Очерк натуральной онкологии

[albert52]

Следующим у нас идет рак желудка.

Из трех основных типов злокачественных опухолей желудка, аденокарциномы желудка (GC), неходжкинской лимфомы и стромальных опухолей желудочно-кишечного тракта, приблизительно 95% составляют GC, который остается одним из наиболее часто диагностируемых видов рака в мире. У мужчин риск развития РЖ в два раза выше, чем у женщин, 18% случаев РЖ связаны с курением табака; обычно его диагностируют в возрасте 60–80 лет. Наблюдается 5-кратное увеличение риска РЖ в результате комбинированного действия алкоголя и курения.

Опухоли чаще возникают в антруме или нижней трети желудка, наиболее часто на малой кривизне. Некоторые из таких опухолей многоцентровые. Их локализация, видимо, меняется с возрастом, с увеличением проксимальных опухолей и снижением их в антруме.

РЖ подразделяют на 2 основные категории: ранний (early carcinoma) и распространенный (advanced carcinoma). К раннему относят рак, поражающий слизистую оболочку желудка или подслизистый слой, независимо от наличия или отсутствия метастазов в лимфатических узлах, которые можно диагностировать лишь гистологически. Так, важными гистологическими признаками внутрислизистой инвазии являются одиночные опухолевые клетки в собственной пластинке и значительное слияние опухолевых желез разных размеров. При нем 5-летняя выживаемость находится в пределах 90-100 %, тогда как при запущенном РЖ всего 5-20%.

Процесс опухолевой трансформации клеток до первых клинических проявлений РЖ длительный, многоэтапный. Продолжительность «естественной эволюции» РЖ составляет 15-25 лет, что обусловливает возможность его диагностики на ранней стадии, которая может продолжаться с момента обнаружения заболевания от 6 мес до 10 лет и более. Лица с высокой степенью риска заболевания РЖ, у которых морфологически была диагностирована тяжелая интраэпителиальная неоплазия (дисплазия) эпителия, подлежат динамическому наблюдению с обязательным проведением рентгеноскопии и гастроскопии не менее чем 2 раза в год.

РЖ - очень гетерогенное заболевание с морфологической и молекулярной точек зрения. Существующие в настоящее время многочисленные гистологические и молекулярные классификации отражают такую ​​гетерогенность.
На практике применяется ставшая классической классификация, предложенная в 1926 г. R. Borrmann. В этой классификации определены критерии четырех анатомических типов роста распространенного рака:
• тип I - полиповидный тип, обладающий экзофитным ростом в просвет желудка;
• тип II - экзофитный изъязвленный тип опухоли, характеризующийся изъязвлением с приподнятыми краями и четкими границами - так называемый блюдцеобразный рак;
• тип III - язвенно-инфильтративный тип, имеющий вид изъязвления, без четких границ с окружающей слизистой оболочкой желудка и с интрамуральной инфильтрацией желудочной стенки;
• тип IV - диффузно-инфильтративный (infiltrative) тип, распространяющийся поверх -ностно в слизистой и подслизистой оболочке с образованием плоских поражений с наличием мелких изъязвлений или без них. В распространенной стадии образуется диффузное циркулярное утолщение стенки желудка (скирр) на значительном протяжении по типу «кожаной бутылки», зачастую с минимальными изменениями в слизистой оболочке.

Гистологическое строение РЖ отличается многообразием форм аденокарциномы, происходящей из камбиальных эпителиальных клеток слизистой желудка, находящихся в области перешейка желудочных желез. Размножаясь эти клетки как поднимаются в зону покровного эпителия, так и спускаются в главную часть желез; этим железы желудка напоминают крипты толстой кишки.
Во многих случаях обнаруживаются сочетания различных гистологических форм РЖ. По мере инвазии карциномы в глубь стенки желудка комплексы опухолевых клеток зачастую утрачивают дифференцировку и предстают в виде мелких лимфоцитоподобных клеток, образуя тяжи и мелкие трубчатые структуры.

Кардиальная GC делится на две различные этиологические сущности: GC кардии, подобной пищеводу, которая связана с гастроэзофагеальным рефлюксом, курением и диетой и часто встречается в регионах с низким риском GC, и дистальной желудочно-подобной GC кардии, связаной с наличием H. pylori и атрофией слизистой, и является наиболее частым вариантом GC кардии в регионах с высоким риском GC. Аденокарциномы кардии в целом агрессивны и имеют плохой прогноз.

GC некардиального типа в соответствии с классификацией Лорена подразделяются на кишечный, диффузный, смешанный и недетерминированный подтипы. GC кишечного типа характеризуется образованием железистых структур, дистальной локализацией в желудке и обычно встречается у пожилых людей. Она также чаще встречается у мужчин и у лиц с более низким социально-экономическим статусом. Этому типу GC часто предшествует предраковая фаза, которая начинается с перехода нормальной слизистой оболочки в мультифокальный атрофический гастрит. Это первоначальное гистологическое изменение сопровождается кишечной метаплазией, дисплазией и, наконец, аденокарциномой.

