без мутации IDH из-за поразительного увеличения глутаминазы, которая может направлять глутамин в этот путь.

Другие онкометаболиты включают промежуточные звенья цикла Кребса, такие как succinat и фумарат, которые накапливаются из-за мутаций в ферментах, которые обычно их превращают, а именно succinat-дегидрогеназа и фумаратгидратаза. Мутация первого имеет широкие эффекты, включая повышенную зависимость от карбоксилирования пирувата с помощью пируваткарбоксилазы, таким образом потенциально повышая уязвимость опухоли. Он имеет ряд других последствий, таких как нарушение передачи сигналов HIF и ведет к гиперметилированию CpG, которые заметно влияют на транскриптом и метаболизм опухоли.

Накопление фумарата также имеет свои последствия. Было показано, что он стимулирует EMT путем ингибирования антиметастатического кластера miRNA mir-200ba -429, активирует неканоническую передачу сигналов NF-kB и инактивирует путь mTOR.
Специфический для рака метаболизм часто является конечным результатом основного ландшафта вождения онкогенов и метаболических изменений, которые опухолевые клетки претерпевают во время стрессовых реакций.

Опухолевые клетки сталкиваются с давлением с двух сторон. С одной стороны, по меньшей мере, часть клеток в опухоли застряли в пролиферативной петле, из которой они не могут легко выпасть, и в то же время не могут генерировать достаточное количество микроокружения для поддержки такого роста. Это наиболее очевидно в отсутствие однородного кровоснабжения по опухолям, что приводит к гипоксии, а также к чрезмерному подкислению, недостатку питательных веществ и, в конечном итоге, к некрозу со всеми его воспалительными побочными эффектами.

Хотя плохая васкуляризация является существенной первоначальной проблемой, некоторые опухолевые клетки адаптируются к выживанию в этих областях и становятся трудными для лечения из-за недостатка доставки лекарств. Общий результат в метаболизме опухоли может достигаться совместной активностью онкогенов-драйверов и генов ответа на стресс.

Отметим, что стрессовая реакция на гипоксию позволяет клеткам сохраняться в нeblагоприятных условиях и формирует общий метаболизм опухоли, но также создает наведенную летальность, которая не влияет на нормоксические клетки. Однако долгосрочная адаптация к этим условиям, по-видимому, подталкивает эволюцию опухоли к более агрессивным и метаболически адаптивным фенотипам, которые участвуют в прогрессировании и резистентности опухоли.

Продолжим рассказом о мелкоклеточном раке легкого.

Эндокринные клетки дыхательного эпителия 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 .

Функция PNEC могут играть роль с хеморецепторами 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 активировать 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.

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, редки или отсутствуют. Сверхэкспрессия протоонкогенов происходит обычно путем амплификации отдельных хромосомных областей, включая L-myc или C-myc.

Вообще, большинство опухолей SCLC можно классифицировать в одну из трех линий на основе экспрессии POU2F3, ASCL1 или NEUROG1. POU2F3 кодирует член семейства факторов транскрипции POU-домена BRN2, обычно экспрессируемый в редких хемосенсорных клетках нормального эпителия легких (клетки пучка) и желудочно-кишечного тракта. В целом факторы транскрипции домена POU связываются со специфическим октамерным мотивом ДНК и регулируют специфичные для каждого клеточного типа пути дифференцировки.

Пронейральные белки ASCL1 и NEUROD1 стимулируют созревание нейроэндокринных клеток легких и высоко экспрессируются в NE SCLC. Так, избыточная экспрессия ASCL1 и NEUROD1 наблюдается в ~ 70% и ~ 10-20% случаев SCLC, соответственно. Основной фактор транскрипции спираль-петля-спираль (bHLH) ASCL1 считается главным регулятором для большинства NE-рака легких, тогда как NEUROD1 обозначает меньшую подгруппу с промежуточными нейроэндокринными характеристиками.

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.

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.

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).

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.

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).

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.

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.

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.

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.

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.

Продолжим.

Хотя часто предполагается, что молекулярные пути, лежащие в основе нормального органогенеза, подобны тем, которые нарушаются во время канцерогенеза, существует немного примеров тканеспецифичных регуляторных генов, которые играют центральную роль в обоих процессах. В случае предстательной железы молекулярно-генетический анализ показал, что ген гомеобокса Nkx3.1 играет важную роль в нормальной дифференцировке эпителия предстательной железы и потеря его функции является инициирующим событием канцерогенеза простаты.

Nkx3.1 является членом подсемейства NK гомеобоксов, которые участвуют в процессах спецификации клеточной судьбы и органогенеза у многих видов, при этом Nkx3.1 участвует в основном в развитии простаты, в то время как другие члены семейства Nkx играют роль в формировании мезодермы и генезе др. органов. При этом большинство, если не все, гомеопротеины Nkx действуют как репрессоры транскрипции; так NK-3 взаимодействует как с Groucho, так и с HIP-K2, и эти белки, вероятно, существуют в репрессивном комплексе вместе с гистондеацетилазой HDAC1.

Обзор многих генов гомеобокса показывает, что они соответствуют простому правилу: те, которые обычно экспрессируются в пролиферирующих (недифференцированных) клетках, активируются при раке, тогда как те, которые обычно экспрессируются в дифференцированных тканях, снижены при раке. Напоминаю, что гомеодомен — это структурный домен белков, связывающих ДНК или РНК, а гомеобокс — участок ДНК длиной 180 нуклеотидов, который кодирует гомеодомен. Канцерогенная активность дерегулированных генов гомеобокса связана с их неправильным использованием в несоответствующих клеточных контекстах, а не с приобретением «новых» функций. Все это ведет к изменению клеточного фенотипа, при этом гены гомеобокса могут вносить вклад в тканеспецифические особенности фенотипов рака.

Так, потеря функции гена гомеобокса CDX2 в канцерогенезе толстой кишки имеет много общих черт с геном NKX3.1 при раке простаты. Еще одна интересная параллель обеспечивается геном RUNX3 , фактором транскрипции Runt-домена, который подвергается гемизиготной делеции и эпигенетической инактивации в большинстве случаев рака желудка человека.

Во время развития Nkx3.1 является самым ранним из известных маркеров образования простаты и продолжает экспрессироваться на всех стадиях дифференцировки простаты и во взрослом возрасте. Экспрессия Nkx3.1 выявляет предварительную структуру эпителия урогенитального синуса в виде отдельных простатических и непростатических областей.

Nkx3.1 необходим для нормального развития простаты, потому что его потеря функции ведет к дефектам морфогенеза протоков и нарушению секреции простатического белка. Более того, потеря функции Nkx3.1 также вносит вклад в канцерогенез простаты, потому что, например, мутантные по Nkx3.1 мыши предрасположены к карциноме простаты и потеря функции Nkx3.1 кооперируется с таковой других генов-супрессоров опухолей в прогрессировании рака.

Nkx3.1 действует как репрессор транскрипции посредством рекрутирования корепрессоров Gro / TLE. Активность репрессора транскрипции Nkx3.1 потенциально может модулироваться его взаимодействием с другими белками, такими как PDEF (фактор Ets, полученный из простаты), который является членом семейства факторов транскрипции Ets, экспрессируемых в молочных железах взрослых, слюнных железах и простате. PDEF может транскрипционно активировать промотор человеческого PSA, и совместная экспрессия с Nkx3.1 может противодействовать этой активности.

Nkx3.1 также обладает активностью активатора транскрипции в определенных тканевых контекстах. Так, зачатки эпителия предстательной железы подвергаются обширному протоковому разрастанию и ветвлению в окружающую мезенхиму в течение первых 3 недель постнатального развития. Эти появляющиеся зачатки простаты маркируются экспрессией Nkx3.1, которая усиливается по направлению к дистальным концам отрастающих протоков, соответствующих областям активного морфогенеза. Перед канализацией протоков простаты Nkx3.1 экспрессируется равномерно в эпителиальных клетках, но в дальнейшем экспрессия ограничивается люминальным отделом.

Он экспрессируется только в тканевых рекомбинациях, которые формируют простату, т.о. тканевые рекомбинанты, полученные с помощью индуцирующей простату мезенхимы (UGM) и эпителия мочевого пузыря, экспрессируют Nkx3.1 , хотя Nkx3.1 в норме не экспрессируется в мочевом пузыре. Что касается андрогенов, то во время эмбриогенеза функциональные рецепторы андрогенов располагаются в мезенхиме урогенитального синуса, тогда как постнатально они обнаруживаются как в мезенхиме, так и в эпителии. Рецепторы андрогенов изначально необходимы в мезенхиме для выработки сигналов для индукции и роста простаты, и только позже в эпителии для секреторной функции дифференцированных типов клеток.

Хотя первоначальное проявление экспрессии Nkx3.1 в эпителии предстательной железы предшествует таковому у рецептора андрогенов, последующая экспрессия Nkx3.1 зависит от передачи сигналов андрогенов. Более того, экспрессия Nkx3.1 значительно подавляется после кастрации и в клетках андрогенрезистентного рака простаты. Сам он может регулировать экспрессию определенных секреторных белков в ответ на передачу сигналов рецептора андрогена. Так, отмечено снижение или отсутствие нескольких основных секреторных белков во всех долях простаты.

Также бульбо-уретральные железы (BUG) гомозиготных мутантов Nkx3.1 демонстрируют значительно уменьшенный размер, возможно, из-за уменьшения ветвления протоков, а также почти полной потери продуцирующих слизь клеток и их замены клетками с серозным (протоковый эпителиальный) гистологическим фенотипом. Отметим, что дефект секреторного белка вероятно является следствием измененного состояния дифференцировки бульбоуретрального эпителия. Впрочем, эпителий простаты, но не эпителий BUG, ​​очень чувствителен к гиперпластическому росту и канцерогенезу. Соответственно, потеря функция Nkx3.1 приводит к глубокому изменению клеточного состава, но не к гиперпластическому росту бульбоуретрального эпителия, который практически не подвергается канцерогенезу.

NKX3.1 является ведущим кандидатом на ген, расположенный в минимально удаленной области в 8p21, который подвергается аллельному дисбалансу при интраэпителиальной неоплазии простаты (PIN) и раке простаты. Другие хромосомные области, которые имеют решающее значение, особенно для более поздних стадий заболевания, включают 10q и 12p; ведущими генами-кандидатами в этих областях являются PTEN и p27 kip1 соответственно. PTEN и p27 kip1 являются генами-супрессорами опухолей широкого спектра.

