Очерк натуральной онкологии

[albert52]

Вернемся к сигнальным путям.

На большинство поступающих в клетку сигналов она реагирует не напрямую: между поступающим раздражителем и специфической реакцией клетки лежит целый внутриклеточный каскад сигнальных молекул, представляющих собой путь биохимических превращений. Задача таких биохимических путей — усилить или ослабить передаваемый клетке сигнал и перевести его в такую форму, чтобы позволить реализоваться ответным реакциям.
Комплексная взаимоорганизация всех задействованных в сигнальных путях белков формирует сеть внутриклеточной передачи сигналов, которая похожа на множество сотен сходящихся и вновь разветвляющихся, пересекающихся путей, переключающихся на различных белках, которые условно напоминают станции для пересадок в метро. B ней можно выделить несколько путей, которые в клетках большого количества опухолей дефектны и обнаруживают отклонения от нормы.

Mногие сигнальные пути довольно сложно различать как функционально, так и биохимически, и между многими из них зачастую существуют прямые активирующие и/или угнетающие связи. Примером тому может служить сеть p53/Rb, объединяющая важные сигнальные пути, которые регулируют процессы клеточного деления, апоптоза и репарации ДНК.
Рецепторы, с которых начинается путь МАРК, относятся к рецепторным тирозинкиназам (receptor tyrosine kinases, RTK). Многие гены рецепторных тирозинкиназ являются гомологами вирусных онкогенов. В зависимости от подтипа рецептора и задействованного адапторного белка активируются те или иные пути.
По структурным характеристикам внеклеточных доменов RTK можно разделить на несколько классов. К примеру, представители семейств PDGFR (рецептор тромбоцитарного фактора роста), FGFR (рецептор фактора роста фибробластов), VEGFR-1/-2 (рецептора фактора роста эндотелия сосудов) обладают соответственно пятью, тремя и семью Ig-подобными доменами. Однако несмотря на многообразие классов рецепторных тирозинкиназ, механизм их активации практически одинаков.

Согласно этой модели, в несвязанном состоянии между активными димерами и неактивными мономерами рецептора постоянно поддерживается равновесие. Присоединение лиганда ведёт к димеризации и смещает равновесие в сторону образования активной формы рецептора. Образование активных димеров может быть инициировано напрямую лигандами, связывающимися сразу с двумя мономерами, как, например, EGF (epidermalgrowth factor) способствует димеризации своего рецептора Egfr. Также связывание с лигандом может вызывать изменение конформации внеклеточного домена, что ведет к экспозиции сайтов связывания, как например, SCF (stem cell factor) вызывает димеризацию Kit-рецепторов.
Итогом процесса димеризации является сближение внутриклеточных доменов друг с другом, вследствие чего наступает преходящая активация внутренней тирозинкиназной активности каталитических доменов, что приводит к трансфосфорилированию специфических остатков тирозина цитоплазматического домена. С фосфорилированным рецептором могут связываться белки с SH2-доменами. Комплекс связанного с таким белком рецептора может опосредовать активацию, например, какого-либо фермента или изменение реакционной способности белка.
В отсутствие лигандов RTK представляют собой мономерные полипептидные цепочки (исключение — семейство рецепторов инсулина, которые состоят из 4 пептидных цепей, соединённых дисульфидными мостиками).

Активация RTK, предваряющая развитие событий внутри клетки, приводит к связыванию SH2-домена адапторного белка — GRB2 (Growth Factor Receptor bound 2) — на фосфорилированном остатке тирозина активированной RTK. Помимо SH2-домена, GRB2 содержит также два SH3-домена, имеющих сродство к взаимодействию с богатыми пролином участками белка, который гомологичен белку плодовой мушки Drosophila — SOS (son of sevenless) — и потому у млекопитающих данный белок также имеет название SOS. Этот белок является фактором обмена гуаниновых нуклеотидов и опосредованно (с помощью одного из Ras-белков: HRas, KRas, NRas) катализирует обмен ГДФ на ГТФ.
В ГТФ-связанной форме белки Ras способны активировать и другие протеины. Среди важнейших эффекторов Ras можно выделить фосфатидилинозитол-3-киназу (PI3K), фактор обмена Ral (RalGEF) и фосфолипазу С (PLC).
Самым известным эффектором Ras является серин-/треонинкиназа B-Raf, которая ведет к запуску классического пути МАРК. Решающим моментом для активации В-Raf-киназы является не связывание на Ras-GTP, а перемещение на внутреннюю поверхность плазматической мембраны. Для завершения активирования белок должен быть также фосфорилирован, за что, вероятно, отвечает Src-киназа.

