[albert52]

Продолжим.

В основе регуляции стволовых клеток кишечника лежит постоянное перекрестное взаимодействие между эпителиальными и лежащими в основе мезенхимальными клетками в нише стволовых клеток кишечника. Эти перекрестные связи опосредуются ключевыми путями, включая пути Wnt, Hedgehog (HH), Notch, PI3K и BMP. Нарушения в этом тонко регулируемом взаимодействии могут как инициировать опухоли кишечника, так и в сочетании с дополнительными генетическими изменениями или эпигенической активацией эмбриональных процессов, таких как эпителиально-мезенхимальный переход (EMT), приводить к инвазии и метастазированию опухоли.

Так как передача сигналов Wnt является важным детерминантом стволовости кишечника, был идентифицирован ген-мишень для Wnt, Lgr5 / GPR49, который экспрессируется исключительно в столбчатых клетках основания крипт (CBCs). CBCs расположены между клетками Панета, а позже были предложены как ISCs. Они также экспрессируют Msi-1, который важен для передачи сигналов Notch путем ингибирования экспрессии репрессора Notch Numb.
Lgr5 / GPR49 может также экспрессироваться в компартменте стволовых клеток других эпителиальных тканей, включая волосяной фолликул, молочную железу, эпителий желудка и, что важно, также в базальных областях крипт толстой кишки.

Связывание лигандов Wnt с их рецепторами, Fzd / LRP5 / 6, предотвращает деградацию основного эффекторного β-катенина комплексом деструкции, содержащим APC и Axin1 / 2. Β-Catenin перемещается в ядро, где он действует как активатор транскрипции после связывания с членами семейства TCF / LEF (см. выше). Недостаток TCF4 приводит к истощению компартмента эпителиальных стволовых клеток в тонкой и толстой кишке. Другие мишени Wnt включают c-myc и cyclin D1, которые вместе с передачей сигналов Notch регулируют переключение ISC на транзитные амплификации клеток-предшественников секреторного эпителия крипт. Также наблюдается повышенная экспрессия гена-мишени Wnt сурвивина, который также считается предполагаемым маркером стволовых клеток. Впрочем, дифференциальная экспрессия генов-мишеней Wnt указывает на то, что эффекты передачи сигналов Wnt координируются посредством взаимодействия с другими сигнальными путями.

Почти все колоректальные аденомы и карциномы человека обнаруживают генетические изменения в одном из компонентов пути Wnt, в основном APC с потерей функции или мутации, активирующие β-catenin (см. выше). Мутации APC приводят к переходу от асимметричного к симметричному делению ISCs.

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

Костные морфогенетические белки (BMP) связываются с рецепторами BMP I или II типа (BMPR1 или BMPR2). Это приводит к фосфорилированию SMAD1, 5 или 8, которые затем образуют гетеродимер с SMAD4, перемещаются в ядро ​​и действуют как активаторы транскрипции. В кишечнике BMP4 секретируется межворсинчатыми стромальными клетками, а BMPR1 экспрессируется во всех эпителиальных клетках кишечника, способствуя их дифференциации. Так, ювенильный полипоз человека связан с мутациями в генах SMAD4 / DPC4 или BMPR1A. Физиологическими ингибиторами пути BMP являются Noggin и Gremlin, которые связывают и инактивируют BMP; эти антагонисты BMP экспрессируются в субэпителиальных миофибробластах кишечника в основании крипт.

Ингибирование передачи сигналов BMP в эпителиальных клетках кишечника с помощью Gremlin активирует передачу сигналов Wnt. Более того, BMP стабилизирует PTEN, тем самым приводя к снижению активности Akt и последующему снижению накопления ядерного β-катенина.

Передача сигналов Notch контролирует решения клеточной судьбы в развитии многих тканей. Лиганды Delta или Jagged связываются с рецептором Notch, тем самым вызывая его протеолитическое расщепление γ-секретазой. Фрагмент расщепления Notch, NCID, перемещается в ядро, где он действует как фактор транскрипции после димеризации с помощью RBP-jκ / CSL. Это индуцирует экспрессию фактора транскрипции bHLH, воздействующего на энхансер Hes, который в конечном итоге активирует факторы, участвующие в контроле пролиферации и дифференцировки. Нокаут RBP-jκ или Hes1 приводит к увеличению количества секреторных эпителиальных клеток, а регулируемое снижение передачи сигналов Notch в сотрудничестве с активацией специфических факторов bHLH, таких как Atoh1 и NeuroD, индуцирует специфическую дифференцировку в кишечные эпителиальные клоны.

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

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

На продвинутой стадии аденомы эпителий обнаруживает большие области незрелого фенотипа, напоминающий ограниченную зону транзита-амплификации в нижних частях нормальных крипт и указывающий на рост популяции пролиферативных клеток. Более того, ядерный β-catenin все чаще обнаруживается на всем протяжении крипт и ассоциируется в аденомах человека с повышенной дисплазией .

Рак можно рассматривать, по крайней мере частично, как следствие нерегулируемого контроля стволовых клеток. Обоснование, подтверждающее происхождение опухолей кишечника стволовыми клетками:
1. В отличие от короткоживущих дифференцированных кишечных эпителиальных клеток, в этой высокооборотной ткани ISC являются долгоживущими, что позволяет накапливать критические генетические изменения.
2. При колоректальном раке наиболее частые, ограничивающие скорость мутации, такие как мутации, встречающиеся в гене APC, усиливают передачу сигналов Wnt, которая оказывается решающим регулятором ISC.
3. Типичные колоректальные аденокарциномы человека и соответствующие метастазы неоднородны и демонстрируют множество стадий дифференцировки в пределах отдельной опухоли, что соответствует происхождению стволовых клеток.
4. Концепция раковых стволовых клеток, первоначально разработанная для гематопоэтических неоплазий, становится общепринятой для солидных видов рака, включая колоректальный рак.