Новая теория рака. 2-ая редакция

[albert52]

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.

[albert52]

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.

[albert52]

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.

[albert52]

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.

[albert52]

Продолжим.

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

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

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

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

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

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

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

Кроме того, противоапоптический BCL2 , по-видимому, сильно экспрессируется и необходим для нескольких нейроэндокринных опухолей легких человека с высоким уровнем ASCL1. Этот белок подавляет активность каспаз, предотвращая высвобождение цитохрома с из митохондрий и / или связываясь с фактором, активирующим апоптоз (APAF-1).
Таким образом, хотя нет сообщений о генетических изменениях в локусах ASCL1 при SCLC, ASCL1 является активатором транскрипции, непосредственно нацеленным на известные онкогены для SCLC. Потеря ASCL1 как драйвера этих онкогенных факторов может частично объяснить потребность в ASCL1 для выживания опухоли.

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

Также клетки ASCL1 High SCLC очень чувствительны к ингибиторам BET (например, JQ-1). ВЕТ (Bromodomain and extraterminal domain) состоит из повсеместно экспрессируемых BRD2, BRD3 и BRD4 и ограниченного семенниками BRDT и в основном распознает ацетилированный лизин гистона 4. Отметим, что белки BET действуют как каркасы для рекрутирования других белков, локализованы на промоторах и особенно на энхансерах активных генов, участвующих в комплексе Mediator, в качестве основных факторов элонгации (продления) транскрипции.

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

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

[albert52]

Продолжим.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

[albert52]

Продолжим.

NE клетки являются первыми эпителиальными клетками, возникающими в легких, и их больше в легких плода и новорожденного, что указывает на их роль в развитии легких. Они происходят из популяции мультипотентных эпителиальных предшественников, маркированных экспрессией основного транскрипционного фактора спираль-петля-спираль (bHLH) ID2. Они могут давать начало всем основным типам респираторных эпителиальных клеток, включая PNECs. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что спецификация судьбы PNEC контролируется перекрестным взаимодействием между генами активатора и репрессора bHLH. Недавние исследования показывают участие множества NOTCH рецепторов в поддержании экспрессии Hes1 и в регуляции размера компартментов NE.

В легких мыши ASCL1 активирует дифференцировку NE, в то время как HES1 репрессирует этот путь, ингибируя образование комплекса ASCL1 / TCF3 и снижая транскрипцию Ascl1. Сообщалось о гиперплазии PNEC после патологических и индуцированных форм повреждения, таких как оксидантный стресс, курение и ожоговые травмы.

NEBs могут обеспечивать уникальное поддерживающее микроокружение для клеток-предшественников. Легкие - это покоящийся орган с очень медленным клеточным обменом, но с устойчивой регенеративной реакцией после травмы. В отличие от классических стволовых клеток, предполагаемые популяции предшественников легких хорошо дифференцированы. Тем не менее, недавние исследования указывают на их замечательную пластичность.

В настоящее время клетки с регенеративной способностью включают базальные клетки, клубные клетки, вариантные клубные клетки, клетки AEC2, BASC и клетки ITGA6 + / ITGB4 + .

Области на плечах хромосом 4p, 4q, 10q, 13q, 16q и 17p демонстрируют высокую частоту потери гетерозиготности (LOH), уникальную для SCLC. RB1 глобально репрессирует сети плюрипотентности в соматических клетках посредством прямого связывания с известными генами плюрипотентности, такими как Oct4 и Sox2 ; последний амплифицируется в 27% случаев SCLC. Следовательно, потеря Rb1 ведет к дерепрессии этих факторов и усилению плюрипотентности, делая клетки более поддающимися репрограммированию, то есть усиливает их пластичность. С другой стороны, EZH2 экспрессируется на высоких уровнях в пролиферирующих нервных стволовых клетках и участвует в поддержании нейрональных предшественников и спецификации клонов. В SCLC они пытаются поддержать идущую вкривь и вкось вследствие мутаций предшественников NE дифференциацию. Кроме того, EZH2, как было установлено, регулирует фенотипический переключатель между базальными и секреторными клетками в легких.