Потеря функции Nkx3.1 может влиять на активацию Akt в контексте активности Pten дикого типа. Гетерозиготы Nkx3.1 (Nkx3.1 +/‐ ) развивают PIN как следствие старения, а гетерозиготы с Pten ( Nkx3.1 +/‐ ; Pten +/‐ ), развивают PIN высокой степени и карциному in situ. С другой стороны, Nkx3.1 - / - ; Pten -/‐ простаты могут моделировать события поздней стадии рака простаты, включая развитие метастатического заболевания и переход к андрогенной независимости.

Один из механизмов, с помощью которого Nkx3.1 может подавлять инициирование рака, заключается в защите от окислительного повреждения. Одним из возможных механизмов этих эффектов является взаимодействие NKX3.1 через его гомеодомен с ДНК-репарирующим ферментом топоизомеразой I. NKX3.1 активирует топоизомеразу I на стехиометрической основе и заметно увеличивает активность фермента за счет ускорения связывания топоизомеразы I с ДНК, что усиливает репарацию ДНК, в то время как потеря экспрессии NKX3.1 может предрасполагать клетки рака простаты человека к дальнейшему повреждению ДНК.

Экспрессия белка NKX3.1 подавляется при большинстве раковых заболеваний человека способом, который коррелирует с прогрессированием заболевания. Отметим, что утрата гетерозиготности NKX3.1 при этом не сопровождается мутацией остаточного контралатерального аллеля, таким образом отклоняясь от парадигмы супрессорных генов двуаллельной инактивации. Nkx3.1 не ведет себя как классический опухолевый супрессор, который требует двух ударов для инактивации.

Следовательно, похоже, что во время канцерогенеза простаты человека один аллель NKX3.1 инактивируется посредством хромосомной делеции, тогда как другой инактивируется эпигенетически из-за потери экспрессии белка. А очевидная гаплонедостаточность Nkx3.1 при прогрессировании рака простаты может быть обусловлена ​​первоначально измененными паттернами экспрессии генов у гетерозигот и значительно усиливается во время старения за счет эпигенетической инактивации аллеля Nkx3.1 дикого типа во время образования PIN.

Остаточные уровни экспрессии белка NKX3.1 при раке простаты на ранней стадии, вероятно, будут оказывать продолжительное влияние на рост клеток, тогда как во время прогрессирования до метастатического заболевания может возникнуть селективное давление на потерю белка, потому что> 80% метастатических очагов потеряли все NKX3.1. Уровни экспрессии NKX3.1 при первичном раке простаты ниже, когда NKX3.1 подвергается аллельной потере и метилированию контралатерального аллеля. Более низкие уровни экспрессии NKX3.1 при первичном раке простаты связаны с более высокой степенью Глисона.

Продолжим.

Широко известно, что эпителий предстательной железы подвержен повреждению ДНК из-за воспаления в стареющей предстательной железе. Как я уже упоминал, NKX3.1 представляет собой гаплонедостаточный белок супрессора рака предстательной железы ( в его гене оба аллеля должны быть функциональными для экспрессии дикого типа), экспрессия которого снижена в большинстве случаев первичного рака простаты человека. Во время прогрессирования рака простаты происходит нарастающая потеря экспрессии NKX3.1 (см.выше).

Подавление NKX3.1 является результатом генетической потери, метилирования ДНК или того и другого, и, кроме того, оборот NKX3.1 ускоряется убиквитинированием и протеасомной деградацией, вызванной воздействием на клетки воспалительных цитокинов. Таким образом, области воспалительной атрофии могут вызывать как подавление NKX3.1, так и окислительное повреждение, которое сопровождает воспаление .

Ранним шагом в ответе на повреждение ДНК является быстрое накопление белков, сигнализирующих о повреждении, в месте повреждения, соответствующем сенсорному комплексу белков MRE11, Rad50 и NBS1 (комплекс MRN).

ATM (мутация атаксии и телеангиэктазии - один из трех ДНК-зависимых киназоподобных белков PI3) служит ключевым преобразователем сигналов повреждения ДНК в клетках млекопитающих, частично активируясь комплексом MRN, связанным с двухцепочечными разрывами, для передачи сигналов посредством фосфорилирования гстона H2AX и множества других субстратов. Кроме того, АТМ также реагирует на уровни активных форм кислорода и может действовать как клеточный сенсор окислительного потенциала.
После активации повреждением ДНК, ATM подвергается аутофосфорилированию по сайтам, предпочтительным для субстратов ATM. ATM также активируется окислительным стрессом независимо от повреждения ДНК.

NKX3.1 и ATM имеют функциональное взаимодействие, ведущее к активации ATM, а затем к деградации NKX3.1 в строго регулируемом ответе на повреждение ДНК, специфичном для эпителиальных клеток простаты. Так, связывание NKX3.1 с ATM модулируется фосфорилированием ATM, которое происходит во многих сайтах во время ответа на повреждение ДНК. В течение нескольких минут после повреждения ДНК ATM фосфорилируется по S1981 и NKX3.1 по тирозину 222. Обе посттрансляционные модификации способствуют связыванию двух белков, что приводит к активизации ATM и накоплению pATM на участках повреждения ДНК. К 30 мин ATM фосфорилирует NKX3.1 на T166, а затем на T134, в результате чего происходит убиквитинирование и деградация NKX3.1.

Отметим, что NKX3.1 усиливает активацию ATM в большей степени в ответ на окисление, чем на присутствие поврежденной ДНК. Таким образом, важной функцией NKX3.1 является ускорение и усиление активации ATM в простате, ткани, которая подвержена чрезвычайно высокому уровню окислительного стресса из-за воспаления.

Возможно основным механизмом, с помощью которого потеря NKX3.1 влияет на канцерогенез простаты, является нарушение передачи сигналов повреждения ДНК. Даже в воспаленной или стареющей простате потеря NKX3.1 опосредуется воспалительными цитокинами, которые индуцируют фосфорилирование NKX3.1, что приводит к убиквитинированию и протеасомной деградации и, таким образом, к сокращению периода полужизни белка.

NKX3.1 также активирует топоизомеразу I (см. выше), фермент, раскручивающий ДНК; среди множества его эффектов играет роль восприимчивость клетки к повреждению ДНК. NKX3-1, AR, и FoxA1 способствуют выживанию клеток рака простаты также путем непосредственной активации RAB3B, члена семейства RAB GTPase.

RAB GTPases, как недавно было установлено, вовлечены в пути передачи сигналов и во внутриклеточные процессы, включая рост, пролиферацию, дифференцировку, выживание и клеточный цикл. Например, амплификация гена Rab25 способствует пролиферации, выживанию и агрессивности клеток рака груди и яичников, в то время как сверхэкспрессия секреторных белков Rab27 связана с инвазией и метастазированием клеток рака груди и плохим клиническим прогнозом. RAB3B является критическим компонентом пути выживания клеток РПЖ.

Отметим, что программа пространственной и временной экспрессии любого структурного гена обычно диктуется уникальной комбинацией факторов транскрипции, задействованных в регуляторных областях ДНК, которые функционируют вместе, чтобы либо активировать, либо репрессировать транскрипцию. В прошлом были предприняты большие усилия по описанию коактиваторов (например, SRC, p300 / CBP и медиаторов) и корепрессоров (например, NCoR и SMRT), см. выше. Так, установлено, что белок EZH2 Polycomb Group (PcG) является прямой мишенью для ERG и ESE3 и ключевым игроком в подавлении транскрипции Nkx3.1.

Пионерский фактор транскрипции FoxA1, который сверхэкспрессируется в опухолях простаты, связывается в сайтах связывания AR (ARBS) еще до передачи сигналов андрогена. FoxA1 обладает клон-специфическим транскрипционным цистроном, что определяется распределением моно- и диметилированных гистоновых меток H3K4, а также диметилированных гистоновых меток H3K9 как при раке простаты, так и при раке груди. К дополнительным факторам взаимодействия AR относятся также GATA2, ETS1, ERG и пр.

Нарушение регуляции экспрессии факторов ETS с предполагаемыми онкогенными и опухолевыми супрессорными свойствами очень часто, причем до 80% опухолей простаты имеют один или несколько аберрантно экспрессируемых генов ETS. Семейство ETS человека включает 27 членов, которые имеют общий высококонсервативный ДНК-связывающий домен и являются узловыми точками различных сигнальных путей, контролирующих пролиферацию, дифференцировку и выживание клеток. Так, эпителиально-специфический фактор ETS ESE3 часто подавляется при раке простаты, отрицательно влияет на пролиферацию и выживаемость клеток и действует как опухолевый супрессор в эпителиальных клетках простаты.

ESE3 негативно регулирует EZH2, так как он связывается с промотором EZH2, действуя как репрессор транскрипции гена. Однако связывание ESE3 снижено в клетках, экспрессирующих ERG, указывая на то, что прямая конкуренция за занятость промотора EZH2 может объяснять реципрокную регуляцию EZH2 этими двумя факторами ETS.

EZH2 является ключевым фактором в выполнении программ развития и дифференцировки, а также в поддержании плюрипотентности и самообновления стволовых клеток. EZH2 контролирует также гены, вовлеченные в клеточную адгезию, инвазию и миграцию, то есть пути, которые высоко экспрессируются в опухолях ERG high и ESE3 low.

NKX3.1 объединяет множество сигнальных путей, включая PTEN / PI3K / AKT, p53 и AR, которые все играют критическую роль в развитии простаты и онкогенезе . Таким образом, одновременная индукция EZH2 и ослабление Nkx3.1 может объяснить активацию широкой программы дедифференцировки, наблюдаемой в транскриптоме опухолей ERG high и ESE3 low. Отметим, что промотор Nkx3.1 приобретает репрессивную метку метилирования гистона H3K27 ERG-зависимым образом.