MAPK-каскад – ключевой в выживании и диссеминации опухолевых клеток, а также в их лекарственной устойчивости. Здесь сходятся сигналы от различных раздражителей, будь то внутренние “происшествия“ (метаболический стресс, повреждения ДНК и изменения концентраций белков) или связь с другими клетками, взаимодействия клетка-матрикс, сигналы от внешних факторов роста. Мутация генов, ответственных за регуляцию клеточной судьбы, целостность генома и выживание клеток, может привести к усилению амплификации белков и изменить микроокружение опухоли, тем самым вызвав чрезмерную активацию пути.
Понимание разной природы активации MAPK/ERK-пути для каждого вида опухоли – критически важный момент в создании монорежимов и комбинаций препаратов, так как разным опухолям присущи свои уникальные механизмы первичного и вторичного сигналинга и, как следствие, чувствительности к препаратам.

Эти мутации могут случиться как на вершине каскада, в генах мембранных рецепторов, например, EGFR, преобразователях сигналов (белков RAS), регуляторов (белков Sprouty), так и в киназах, расположенных ниже и принадлежащих собственно пути MAPK/ERK (BRAF). Некоторые из этих мутаций уже установлены и являются целью терапии. Действие препаратов основано на изменении и регуляции опухолевого сигналинга в этой сложной сети и зависящих от неё путях.

Всего существует 4 независимых каскада MAPK, состоящих из 4 сигнальных семейств: семейство MAPK/ERK, или классический путь, и 3 других семейства (Big MAP kinase-1 (BMK-1), c-Jun терминальной киназы и белка p38). Основная структура у этих семейств общая: 2 серин/треониновые киназы и 1 треонин/тирозиновая киназа двойной специфичности (она может фосфорилировать и треониновые, и тирозиновые остатки). В порядке генерацией сверху вниз, по направлению к ядру, эти киназы обозначены как киназа киназы MAPK (MAPKKK), киназа MAPK (MAPKK) и, собственно, MAPK. Традиционный путь MAPK/ERK состоит из 3 типов MAPKKK: киназы A-RAF, B-RAF и RAF-1 или C-RAF. На этом уровне в человеческих опухолях чаще всего мутирует ген BRAF. Уровнем ниже находятся MAPKK, их 2: MEK1 и MEK2. В самом низу каскада находятся конечные эффекторы пути MAPK – белки ERK1 и ERK2 (см. выше).

Фосфорилирование ERK приводит к активации нескольких субстратов, ответственных за стимуляцию размножения клеток. От местонахождения ERK зависит субстрат-цель и дальнейшие эффекты. Цитоплазменная ERK фосфорилирует белки цитоскелета, обеспечивая движения клетки, её метаболизм и адгезию и участвуя в регуляции других сигнальных путей. К цитоплазматическим субстратам относятся рибосомальные S6 киназы (RSK), которые регулируют киназу-3 гликогенсинтазы (участвует в метаболизме), и молекулы адгезии L1, блок неврального происхождения (участвует в клеточной адгезии). Сразу после активации MAPK/ERK ER киназа отделяется от цитоплазматических якорных белков и может переместиться в ядро (см. выше), где участвует в регуляции транскрипции.
Активная ERK в ядре фосфорилирует и активирует различные факторы транскрипции, например, карбамоилфосфатинтетазу II (CPS II), связанную с синтезом ДНК или p90RSK и поддерживающую ход клеточного цикла.

Кроме пространственной локализации конечные эффекты пути MAPK/ERK зависят ещё и от времени, длительности и интенсивности его сигнала. Восприятие и ответ клеток разнятся и зависят даже от небольших изменений в уровне активации MAPK/ERK. Специфические белки, например, супрессор киназы Ras-1, работают как главный каркас, основа для участвующих в активации каскада MAPK/ERK белков. Цитоплазматические белки, Sprouty и Spred, напрямую подавляют сигнальный путь, отсоединяя от ERK активирующие фосфатные группы, тем самым лишая ERK возможности фосфорилировать свои субстраты-мишени.

Сложность каскада MAPK – не случайность и не забавная шутка природы; она делает возможной периодическую внешнюю адаптацию, необходимую для активации и регуляции критических для выживания клетки событий. Активация MAPK/ERK и последующие взаимодействия – чётко регулируемые процессы, и в опухолевых клетках контроль над ними потерян.