58,8% SCLC, 5,2% аденокарциномы (ADC) и 23,5% тканей плоскоклеточного рака были окрашены положительно на Wnt11. Wnt11 контролирует дифференцировку NE, пролиферацию клеток и экспрессию E-кадгерина. Ascl1 и Wnt11 могут использовать механизм взаимодействия для управления биологией SCLC.

Известно, что многие типы лигандов и рецепторов Wnt взаимодействуют друг с другом, чтобы регулировать специфичные для клеток события передачи сигналов Wnt. Так, неканонический путь важен для регуляции дифференцировки NE и экспрессии E-cadherin и Snail. Он активирует стресс-киназу Jun N-концевую киназу и Rho-связанный белок, содержащий спираль киназы 1, которая инициирует ремоделирование цитоскелета и, в конечном итоге, изменение клеточной адгезии и подвижности при SCLC.

Повышенная регуляция канонического Wnt7b была обнаружена в клетках ADC, тогда как повышенная экспрессия Wnt5a была обнаружена в первичных SCC. SFRP1 , который ингибирует передачу сигналов Wnt путем связывания белков Wnt, снижается под действием Ascl1.

Как я уже говорил, Ascl1 является пионерским фактором «на мишени», который способен распознавать регуляторные элементы своих нейрональных генов-мишеней, даже если они связаны с нуклеосомами. Эта новаторская активность Ascl1 была связана со структурой его ДНК-связывающего домена, который короче, чем у других белков bHLH (например, Olig2, Neurod1, MyoD и Tal1) и, следовательно, вероятно, контактирует с меньшим количеством нуклеотидов в своем месте связывания, что позволяет Ascl1 связываться с этим сайтом, даже если остальные нуклеотиды заняты. В этой деятельности Ascl1 требует коэкспрессии с Sox2, предполагая, что Sox2 необходим для индукции состояния хроматина, разрешающего связывание Ascl1, или, альтернативно, что Sox2 направляет Ascl1 к важным сайтам-мишеням.

Фосфорилирование множественных сериновых остатков в Neurog2 и Ascl1 действует как реостатный регулятор связывания ДНК, предлагая модель, в которой нейрональные предшественники постепенно подавляют активность пронейрального белка за счет последовательности событий фосфорилирования после выхода из клеточного цикла. Сильно фосфорилированные белки способны связывать и активировать только гены-мишени с открытым хроматином, такие как ген лиганда Notch Dll1, в то время как нефосфорилированные белки (в постмитотических кретках) способны связывать и активировать мишени с менее доступным хроматином, такие как гены дифференцировки Neurod1 для Neurog2 и Myt1 для Ascl1 за счет рекрутирования факторов ремоделирования хроматина.

Sox2 / Ascl1 и Sox2 / Neurog2 недостаточны для обеспечения однозначной идентичности нейротрансмиттеров в iNs (индуцированных). В целом, экспрессия генов, связанных с конкретным нейрональным фенотипом, является только индикатором возможного фенотипа NE ( и не только их). Не забудем, что за транскрипцией должна идти трансляция получившейся мРНК, но будет она или нет, решает mTOR1 (см. выше). Вообще, Neurog2 и Ascl1 могут быть достаточными для индукции про-нейрональной программы во время репрограммирования клонов соматических клеток, но недостаточны для определения специфического фенотипа iN.

Кстати, хотя ТС и Ас карциноиды (см.выше) проявляют отчетливую дисплазию клеток, но их NE дифференциация происходит значительно быстрее, чем при SCLC, так как сравнительно менее поврежденные нейрональные предшественники быстрее фосфорилируют Ascl1 и тормозят его пронейрональную активность (чтобы не увлекался).