ESE3 может быть критическим фактором для поддержания равновесия между конкурирующими стимулами и обеспечения продолжения программ развития и дифференциации. Генетические события или патологические состояния, такие как перестройка генов или хроническое воспаление, может сдвинуть равновесие в пользу онкогенных ETS, таких как ERG и ESE1, и способствовать активации промитогенных программ, программ выживания и дедифференцировки. В этом контексте возможно, что измененная экспрессия факторов ETS, таких как ESE3 и ESE1, которые обычно присутствуют в эпителиальных клетках простаты, может представлять собой раннее событие, которое взаимодействует с перестройками гена ETS или даже предшествует им на ранних стадиях онкогенеза простаты.

Продолжим.

В немитотических клетках гистоны и ДНК упакованы в нуклеосомы. В каждой нуклеосоме около 150 п.н. ДНК обвивают ядро ​​гистоновых белков, состоящее из тетрамера H3-H4 и двух димеров H2A-H2B. N-концевые хвосты гистонов выступают из основной структуры и могут быть химически модифицированы множеством ферментов. Синергетический эффект этих химических модификаций определяет, будет ли хроматин транскрипционно активным (эухроматин) или неактивным (гетерохроматин) состоянием.

Три основных типа ферментов опосредуют эпигенетическую регуляцию транскрипции через HPTM (посттрансляционные модификации гистонов): «писатели», «ластики» и «читатели». «Писатели» ковалентно добавляют химические группы к гистонам строго регулируемым образом. Три из наиболее охарактеризованных HPTM включают ацетилирование, метилирование и убиквитинирование, которые катализируются соответственно гистоновыми ацетилтрансферазами (HATs), гистоновыми лизин -метилтрансферазами (HKMTs) и убиквитинлигазами E3. Другие HPTM включают сумоилирование, фосфорилирование, ADP-рибозилирование, цитруллинирование и биотинилирование.

Разнообразный набор «писателей»(writers) допускает одновременное существование астрономически большого количества комбинаций HPTM. Интересно, что все эти HPTM обратимы из-за существования «ластиков», которые опосредуют удаление вышеупомянутых химических модификаций. На сегодняшний день гистоновые деацетилазы (HDAC) представляют собой наиболее широко изученные «стиратели», но недавние исследования показали важность лизин-деметилаз (KDM) в SC и биологии рака.

Третий тип ферментов, «ридеры», не модифицируют гистоны напрямую, но распознают определенные HPTM и действуют как стыковочные узлы для других комплексов, которые реконструируют трехмерную структуру хроматина АТФ-зависимым образом. Об одном из них, BRD4 я упоминал выше.

Активность AR может напрямую регулироваться эпигенетическими модификаторами. Разнообразные гистоновые деацетилазы (HDACs), такие как SIRT1, способны деацетилировать AR и тем самым предотвращать ассоциацию с транскрипционным коактиватором p300. Примечательно, что SIRT1 активируется в NEPC.

Репрограммирование клона NEPC в значительной степени обусловлено нарушением регуляции эпигенома и транскрипционных сетей. Так, во время нормального развития эпигенетический аппарат играет центральную роль в установлении уникальных паттернов хроматина, которые определяют фенотип клонов клеток. Этот поток хроматина регулируется RB1 и TP53, которые действуют как привратники, предотвращая, например, нейроэндокринную дифференцировку при раке простаты. Функциональная потеря RB1 и TP53 способствует активации сетей плюрипотентности, частично опосредованной посредством дерепрессии фактора транскрипции плюрипотентности SOX2, а также эпигенетического модификатора EZH2. Это особенно очевидно в локусах генов известных регуляторов решений клеточной судьбы (например, ASCL1 и HES6 ), эпителиально-мезенхимальной пластичности и пронейронального развития.

Аберрантная онкогенная передача сигналов может приводить к фосфорилированию EZH2, которое переключает фермент с репрессора Polycomb на коактиватор транскрипции, функционирующий с AR для поддержки андроген-независимых фенотипов. Так, AR избирательно рекрутируется на промотор гена, кодирующего UBE2C, ингибитор контрольной точки клеточного цикла, который сильно активируется как в андрогенрезистентных опухолях, так и в опухолях NEPC. Подобное перенаправление транскрипционного выхода AR может регулироваться локальной средой хроматина, частично опосредованной взаимодействием AR с EZH2.

В NEPC EZH2 непосредственно образует комплекс с N-Myc, чтобы транскрипционно репрессировать гены, которые обеспечивают состояние аденокарциномы, управляемое AR. С другой стороны AR-отрицательные NEPC клетки не могут быть перепрограммированны обратно в состояние аденокарциномы вслед за ингибированием EZH2; это предполагает, что эпигенетические ингибиторы NEPC могут проявлять наибольшую эффективность в терапевтическом окне до того, как опухоли потеряют экспрессию AR.

AR предпочтительно связывает области, лишенные нуклеосом, поэтому экспрессия пионерных факторов транскрипции FOXA1 и HOXB13, которые даже в сильно уплотненных областях хроматина обеспечивают пермиссивную структуру хроматина и в эпителиальных клетках предстательной железы могут привести к репрограммированию цистрома AR.

Передача сигналов FOXA1 может динамически регулироваться кофакторами; напр., фактор репрограммирования плюрипотентности NANOG перенаправляет комплекс FOXA1: AR для активации сетей, связанных со стволовыми клетками.

Фактором-кандидатом на перепрограммирование AR в NEPC является еще один фактор-пионер Forkhead Box A, FOXA2, который экспрессируется почти исключительно в опухолях NEPC (75% NEPC против 4% аденокарциномы). FOXA2 не только обогащает NEPC, но также коэкспрессируется с редкими синаптофизин-положительными клетками простаты взрослого человека. Экспрессия FOXA2 ограничивается главным образом базальными клетками во время раннего развития простаты, тогда как FOXA1 широко экспрессируется во всем эпителии от раннего развития до зрелости.

Нейробластомы, усиленные MYCN, абсолютно зависят от EZH2 для роста и выживания, предполагая, что взаимодействие между N-Myc и EZH2 управляет активацией нейрональных программ. EZH2 необходим для поддержания бивалентности в генах, связанных с N-Myc, несущих как репрессивные гистоновые метки H3K27me3, так и активные гистоновые метки H3K4me3 (так называемый двухвалентный хроматин).

AR может напрямую привлекать модификаторы гистонов, чтобы влиять на архитектуру хроматина и экспрессию генов. LSD1 является важным регулятором транскрипционной активности AR, облегчая подавление канонических генов-мишеней AR посредством деметилирования H3K4. Интересно, что связывание и трансактивация LSD1 / AR перепрограммируются потерей RB1, что может иметь важные последствия для NEPC.
LSD1 может деметилировать и стабилизировать как гистоны, так и негистоновые субстраты, такие как DNMT1, а также имеет функции, полностью независимые от его ферментативной активности; так при раке простаты LSD1 взаимодействует с ZNF217 для активации генных сетей, участвующих в регуляции фенотипа стволовых клеток, независимо от деметилазы.

HOTAIR действует как каркас для связывания EZH2 и LSD1, которые координированно действуют на домены двухвалентного хроматина, чтобы усилить состояние повышенной пластичности клеток посредством согласованной репрессии онтогенетических генов. Ген HOTAIR содержит 6232 п.н. и кодирует некодирующую молекулу РНК длиной 2,2 т.п.н. , которая контролирует экспрессию гена, чья исходная ДНК расположена в кластере генов HOXC. Эта РНК перемещается с хромосомы 12 на хромосому 2 белком Suz-Twelve. 5 ' конец HOTAIR взаимодействует с PRC2 и в результате регулирует хроматин, что необходимо для подавления гена локуса HOXD. При этом 3' конец HOTAIR взаимодействует с деметилазой гистона LSD1 .

Отметим, что при мелкоклеточном раке легкого ингибиторы LSD1 снижали экспрессию генов нейроэндокринного происхождения и вызывали полную регрессию опухоли в модели мыши, полученной от пациента.

Как EZH2-опосредованное эпигенетическое репрограммирование способствует нейроэндокринной дифференцировке? EZH2 может быть активирован фактором транскрипции 4 (TCF4), ключевым фактором транскрипции в передаче сигналов Wnt / β-катенин, что приводит к отложению репрессивных гистоновых меток H3K27me3 вдоль промотора микроРНК miR-708. Молчание miR-708 снимает ингибирование нейронатина, медиатора нейрональной дифференцировки, а также подобного стволовым клеткам фактора CD44. Повышенная передача сигналов Wnt является признаком опухолей NEPC, а ингибирование TCF4 предотвращало превращение аденокарциномы в NEPC после андрогенной депривации.

Наконец, путь MEK / ERK управляет активацией транскрипции EZH2 и рекрутированием на промотор E-cadherin, тем самым облегчая эпителиально-мезенхимальную пластичность и размножение стволовых клеток / предшественников рака простаты.

Вставка.
FoxO и клеточный цикл

Факторы FoxO регулируют ряд клеточных процессов, участвующих в принятии решений о судьбе клеток, в зависимости от типа клеток и окружающей среды, включая метаболизм, дифференцировку, апоптоз и пролиферацию. Ключевым механизмом, с помощью которого FoxO определяет судьбу клеток, является регуляция аппарата клеточного цикла, и поэтому клеточные последствия дерегуляции FoxO часто проявляются в нарушении клеточного цикла. Следовательно, нарушение регуляции факторов FoxO вовлечено в развитие множества пролиферативных заболеваний, в частности рака.

Семейство FoxO является продуктом увеличения сложности, необходимой для развития высших организмов. К настоящему времени идентифицированы четыре изоформы FoxO (FoxO1, FoxO3a, FoxO4 и FoxO6) в клетках млекопитающих (у людей было идентифицировано по крайней мере 17 подклассов факторов транскрипции Fox).

Клеточная пролиферация включает в себя вход в клеточный цикл из состояния покоя (фаза G0) и успешное прохождение через G1 (фаза паузы 1), S (синтез ДНК), G2 (фаза паузы 2) и M (митоз) клеточного цикла. Фазовые переходы клеточного цикла находятся под строгим контролем сложного набора регуляторных белков клеточного цикла, а прохождение каждой фазы клеточного цикла контролируется в первую очередь совместной активностью специфических циклин-зависимых киназ (CDK) и их регуляторных функций на субъединицы - циклины. Одной из первых функций, обнаруженных для белков FoxO млекопитающих, была их способность регулировать фазовый переход G1 / S .

