Новая теория рака. 2-ая редакция

[albert52]

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!

[albert52]

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.

[albert52]

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.

[albert52]

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».

[albert52]

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.

[albert52]

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.

[albert52]

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.