Развитие клеточного цикла от фазы G1 к фазе S зависит в первую очередь от активации факторов транскрипции E2F посредством последовательного гиперфосфорилирования белков семейства ретинобластомы (pRB) (то есть pRB, p107 и p130), опосредованного циклин-D / комплекс Е-CDK. Во время ранней фазы G1 уровни экспрессии циклинов D-типа активируются митогенными сигналами, что приводит к повышенным уровням активных комплексов циклин D-типа-CDK4 / 6.
Фактически, циклины D-типа являются первыми компонентами аппарата клеточного цикла, которые индуцируются в ответ на митогенную стимуляцию, тем самым обеспечивая связь между пролиферативными сигналами и клеточным циклом. Эти холоферменты циклин D-CDK4 / 6, как полагают, имеют решающее значение для продвижения клеток через точку рестрикции, место в поздней фазе G1, после которой клетки часто становятся независимыми от факторов роста и невосприимчивыми к подавляющим сигналам.

Было показано, что сверхэкспрессия конститутивно активной ядерной формы FoxO1 или FoxO3a подавляет активность CDK4 и вызывает остановку клеточного цикла в фазе G1. Еще не доказано, что белки FoxO подавляют экспрессию циклинов D-типа посредством прямого связывания с промоторами их генов; однако белки FoxO могут их опосредованно подавлять за счет усиления транскрипции Bcl-6, известного репрессора транскрипции гена циклина D2. Также стоит упомянуть, что сигнальный путь PI3K – АКТ непосредственно участвует как в транскрипции гена циклина D1 , так и в стабилизации белка.
Таким образом, повышенный уровень активности PI3K-AKT в сочетании с сопутствующей инактивацией FoxO будет индуцировать циклин D1 на нескольких уровнях, что приводит к аномально высоким уровням активности циклина D1-CDK4 / 6 и быстрому переходу в S-фазу.

Регуляция фазового перехода G1 / S с помощью FoxO также в значительной степени зависит от ингибиторов циклин-зависимых киназ (CKI). Существует два различных класса CKI: семейство Cip / Kip (то есть p21 Cip1 , p27 Kip1 и p57 Kip2 ) и семейство INK4 (то есть p15 INK4b , p16 INK4a , p18 INK4c и p19 1NK4d ). В то время как члены семейства Cip / Kip образуют ингибирующие гетеротримерные комплексы с циклин-CDK, члены INK4 образуют комплекс только с CDK4 и CDK6.
Было показано, что белки FoxO непосредственно повышают регуляцию транскрипции p21 Cip1 и p27 Kip1 членов Cip / Kip и таким образом, могут ингибировать активность CDK-циклинов A, E и D. Два специфических ингибиторов CDK4 / 6, p15 INK4b и p19 INK4d, также оказались мишенями FoxO в индукции остановки клеточного цикла G1.

Функциональным следствием FoxO-опосредованного нарушения образования комплекса циклин-CDK является снижение фосфорилирования белков семейства pRB и, следовательно, транскрипционной активности E2F. Однако FoxO может также напрямую нацеливаться на членов семейства pRB p107 и p130 (также называемых pRB2); FoxO3a и FoxO4 млекопитающих непосредственно активируют транскрипцию гена p130 , который может побуждать клетки к остановке клеточного цикла и переходу в состояние покоя.

Было показано, что во время вступления в клеточный цикл киназа циклин D-CDK4 / 6 запускает частичное фосфорилирование белка pRB, что приводит к дерепрессии небольшого количества генов E2F, включая циклин E. Затем экспрессия циклина E активирует CDK2 для дальнейшего фосфорилирования белков pRB, что приводит к экспрессии полного набора регулируемых E2F регуляторных генов клеточного цикла. Следовательно, FoxO-опосредованная репрессия циклина D-типа, активация CKI и p130 в конечном итоге приведет к подавлению всех регулируемых E2F регуляторов клеточного цикла, необходимых для входа в клеточный цикл.

Остановка клеточного цикла в контрольной точке G2 / M является критическим компонентом стрессовой реакции в клетке, позволяя восстановить повреждение ДНК. Более того, недостатки в контроле контрольных точек фазы G2 / M часто связаны с геномной нестабильностью и онкогенезом. Факторы транскрипции FoxO, как сообщается, также играют роль в поздних фазах клеточного цикла млекопитающих. Так, активация FoxO3a во время S-фазового перехода будет вызывать остановку клеточного цикла G2 / M. Более того, было показано, что в ответ на повреждение ДНК FoxO3a активирует экспрессию гена остановки роста и ответа на повреждение ДНК GADD45a, чтобы опосредовать остановку клеточного цикла G2 / M и запускать репарацию ДНК .

Суперсемейство цитокинов трансформирующего фактора роста β (TGFβ) регулирует широкий спектр клеточных функций, включая прогрессирование клеточного цикла, и нарушение регуляции этого пути связано с онкогенезом. Например, TGFβ ингибирует пролиферацию первичных злокачественных эпителиальных клеток, вызывая остановку клеточного цикла за счет активации группы факторов транскрипции Smad, которые часто мутируют в опухолях. При этом ключевым компонентом передачи сигналов TGFβ является образование комплекса Smad-FoxO3a, который необходим для индукции экспрессии гена p21 Cip1.
Таким образом, FoxO представляет собой точку конвергенции пути PI3K-АКТ с сигнальным каскадом TGFβ, чтобы регулировать прогрессию клеточного цикла. Интересно, что индукции экспрессии p21 Cip1 комплексами FoxO-Smad противостоит FoxG1, тканеспецифический паттерн экспрессии которого, в первую очередь обнаруживаемый в ткани мозга, указывает на сценарий, при котором клеточное происхождение влияет не только на результат, но и на регуляцию передачи сигналов FoxO (например, в глиомах).

Также экспрессия гена FoxM1 может негативно регулироваться целевым геном FoxO3a Mxi1. Кроме того, индуцированная FoxO3a экспрессия CKI может ингибировать комплексы CDK-циклин, которые необходимы для активации и ядерной локализации FoxM1. FoxM1 выполняет критическую функцию в переходе G2 и M, регулируя экспрессию различных регуляторных генов клеточного цикла G2 / M, включая поло-подобную киназу, циклин B , циклин A , CDC25B и CDC2, а потеря FoxM связана с остановкой контрольной точки G2 / M и потерей целостности митотического веретена. Сверхэкспрессия FoxM1 посредством хромосомной амплификации или активации транскрипции, например, через Gli-1, связана с развитием и прогрессированием многих типов рака, включая рак груди, печени, простаты, мозга и легких.

С точки зрения продолжительности жизни эукариотического многоклеточного организма FoxO вызывает остановку клеточного цикла, но в то же время увеличивает продолжительность жизни клетки. Возможно, самый интригующий вопрос возникает из-за параллелей между p53 и FoxO, оба которых подавляют развитие опухолей, но баланс активности которых может частично контролироваться петлей отрицательной обратной связи между двумя белками. Действительно, p53 может индуцировать экспрессию киназы, фосфорилирующей и исключающей из ядра FoxO3a, а FoxO3a в свою очередь может ингибировать опосредованную p53 репрессию экспрессии SIRT1, которая связывает и деацетилирует p53.

Рак молочной железы

В настоящее время для определения адекватной тактики лечения используется молекулярно-генетическая классификация рака молочной железы, предложенная в 2000 г. Perou C.M. и соавт. Данная классификация основана на выделении группы из 465 генов, распределяющихся на четыре экспрессионных паттерна, соответствующих люминальному А, люминальному В, HER2/neu позитивному и «трижды негативному» раку молочной железы. Каждый из перечисленных молекулярно-генетических типов характеризуется особенностями ответа опухоли на проводимое лечение и различным исходом заболевания.

Люминальные (А и В) раки молочной железы максимально разнообразны по морфологическому строению опухоли, в то время как трижды негативный тип и новообразования с гиперэкспрессией HER2/neu чаще характеризуются мономорфным строением инфильтративного компонента с редким присутствием в нем высоко дифференцированных тубулярных структур. Кроме того, при трижды негативном раке молочной железы отмечается преобладание паренхиматозного компонента и выраженная воспалительная инфильтрация стромы опухоли.

Люминальный тип А рака молочной железы составляет около 30-45% от всех наблюдений, является эстроген-зависимой группой, диагностируется преимущественно у женщин в постменопаузе. При иммуногистохимическом исследовании обнаруживается позитивная экспрессия рецепторов к половым гормонам (эстрогенам и прогестерону), негативная экспрессия HER2/neu и низкая пролиферативная активность (экспрессия Ki67 менее 20%). Для этой группы, в сравнении с остальными, определяются низкие показатели рецидивирования и высокие - общей выживаемости. Эта гистогенетическая группа рака молочной железы характеризуется высокой чувствительностью к гормональной терапии (тамоксифен, ингибиторы ароматазы).

Люминальный тип В встречается в 14-18% случаев, является эстроген-зависимой опухолью и обнаруживается у более молодых больных. Характеризуется позитивной экспрессией рецепторов к эстрогенам и прогестерону. В зависимости от HER2/neu статуса и пролиферативной активности подразделяется на два варианта: с экспрессией Ki67 более 20% в сочетании с негативным HER2/neu статусом и с позитивной экспрессией HER2/neu, независимо от уровня Ki67 (отметим, что Кi67 экспрессируется во всех фазах клеточного цикла, кроме G0). В сравнении с люминальным А, чаще сопровождается метастатическим поражением лимфатических узлов и рецидивированием. Эти новообразования чаще являются не чувствительными к химио- и гормональной терапии, но в случаях с позитивной экспрессией HER2/neu чувствительны к транстузумабу .

HER2/neu позитивный рак молочной железы встречается в 8-15% случаев (высокое содержание рецептора 2 эпидермального фактора роста человека (HER2 / ErbB2). При иммуногистохимическом исследовании определяется негативная экспрессия рецепторов к половым гормонам, позитивная экспрессия HER2/neu, высокий (экспрессия Ki67 более 20%) пролиферативный индекс. Клинически для таких опухолей характерен большой размер, частое вовлечение в метастатический процесс лимфатических узлов, низкие показатели общей выживаемости. Для этой группы опухолей эффективно назначение транстузумаба в адъювантном режиме, не чувствительны к гормонотерапии.

«Трижды негативный» (ТНР) рак молочной железы, как это следует из названия этой группы, характеризуется отсутствием экспрессии рецепторов к половым гормонам и к HER2/neu. Встречается в 27-39% наблюдений, является эстроген-независимой агрессивной опухолью и выявляется у более молодых женщин. Часто обнаруживаются мутации BRCA1. Гистологически представлен протоковым или метапластическим морфологическим типом опухоли с низкой степенью дифференцировки, ядерным полиморфизмом и некрозами паренхиматозных структур. Иммуногистохимически определяется высокая пролиферативная активность, позитивная экспрессия HER1 (EGFR1), виментина, с-kit.

В зависимости от способности экспрессировать цитокератины 5/6 и/или 14 он подразделяется на базальноподобный и небазальноподобный подтипы. «Трижды негативные» опухоли имеют большие размеры, чаще метастазируют в лимфатические узлы и отдаленные органы, характеризуются более низкими показателями выживаемости.
Только в группе больных с трижды негативным типом рака молочной железы выявлена зависимость гематогенной диссеминации от наличия лимфогенных метастазов и от количества пораженных лимфоузлов. Такие опухоли чувствительны к химиотерапии, включающей антрациклин и таксан-содержащие схемы.
При метастазировании имеет значение и выраженность инфильтративного компонента опухоли. Считается, что инвазивный протоковый рак с преобладанием внутрипротокового компонента метастазирует в регионарные лимфатические узлы редко – в 4,2% наблюдений, инвазивный протоковый рак с преобладанием инфильтративного компонента – много чаще – в 42%. Н***агоприятный прогноз имеет обнаружение инвазивного долькового рака, обладающего выраженным инвазивным ростом, склонного к множественному и двухстороннему поражению, а также обширному метастазированию. Для тубулярного и слизистого инвазивного рака характерен благоприятный прогноз.

Детально исследуются субпопуляции Т лимфоцитов. Показано, что с уменьшением реакции CD4+ Т–хелперов/индукторов и CD8+ супрессоров/цитотоксических клеток достоверно увеличивается частота метастатического поражения регионарных лимфоузлов. Частота отдаленных метастазов и стадия заболевания отрицательно коррелирует с инфильтрацией опухоли субпопуляцией CD8+ Т–лимфоцитов.

Согласно рекомендациям, принятым в Сан–Галлене, при планировании терапии больным раком молочной железы такому параметру, как гистологическая форма новообразования уделяют большое внимание. Так при особых гистологических типах, являющихся эндокриночувствительными (крибриформная, тубулярная и слизистая карциномы) назначается эндокринотерапия, в случаях с эндокринонечувствительными опухолями (апокриновая, железистокистозная и метапластическая карциномы) – цитотоксическая химиотерапия.

Что касается молекулярного патогенеза, то, например, экспрессия bcl–2 прямо пропорциональна экспрессии рецепторов к эстрогенам и прогестерону. Существуют данные об обратной связи между экспрессией bcl–2 и HER2/neu статусом, а также экспрессией p53 в первичном опухолевом узле. Белок bcl–2 тормозит апоптоз, ингибируя высвобождение из митохондрий цитохрома и апоптозиндуцирующего фактора. Взаимодействуя с митохондриями и внутриклеточными мембранами, он ингибирует липидные пероксидазные реакции на мембранах. Гиперэкспрессия bcl–2 в ткани рака молочной железы наблюдается в 25-75% случаев.

TGF–ß в нормальной ткани молочной железы является мощным ингибитором пролиферации протокового и альвеолярного эпителия. На ранних этапах канцерогенеза TGF– ß функционирует как опухолевый супрессор, oднако на более поздних стадиях канцерогенеза, уровни TGF–ß увеличиваются с прогрессией опухоли (см. выше). В целом уровень TGF–ß в злокачественных опухолях был снижен на 20% с сравнении с нормальной тканью или с доброкачественными образованиями. Здесь особенно значим уровень TGF–ß рецепторов III типа; так, у больных без метастатического поражения регионарных лимфоузлов уровень TGF–RIII был уменьшенным в 60 % случаев. У пациенток с наличием лимфогенных метастазов снижение уровня TGF–RIII наблюдалось в 64,7 %, а у больных с отдаленными метастазами – в 100 %.

Продолжим.

Особенность молочной железы — необычайная структурная и функциональная изменчивость. В течение жизни она многократно подвергается различным морфологическим перестройкам. Молочные железы новорожденных девочек построены довольно просто, они не имеют долек, а состоят из мелких трубочек, выстланных двумя слоями клеток: темного апокринизирующего эпителия и крупного светлого слоя клеток — миоэпителия.

Начиная с возраста 3-4 мес строение молочных желез еще более упрощается, что связано с прекращением действия материнских гормонов. До полового созревания молочные железы пребывают в состоянии относительного покоя. В период полового созревания происходит удлинение и разветвление мелких протоков, образование солидных клеточных почек на концах. Сформированные дольки появляются с началом менструации. Полное созревание эпителия молочных желез происходит во время беременности, чтобы генерировать сложные дольки и специализированные эпителиальные клетки в альвеолах, которые способны синтезировать и секретировать молоко для лактации.

У женщины молочная железа состоит из трех компонентов: кожи, подкожной жировой ткани и функциональной ткани, в состав которой входит паренхима и строма. Паренхимой является разветвленная железистая сеть из 15-20 сегментов, каждый из которых — самостоятельная экзокринная железа, протоки которых сходятся к соску и открываются на его вершине выводными протоками.

Истинное развитие ацинусов происходит в период беременности и лактации. Концевые (терминальные) протоки и ацинусы принято называть TDLU («концевыми протоково-дольковыми единицами»). Они окружены рыхлой внутридольковой соединительной тканью, отличающейся от более плотной междольковой стромы (впрочем, в период менструации эти различия стромы сглаживаются). Большинство случаев рака молочной железы возникают из эпителия TDLU, то есть являются однородной гистогенетической популяцией. Однако исторически сложилось деление РМЖ на протоковый и дольковый.

В период полового созревания эпителиальные клетки молочной железы, в частности те, которые находятся в TDLU, пролиферируют в ответ на стероиды яичников, а зрелая железа подвергается циклической пролиферации и апоптозу в течение каждого последующего менструального цикла. Так, в период менструации уменьшается количество альвеол, утолщается базальная мембрана, миоэпителиальные клетки съеживаются, постепенно темнеют, стихает пролиферация эпителия протоков. После лактации альвеолы ​​также подвергаются апоптозу. Этот процесс роста и регрессии свидетельствует о наличии иерархии стволовых и прогениторных клеток, способных регенерировать специализированные популяции эпителиальных клеток молочной железы.

В молочной железе, как и в простате, секреторные дольки образованы люминальными (просветными) и базальными клетками, среди которых много миоэпителиальных клеток. Стволовые клетки выявлены среди базальных клеток, а клетки-предшественники имеются в обоих слоях. Биология нормальных предшественников может играть важную роль в фенотипе и поведении опухоли. В частности, 70% случаев рака молочной железы выявляют ERα, а более половины ERα + клеток рака молочной железы также имеют PR.

Гормоны яичников, 17β-эстрадиол (далее E2) и прогестерон играют ключевую роль в развитии молочной железы. Хотя пренатальное развитие молочной железы относительно не зависит от этих стероидных гормонов, во время полового созревания происходит выраженный рост, для которого требуется E2. Гормоны яичников влияют на глубокие морфогенетические изменения в развитии желез путем индукции удлинения протоков, бокового ветвления, образования терминальных зачатков (TEB) и альвеологенеза.

E2 осуществляет свои биологические функции через специфические лиганд-индуцируемые ядерные рецепторы, а именно рецепторы эстрогена (ER) ERα и ERβ, причем ERα необходим для постнатального развития молочной железы, в то время как ERβ - нет. Каноническое действие ER (как и AR) включает связывание с его лигандом с сопутствующей диссоциацией от белков-шаперонов HSP, димеризацию рецептора, проникновение в ядро ​​и связывание с элементами ответа E2 (ERE), расположенными в промоторных / энхансерных областях генов-мишеней для регулирования транскрипции. ERα также предпочтительно рекрутируется в энхансерные области генов-мишеней при стимуляции E2.

ERα также может влиять на транскрипцию гена косвенно через его физическое взаимодействие с другими факторами транскрипции, такими как активаторный белок 1 (AP1), SP1, ядерный фактор-κB (NF-κB) и E2F1, а первым открытым корегулятором ERα является SRC-3 / AIB1.

Большинство коактиваторов используют специфические мотивы, называемые NR-боксами или мотивами LXXLL (X, любая аминокислота; L, лейцин), чтобы опосредовать их взаимодействие с лиганд-связывающими доменами ER. Напротив, корепрессоры ингибируют ER-опосредованную транскрипцию гена посредством прямого взаимодействия с нелигандованным ER или за счет использования бокса корепрессорного ядерного рецептора (CoRNR), присутствующего в нем, или путем конкуренции с коактиваторами за связывание ER.

Интригующий вопрос о поле ER - наличие многих корегуляторов ER (> 200). Сообщается, что дифференциальная экспрессия корегуляторов во многих тканях объясняет клеточно-специфическую регуляцию экспрессии гена-мишени E2. Комбинированные или индивидуальные модификации корегулятора также могут предоставлять различные виды деятельности для одного и того же корегулятора. Таким образом, в клетке создается репертуар корегуляторов, так что эти регуляторные молекулы используются в подходящее время и в соответствующих условиях.

SRC-1, 2 и 3, коактивируют передачу сигналов ER в эпителиальных и раковых клетках молочных желез, причем SRC-1 необходим для нормального удлинения протоков молочных желез и развития альвеол, в том числе во время беременности. Белок SRC-2 экспрессируется в эпителиальных клетках молочных желез, которые положительны в отношении рецептора прогестерона (PgR), указывая тем самым, что Src-2 молочных желез может играть решающую роль в опосредованном прогестероном пролиферативном развитии.

BRCA1 ингибирует транскрипционную активность ЕR посредством прямого взаимодействия между BRCA1 и белками ER и частично, регулируя экспрессию p300, коактиватора транскрипции для ER. Отметим, что BRCA-опосредованное ингибирование транскрипционной активности ER зависит от способности BRCA1 моноубиквитинировать ER, которая, в свою очередь, зависит от статуса ацетилирования ER. Впрочем, чем больше BRCA1, тем больше клетка компесаторно вырабатывает ЕR, так что потеря BRCA1 может приводить к ER-негативному фенотипу, обеспечивая молекулярную основу для потери экспрессии ER в большинстве злокачественных опухолей с мутантным BRCA1.

BRCA1 также транскрипционно регулирует ряд базальных и люминальных терминальных маркеров дифференцировки, которые определяют судьбу клеток в молочных железах. Так BRCA1 способствует дифференцировке по люминальному клону в координации с передачей сигналов Notch. Более того, BRCA1 также сотрудничает с GATA3, чтобы регулировать гены, критические для поддержания люминального фенотипа.
CITED-1, ядерный белок, связывающий CBP / p300, в ER-положительных клетках рака молочной железы связывается непосредственно с ER через свой домен трансактивации и сенсибилизирует клетки к E2, стабилизируя E2-зависимое взаимодействие между p300 и ER. CITED-1 может также опосредовать сигналы в регуляторной оси E2-TGF-β. Во время полового созревания CITED-1 локализуется в популяции люминальных эпителиальных клеток протоков молочных желез и в клетках TEB.

Циклин D1 сверхэкспрессируется в 50% случаев рака груди. Показано, что он коактивирует ER-зависимую транскрипцию лиганд-независимым образом, конкурируя с BRCA1 за связывание с шарнирной областью ER и тем самым проявляя коактиваторную функцию. Также циклин D1 необходим для конвергенции передачи сигналов ER и фактора роста в общем цис-элементе генов факторов роста.

E6-связанный белок (E6-AP) выполняет две независимые дискретные функции: коактивацию ER и активность убиквитин-протеинлигазы. Так, фосфорилирование ER по тирозину 537 (Y537) с помощью киназы Src усиливает связывание ER с убиквитином E6-AP, последующее убиквитинирование ER и, в конечном итоге, потерю его функции. Поэтому снижение E6-AP приводит к увеличению уровня ER. С другой стороны, E6-AP усиливает транскрипционную активность ER путем рекрутирования модификаторов хроматина, таких как p300, на промоторы генов-мишеней ER. Это предполагает тонкий баланс между функцией коактиватора E6-AP и его активностью разложения ER, что объясняет его роль в маммогенезе (E6-AP ингибирует латеральное ветвление во время развития молочных желез), а также в развитии рака груди.

Продолжим.

Белок HER2 принадлежит к семейству рецепторов эпидермального фактора роста (EGFR), состоящему из 4 трансмембранных тирозинкиназных (ТК) рецепторов: HER1 (EGFR/ErbB1), HER2 (ErbB2/neu), HER3 (ErbB3) и HER4 (ErbB4). Помимо внутриклеточного белкового ТК-домена, все рецепторы имеют трансмембранный сегмент и экстрацеллюлярный домен, ответственный за связывание с лигандом. В настоящее время известно более 10 лигандов, которые связываются с HER1, HER3 и HER4.

Лиганд, связывающийся с экстрацеллюлярным доменом, индуцирует конформационные изменения рецептора, промотирующие димеризацию его с другими членами семейства EGFR (гомо- или гетеро-), следствием чего является активация ТК-домена и аутофосфорилирование. В результате аутофосфорилирования каждый димер может запускать различные внутриклеточные сигнальные пути, передающие активирующий сигнал в ядро клетки, такие как PI3K/Akt или Ras/Raf/MAPK и STATs, которые играют важную роль в процессах онкогенеза: росте, пролиферации, выживании, подвижности клеток и апоптозе.

Лиганды к HER2 пока еще не идентифицированы. Предполагается, что он участвует в процессе димеризации в качестве корецептора, образуя гетеродимеры с другими представителями семейства EGFR. Помимо этого HER2, обладая конститутивной активностью, может принимать участие в лиганд-независимой гомо- или гетеродимеризации. Полагают, что HER2 является наиболее частым партнером для димеризации со всеми другими рецепторами, включая HER3.

В отличие от других EGFR, HER3-рецептор не обладает собственной тирозинкиназной активностью, и для генерации сигнала ему необходима гетеродимеризация. Кроме того, он содержит по крайней мере 6 доменов для связывания с регуляторной субъединицей PI3K: p85 и является наиболее мощным из всех EGFR активатором PI3K-пути. HER3 играет важную роль в реализации биологической активности HER2. Kлеточные линии РМЖ, экспрессирующие как HER2-, так и HER3-рецепторы, обладают более высокой степенью фосфорилирования Akt с ее активацией.

Основным механизмом гиперэкспрессии белка HER2 считается амплификация гена. Известно, что экспрессия HER2 способствует канцерогенезу. Однако для стимуляции клеточной пролиферации РМЖ рецептору HER2 необходим HER3, что подчеркивает значимость гетеродимерного комплекса HER2/HER3.

С развитием и прогрессированием РМЖ связана также активация рецепторов инсулино -подобного фактора роста 1 (IGF-1R). IGF-1R также относится к числу тирозинкиназных рецепторов, связываясь с IGF-1 и IGF-2, он регулирует клеточную пролиферацию и выживание. Существуют доказательства перекрестного взаимодействия между путями проведения сигнала, активированными семейством EGFR и IGF-1R. Так, в клетках РМЖ, резистентных к трастузумабу, выявлена гетеродимеризация между IGF-1R и HER2, что может являться одной из причин резистентности.

Внедрение в клиническую практику трастузумаба (Герцептин) – гуманизированного моноклонального антитела к экстрацеллюлярному домену белка HER2 – кардинально повлияло на выживаемость пациенток с HER2-положительным РМЖ, существенно улучшив как непосредственные, так и отдаленные результаты лечения. Однако вскоре после появления трастузумаба в конце 1990-х годов клиницисты начали наблюдать явное увеличение частоты метастазов в ЦНС по сравнению с историческими оценками. Дело в том, что трастузумаб плохо проникает через гематоэнцефалический барьер даже при наличии метастазов в головной мозг, следовательно, ЦНС является потенциальным убежищем для пациентов с HER2-положительным заболеванием, получающих трастузумаб.

HER4 / ErbB4 является членом семейства EGFR, который протеолитически процессируется на поверхности клетки для высвобождения цитозольного фрагмента, то есть внутриклеточного домена (4ICD), который независимо влияет на множество функций, включая действие в качестве коактиватора для ER. Установлено, что его функции зависят от местоположения. Напр., ядерный 4ICD в опухолевых клетках действует как мощный коактиватор ER, приводящий к E2-стимулированной пролиферации клеток рака груди, тогда как в молочной железе он регулирует дифференцировку и лактацию посредством пути STAT5. Цитозольный 4ICD накапливается в митохондриях, где он регулирует апоптоз.

Интересно, что Her4 сам по себе является геном, индуцируемым E2, и комплекс ER / 4ICD рекрутируется на промотор Her4 в ответ на E2. Поскольку также показано, что экспрессия Her4 необходима для стимулирующего рост действия E2 в клетках рака груди, это свиде -тельствует об участии аутокринной передачи сигналов в клетках рака груди. Кроме того, 4ICD взаимодействует с ER для усиления экспрессии PR в нормальной груди.

Семья MTA1. Белки, ассоциированные с метастазами, представляют собой небольшое семейство корегуляторов, которое включает MTA1, MTA2 и MTA3. Индивидуальные MTAs принимают участие в качестве критических компонентов комплекса ядерного ремодели -рования и деацетилирования (NuRD) и, следовательно, подавляют экспрессию целевых генов посредством деацетилирования гистонов в хроматине. Первым геном-мишенью, идентифицированным для комплекса MTA1 / NuRD, является ER, и лиганд-зависимые функции трансактивации ER репрессируются в клетках рака груди.

MTA3 также формирует комплекс Mi2-NuRD, специфичный для клеточного типа. MTA3 действует как прямой репрессор транскрипции Snail, главного регулятора эпителиально-мезенхимального перехода (EMT). Кроме того, молекулярный анализ показал снижение протокового ветвления за счет подавления Wnt4 экспрессии с помощью MTA3-NuRD комплекса.

Prohibitin (PHB) и REA (репрессор активности ER), также известный как PHB2, принадлежат к семейству белков, которые содержат эволюционно консервативный домен запрета гомологии. PHB играет разнообразную роль в клеточной дифференцировке, антипролиферации и морфогенезе. Избыточная экспрессия PHB в клетках рака груди подавляет транскрипционную активность ER, тогда как истощение увеличивает экспрессию генов-мишеней ER. PHB взаимодействует с HDAC1 через свой спиральный домен, что частично объясняет его корепрессорную активность в отношении функций трансактивации ER.
Ускоренный рост молочных желез в ответ на лечение стероидными гормонами наблюдался у гетерозиготных мышах Phb +/-, что указывает на важную роль in vivo PHB как корепрессора ER в контроле индуцированного стероидами морфогенеза молочных желез.

Продолжим.

Клетки, которые экспрессируют ERα, не характеризуются маркерами пролиферации. Таким образом, действие эстрогена через ERα опосредуется паракринным механизмом, способствующим пролиферации окружающих клеток. Одним из паракринных медиаторов эстрогена является амфирегулин, который также необходим для удлинения протоков.

Эпидермальный фактор роста (EGF), трансформирующий фактор роста альфа (TGFα) и нейрегулин-1 - все они необходимы для удлинения пубертатного протока, что указывает на то, что активация рецепторов семейства EGF эстрогеном имеет решающее значение для элонгации протоков.

После полового созревания молочная железа подвергается боковому ветвлению в ответ на стероиды яичников, вырабатываемые в течение менструального цикла. Этот процесс обусловлен прежде всего действиями прогестерона, который также действует на окружающие клетки через паракринный механизм. Одним из паракринных медиаторов активности прогестерона является RANKL, член суперсемейства факторов некроза опухолей, сверхэкспрессия которого приводит к преждевременному ветвлению боковых протоков и альвеологенезу, сходному с эффектами стимуляции прогестероном. Другой нижестоящей мишенью и паракринным медиатором PR является WNT-4, который активируется в первичных эпителиальных клетках молочной железы в ответ на прогестерон.

У человека в отличие от мышиной молочной железы, конечные почки не появляются и не врастают в строму молочной железы; скорее, дольки, разделенные соединительной тканью, развиваются и соединяются с центральными протоками. Дольки различаются по размеру и были классифицированы по степени их развития. Дольки I типа являются наименее развитыми и характеризуются как имеющие самую высокую экспрессию ERα и PR. Дольки созревают за счет увеличения их размера и сложности во время беременности, дольки типа IV присутствуют только у кормящих женщин. Хотя ткань молочной железы у неродившихся женщин в основном содержит дольки типа I, дольки типа II и типа III также присутствуют.

У людей пролиферация эпителиальных клеток молочной железы не достигает своего пика во время фолликулярной фазы, когда циркулирующие эстрогены находятся на максимуме, а скорее во время лютеиновой фазы, когда отношение циркулирующего прогестерона к эстрогену увеличивается. Таким образом, применение тамоксифена у женщин может ингибировать пролиферацию эпителия молочной железы во время лютеиновой фазы менструального цикла. Отметим, что дольки I типа более распространены во время фолликулярной фазы менструального цикла, тогда как дольки II типа чаще встречаются в течение лютеиновая фаза.

Транскрипционные факторы играют центральную клеточно-специфическую роль в выборе линии и клеточных решениях судьбы. Например, Gata-3 экспрессируется в эпителиальных клетках просвета и было показано, что он играет центральную роль в регуляции морфоге -неза молочной железы и дифференцировки этих клеток в процессе развития и в зрелой железе. Во время беременности GATA3, по-видимому, участвует в дифференцировке люминального эпителия, необходимой для лобулоальвеолярного развития. Потеря Gata-3, особенно во время лактации, приводит к значительному уменьшению количества дифференцированных альвеолярных клеток.

Один механизм, посредством которого Gata-3 регулирует дифференцировку клеток просвета, заключается в активации фактора транскрипции FoxA1, который важен для экспрессии ERα (аналогмчно AR). Так, дефицит FoxA1 приводит к значительному снижению экспрессии ERα и нарушение инвазии протоков вглубь молочной железы вследствие нарушения образования терминальных зачатков (нет протоков, значит нет альвеол).

ER в свою очередь индуцирует экспрессию GATA3 в клетках просвета, подразумевая, что существует взаимозависимость FOXA1, ER и GATA3 в поддержании этих клеток. Так, стимуляция лигандом приводит к образованию трехчастного энхансомного комплекса ERα, FOXA1 и GATA3, который дополнительно обеспечивает оптимальную активацию транскрипции путем рекрутирования p300 на хроматин гена-мишени. Интересно, что FOXM1 подавляет экспрессию GATA3 посредством метилирования промотора GATA3 в сочетании с DNMT3ß (ДНК-метилтрансферазой).

Экспрессия как GATA-3, так и FOXA1 связана с подтипами клеток просвета (см. выше) и имеет хороший прогноз у пациентов с ER-положительным раком груди. Здесь присутствие FOXA1 указывает на наличиие функционального комплекса ER, который хорошо поддается эндокринной терапии.

Однако экспрессия ER и FOXA1 сохраняется в метастатических сайтах. Тамоксифен действует путем ингибирования активности эстроген-ER в клетках рака молочной железы, причем для его действия требуется FOXA1. В исследованиях сигнал связывания ER был самым низким у пациентов с хорошим прогнозом и самым высоким в образцах с метастазами, что позволяет предположить, что интенсивность связывания ER может соответствовать прогрессированию ER-положительного рака молочной железы. Здесь повышенное связывание ER в устойчивых к тамоксифену раковых клетках вероятно, связано с FOXA1-опосредованным перепрограммированием связывания ER. Вообще, характерный цистром ER выявляет генные сигнатуры, которые могут предсказать клинический исход при ER-положительном раке молочной железы.

Транскрипционный фактор C / EBPβ также играет важную роль в дифференцировке просвет -ных клеток и правильном паттерне стероидных рецепторов, что обеспечивает экспансию просветных клеток, а также их способность дифференцироваться в популяцию, способную давать альвеолы, клетки которых секретируют молочные белки во время лактации. Другой транскрипционный фактор, E74-подобный фактор 5 (Elf5, также известный как ESE-2), также регулирует альвеолярную дифференцировку; экспрессия Elf5 индуцируется прогестероном.

Во время беременности Elf5 является критическим для дифференцировки секреторных клеток и регулируется как Stat5-опосредованными, так и независимыми механизмами. ERα и PR регулируют Stat5 и Elf5 и в свою очередь регулируются гормоном гипофиза пролакти -ном, который имеет решающее значение для альвеологенеза во время беременности и дифференцировки во время лактации.

Белок 140, взаимодействующий с рецептором (RIP140), экспрессируется как в эпителии, так и в строме молочных желез и участвует в различных регуляторных петлях обратной связи и ингибирующих перекрестных взаимодействий с участием нескольких ядерных рецепторов. Экспрессия RIP140 необходима для удлинения протоков во время полового созревания, а его подавление ведет к полной потере эпителия молочных желез. Кстати, RIP140 ингибирует ER-зависимую транскрипцию по ходу менструального цикла, конкурируя с коактиваторами, а также рекрутируя гистоновые деацетилазы (HDAC) на хроматин гена-мишени ER.

Также репрессор активности ER (REA) первоначально был идентифицирован как белок, взаимодействующий с ER, демонстрируя свои корепрессорные функции, усиливая связывание антиэстрогенов, таких как SERM, с ER. REA функционально конкурирует с коактиваторами, такими как SRC-1, для модуляции транскрипционной активности ER, что частично объясняет его корепрессорную активность. Во время беременности и кормления грудью при гомозиготным Rea с делецией гена в эпителии молочных желез выявлена потеря лобулоальвеолярных структур и усиление апоптоза альвеолярного эпителия молочных желез, что привело к нарушению выработки молока.

Продолжим.

Блокада сигнала E2 либо тамоксифеном (ТАМ), либо ингибиторами ароматазы (AI) является важной терапевтической стратегией для лечения или предотвращения рака груди, положительного по рецепторам эстрогена (ER). Однако устойчивость к ТАМ является основным препятствием в эндокринной терапии. Это сопротивление возникает либо de novo, либо приобретается после первоначальной положительной реакции.

Активность ТАМ зависит от уровней циркулирующего E2, которые выше у женщин в пременопаузе и ниже у женщин в постменопаузе. Первоначально считавшийся антагонистом, ТАМ в настоящее время классифицируется как селективный модулятор рецептора эстрогена (SERM), соединение, которое проявляет тканеспецифическую агонистическую или антагонистическую активность ER.

Комплекс TAM-ER гомо- или гетеродимеризуется и перемещается в ядро ​​клетки, вызывая активацию домена фактора активации 1 (AF1) ER и ингибируя его домен фактора активации 2 (AF2). Транскрипция гена (ов), отвечающего на Е2, при этом ослаблена, потому что AF2, лиганд-зависимый домен неактивен, а связывание коактиватора ER снижено комплексом TAM-ER; частичная агонистическая активность является результатом домена AF1, который остается активным в TAM-ER комплексе. Так, в ERα-позитивных / HER2-позитивных опухолях ТАМ, по-видимому, действует как агонист E2, способствуя увеличению пролиферации и выживаемости клеток.

ТАМ снижает риск развития ERα-положительного рака молочной железы как минимум на 50% как у женщин в пре-, так и в постменопаузе. Так, ТАМ подавляет пролиферацию клеток, вызывая остановку клеточного цикла в фазе G0 / G1. Использование этого антиэстрогенного агента (доза 20 мг / день) снижает частоту возникновения рака груди на 38% у здоровых женщин с высоким риском заражения, снижает вероятность рецидива на ранних стадиях рака груди, предотвращает развитие рака противоположной молочной железы, снижает пролиферацию клеток, вызывает апоптоз и снижает риск развития инвазивного рака молочной железы у женщин с протоковой карциномой in situ (DCIS).

ТАМ интенсивно метаболизируется в печени и, в меньшей степени, локально в груди, при этом основная экскреция происходит с желчью и фекалиями. Ферменты цитохрома P450 (CYP) опосредуют биотрансформацию ТАМ в несколько первичных и вторичных продуктов, в основном за счет деметилирования и гидроксилирования. Отметим, что его метаболиты эндоксифен и 4-ОН-ТАМ обладают более высокой эффективностью, чем исходное соединение.
Эндоксифен, основной метаболит, ответственный за действие ТАМ in vivo, по-видимому, по-разному влияет на два рецептора ER. Он стабилизирует ERβ, способствуя гетеродимеризации рецепторов и оказывает повышенное ингибирующее действие на экспрессию генов-мишеней. С другой стороны, эндоксифен нацелен на ERα для протеасомной деградации в клетках рака молочной железы.

В нормальной ткани молочной железы ERβ играет роль доминирующего рецептора, но во время канцерогенеза количество ERβ уменьшается, а количество ERα увеличивается. Таким образом, предполагается, что ERβ действует как ген-супрессор опухолей при раке груди. Большинство ER, присутствующих в опухолях груди, являются ERα; кроме того, высокие уровни этого рецептора в доброкачественном эпителии молочной железы увеличивают риск развития рака молочной железы, а ERα, в частности, был связан с инициацией опухоли и ее прогрессированием на более поздних стадиях

Отметим, что в отсутствие лигандов ERs обнаруживаются преимущественно в ядре в виде мономеров, связанных с мультибелковыми комплексами, включая белки теплового шока (HSP). Однако недавние исследования сообщили о наличии ERα, ERβ или обоих на внутренней фазе плазматической мембраны, связанных либо с мембранными белками, например, кавеолином-1, либо с другими мембранными рецепторами, например, рецептором инсулиноподобного фактора роста (IGFR), EGFR или HER2, или для передачи сигналов адапторным молекулам, например SHC (Src Homology 2 Domain Conpting).

Помимо классического механизма действия ER (см. выше) имеется негеномный эффект, опосредованный мембрано-ассоциированными ERα и ERβ, что привело к активации цитоплазматической тирозинкиназы Src и других сигнальных молекул, включая: (i) IGF1R и EGFR; (ii) митоген-активированные протеинкиназы (MAPK), фосфатидилинозитол-3-киназа (PI3K) и AKT; (iii) протеинкиназа C (PKC) и циклический AMP (cAMP); (iv) p21 и (v) пути, которые способствуют высвобождению внутриклеточного кальция.

Эти сигнальные каскады могут фосфорилировать ядерные ER и их коактиваторы (AIB1 / SRC-3), что приводит к их активации в качестве регуляторов транскрипции генов-мишеней. Кроме того, рецептор эстрогена, связанный с мембранным G-белком (GPER), является другой молекулой-кандидатом, участвующей в негеномной передаче сигналов, опосредованной E2, а также участвующей в устойчивости к ТАМ. Этот эффект не актуален для клеток рака молочной железы с низкими уровнями мембранных ER и в которых плохо экспрессируются RTK, такие как HER2. Поэтому опухоли пациентов с метастатическим ERα-положительным / HER2-положительным раком молочной железы рецидивировали после более короткого периода лечения ТАМ по сравнению с пациентами с HER2-отрицательными опухолями. А сверхэкспрессия и активация EGFR и HER2 приводят к пролиферации и выживанию клеток за счет активации сигнальных путей MAPK и PI3K / AKT, что способствует развитию устойчивости к эндокринной терапии.

Эффекты ТАМ в основном опосредуются через ERα, а степень экспрессии ERα является сильным предиктором положительного ответа на ТАМ, и потеря ERα может быть основным механизмом устойчивости de novo к эндокринной терапии. Она в основном связана с аберрантным метилированием CpG-островков и с повышенным деацетилированием гистонов, что приводит к более компактной структуре нуклеосом, которая ограничивает транскрипцию. Однако только 17–28% опухолей с приобретенной устойчивостью к ТАМ не экспрессируют ERα, и примерно 20% опухолей, устойчивых к ТАМ, в конечном итоге будут реагировать на лечение второй линии с помощью AI или фулвестрант.

В настоящее время терапевтическое лечение ERα-положительных опухолей молочной железы с приобретенной устойчивостью к ТАМ заключается в применении препаратов второй линии, таких как AI или синтетического антагониста ER фулвестранта. AI, включая экземестан, летрозол и анастрозол, стремятся нарушить передачу сигналов эстрогена путем либо необратимого и инактивирующего связывания (экземестан), либо обратимого и конкурентного связывания (летрозол и анастразол) с ферментом ароматазы; таким образом, значительно снижается местный биосинтез эстрогена и внутриопухолевый уровень эстрогена. Фулвестрант предотвращает димеризацию ER, ведущую к деградации и потере клеточного ER, и оказался столь же эффективным, как анастрозол, в лечении женщин в постменопаузе с приобретенной устойчивостью к ТАМ.

Дополнительные подходы включают использование агентов, разработанных для ресенсибилизации резистентных опухолей к эндокринной терапии путем воздействия на пути, признанные движущими силами резистентности. Одним из таких подходов была комбинация эндокринной терапии ТАМ с ингибиторами киназы рецепторов факторов роста (RKI), такими как гефитиниб, трастузумаб и лапатиниб. Было показано, что использование этих комбинированных методов лечения является хорошим терапевтическим вариантом для предотвращения или преодоления устойчивости к ТАМ при раке, сверхэкспрессирующем рецептор эпидермального фактора роста (EGFR) или EGFR2 (HER2).

Продолжим.

GPER, ранее известный как GPR30, является молекулой-кандидатом, которая может опосредовать негеномную передачу сигналов эстрадиола E2, а также может играть роль в устойчивости к ТАМ. Этот белок экспрессируется примерно в 50-60% всех карцином груди, в клетках рака эндометрия и яичников, в клеточных линиях карциномы щитовидной железы, в ERα-положительных (MCF7), ERα-отрицательных (SKBR3) ) и клетках тройного отрицательного рака молочной железы (TNBC).

GPER располагается в основном в ядре, однако этот рецептор также обнаружен в цитоплазматической мембране. Эта дифференциальная субклеточная локализация может быть объяснена ретроградным транспортом GPER от мембраны к ядру. В то время как цитоплазматическая локализация GPER коррелирует с низкой стадией опухоли и ER- и PR-положительными карциномами молочной железы, ядерный GPER связан с низкодифференцированными карциномами и подтипами TNBC.

Передача сигналов через GPER происходит через трансактивацию EGFR и включает тирозинкиназы семейства Src. В этом механизме E2 первоначально связывается с GPER, вызывая активацию передачи сигналов гетеротримерной G-протеин-тирозинкиназы Src -матриксной металлопротеиназой, что приводит к продукции гепарин-связывающего эпидермального фактора роста (HB-EGF).
Связывание HB-EGF с EGFR активирует сигнальный каскад MAPK / ERK и увеличивает активность аденилатциклазы. При этом повышенные уровни цАМФ способствуют фосфорилированию фактора транскрипции, связывающего элемент ответа цАМФ (CREB), который впоследствии связывается с элементами цАМФ-ответа (CRE) на промоторах митогенных генов.

В дополнение к E2, ТАМ, а также его метаболит, 4-ОН-ТАМ, также обладают высоким сродством связывания с GPER и могут активировать рецептор, тем самым вызывая быструю передачу клеточных сигналов, имитируя быстрые негеномные эффекты E2 в клетках рака молочной железы. Так, у GPER-положительных пациентов ТАМ активирует перекрестные связи между GPER и сигнальными путями EGFR, вызывая повышенный рост клеток, связанный не только с устойчивостью к ТАМ, но и с метастазированием.

Активируемый лигандом GPER также запускает активацию NOTCH и экспрессию генов-мишеней NOTCH. Более того, передача сигналов NOTCH вносит вклад в GPER-опосредованную миграцию ER-отрицательных клеток рака молочной железы и связанных с раком фибробластов.

Раковые опухоли TNBC ( тройной отрицательный рак молочной железы) сильно экспрессируют GPER и эта экспрессия коррелирует с более высоким рецидивом TNBC. ТАМ регулирует развитие клеточного цикла посредством передачи сигналов GPER / EGFR / ERK, а также предполагает связь между эстрогеном, ТАМ и GPER в TNBC.

Рецептор андрогенов (AR) можно рассматривать как маркер прогноза у пациентов с ERα-положительным раком молочной железы. Примерно 90% ERα-положительных пациентов также AR-положительны (AR +), и это связано с благоприятным прогнозом. Впрочем, недавно сообщалось, что опухоли, устойчивые к ТАМ, экспрессируют более высокие уровни АР, чем опухоли, чувствительные к ТАМ. Это значит, что высокая экспрессия AR может быть пагубной для исхода ERα-положительного рака молочной железы, леченного ТАМ, поскольку повышенная экспрессия AR может потенциально усиливать агонистические свойства ТАМ (связываясь с ним).

При ERα-положительном раке молочной железы, получавшем ТАМ, соотношение ядерного AR к ER (AR: ER), а не уровень экспрессии AR может играть роль в прогрессировании заболевания и реакции на лечение. Фактически, женщины с опухолями с высоким соотношением AR: ER (> 2,0) имеют более чем в четыре раза более высокий риск неудачи при терапии ТАМ по сравнению с женщинами с низким соотношением (<2,0).

FOXA1 необходим для клеточного ответа на тамоксифен и подавление FOXA1 не только подавляет лиганд-независимое связывание ERα с хроматином, но также ингибирует клеточную пролиферацию, не влияя на уровни белка ERα. Это значит, что FOXA1 является ключевым детерминантом ответа на антиэстрогены в ERα-положительных клетках, даже в тех, которые перешли к резистентности к тамоксифену.

Высокие уровни экспрессии AR обнаружены в подгруппе опухолей с высоким уровнем HER2 / ERα-отрицательных опухолей, которая содержит подмножество апокриноподобных опухолей. Сейчас выявлен подтип ERα-отрицательного рака молочной железы, получивший название «молекулярный апокрин» из-за обогащения апокриноподобными гистологическими признаками (апокриновая секреция), которые обладают сигнатурой генов, которая положительно связана с передачей сигналов эстрогена, несмотря на отсутствие ERα и, вероятно, ERβ.

Подобно нормальным апокриновым железам и метапластическим поражениям, молекулярный апокринный рак молочной железы обладает высокой экспрессией и активностью AR, а также экспрессией FOXA1. Во многих отношениях этот тип рака молочной железы имеет признаки, напоминающие рак простаты и при этом FOXA1 может направляют AR к сайтам, обычно занимаемым ERα при раке молочной железы, вызывая эстроген-подобную генную программу, стимулирующую пролиферацию.
Сайты FOXA1 при этом также значительно коррелировали с сайтами связывания AR в клетках рака простаты (82% перекрытия), таким образом представляя даже большую степень соответствия, чем наблюдаемая между FOXA1 и ERα в клетках рака молочной железы (перекрытие ~ 50%). Цистромы FOXA1 и AR также значительно перекрываются (37% сайтов связывания FOXA1), хотя FOXA1 в этом отношении более разностороннен.

Кстати, в простате подавление FOXA1 приводило к появлению дополнительных AR-занятых областей, увеличивая количество событий связывания в 2,5 раза. Хотя большое количество сайтов связывания соответствовало родительским клеткам и 43% были потеряны, выявлено более 13 000 новых сайтов. Эти данные указывают на то, что FOXA1 как способствует, так и подавляет функцию AR, и предполагают, что сайты связывания AR можно подразделить на те, которые (i) требуют FOXA1 в качестве исходного фактора; (ii) возникают независимо от статуса FOXA1; и (iii) демаскированы в отсутствие FOXA1. В роследнем случае хотя канонические консенсусные последовательности FOXA1 отсутствовали, другие цис-элементы были обогащены, в том числе из семейства ETS, что указывает на потенциальную роль этих белков в направлении AR к этим сайтам.

В клинических условиях апокринная карцинома, определяемая гистологическими маркерами, считается редким типом рака молочной железы, встречающимся примерно в 1–4% всех случаев рака молочной железы; однако молекулярные апокринные опухоли, как определено с помощью анализа генов, считаются более распространенными, составляя примерно 8–12% случаев рака груди.
Нацеливание на передачу сигналов AR стало потенциальной терапевтической стратегией для этого подтипа рака с использованием антагониста AR бикалутамида.