Высокая пролиферативная активность клеток «кишечного» рака определяет высокую скорость их роста. Быстрое клиническое течение рака интестинального типа определяет его ранние клинические проявления, а тесная связь клеток ведет к меньшей инвазивности, чем обеспечивается возможность радикальной операции.
Так, интестинальные опухоли, как правило, являются экзофитными, часто изъязвляются, ассоциированы с гастритом тела желудка, с атрофией и кишечной метаплазией. Кишечный тип рака состоит из клеток, формирующих железы; четко формируемые железы формируют высокодифференцированную карциному, а смазанные железы – как низкодифференцированную аденокарцинома.

Диффузный тип рака обладает более низкой пролиферативной активностью, что определяет длительность латентного течения таких опухолей. Слабая связь клеток друг с другом ведет к высокой инвазивности диффузного рака, что определяет больший объем радикального оперативного вмешательства и объясняет более низкий процент 5-летней выживаемости. Такая опухоль быстро проникает в стенку желудка и обычно приводит к утолщению, не будучи видимым в виде язвы (как при кишечном раке желудка). Вариантом диффузного типа является перстневидноклеточная аденокарцинома, опухолевые клетки которой содержат обильный цитоплазматический муцин, смещающий ядро ​​к периферии.

Развитие рака желудка диффузного типа (РЖК) инициируется отслоением опухолевых клеток вокруг пролиферативной зоны эпителия. В то время как клетки, отслоившиеся с апикальной стороны эпителия, теряются в просвете, базально отслоившиеся клетки могут образовывать скопления в собственной пластинке слизистой. Ослабленная функция слипчивых соединений может привести к базально-клеточному расслаиванию либо за счет экструзии (выдавливания) клеток соседними клетками, либо за счет дезориентации оси клеточных делений.
Расслаивание клеток может быть вызвано селективной потерей E-кадгерина в отдельных клетках внутри здорового эпителиального слоя, при этом нарушение регуляции кадгерин-опосредованной адгезии блокирует апикальную экструзию (вовне).

GC диффузного типа плохо дифференцируется, поражает более молодых людей и тесно связана с генетической предрасположенностью (вариант наследственного диффузного GC, который связан с мутациями зародышевой линии в CDH1, гене, кодирующем E-кадгерин). Кроме того, она не связана с формированием предраковых поражений и, как было установлено, распостраняется на всю поверхность желудка. Этот тип GC одинаково присутствует у представителей обоих полов и связан с худшим прогнозом по сравнению с GC кишечного типа.

Смешанный РЖ, определяемый двойным паттерном дифференцировки - железистая / солидная (кишечная) и изолированно-клеточная карцинома (диффузная) демонстрирует двойную метастатическую картину (гематогенные метастазы и перитонеальное распространение с метастазами в лимфатические узлы), предполагая кумулятивный эффект н***агоприятного поведения кишечного и диффузного GC.

[albert52]

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

Е-кадгерин представляет собой кальций-зависимый трансмембранный гликопротеин, который взаимодействует с внеклеточным доменом с образованием адгезивных соединений, в то время как цитоплазматические домены соединяются с цитоскелетом через β- и α-катенин, чтобы механически соединять актомиозиновые цитоскелеты соседних клеток. Этот белок контролирует эмбриогенез, наблюдает за ростом клеток, регулирует созревание клеток и поддерживает целостность эпителия и архитектуру ткани.
Комплекс cadherin-catenin также служит сигнальной платформой благодаря ассоциации с многочисленными дополнительными белками, включая рецепторы факторов роста и др. сигнальные молекулы. Таким образом, слипчивые соединения регулируют огромное количество внутриклеточных сигнальных путей , а также организацию актомиозинового цитоскелета.

Интересно, что FOCAD, белок, участвующий в фокальной адгезии, также активировался у мутантов, указывая на возможный механизм компенсации, когда межклеточная адгезия была нарушена с потерей функции CDH1. С другой стороны, активируемый белок ASPN находится в строме опухоли и способствует совместной инвазии фибробластов, ассоциированных с раком, и раковых клеток.

Обычно каждая клетка имеет по 2 копии каждого гена: 1 унаследован от матери и 1 унаследован от отца. HDGC следует аутосомно-доминантному типу наследования, при котором мутация происходит только в 1 копии гена. Это называется мутацией зародышевой линии. Следовательно, ребенок, у которого есть родитель с мутацией, имеет 50% шанс унаследовать эту мутацию.

Средний возраст начала HDGC у носителей мутации - 38 лет (диапазон от 14 до 69 лет), если затронутые семьи соответствуют указанным ниже критериям показаний, частота обнаружения мутаций в CDH1 составляет 25-50%. Поэтому мутации в этом гене, вероятно, не единственная причина семейной диффузной карциномы желудка.
В семьях с признаками мутаций риск заболевания низок до 20 лет, поэтому профилактическая гастрэктомия рекомендуется носителям в возрасте от 20 лет (исключения в особенно раннем возрасте появления в семье). В подвергшихся воздействию семьях без признаков мутации результаты патологической биопсии (гастроскопия один раз в год, 30 биопсий) являются показанием для гастрэктомии.

[albert52]

В группу риска развития РЖ следует отнести лиц, с детского возраста имеющих высокие показатели обсемененности слизистой оболочки H. pylori или страдающих заболеваниями, ассоциированными с хеликобактериозом; пациентов, в течение значительного времени страдающих хроническим гастритом (как с пониженной, так и с нормальной или повышенной кислотностью), аденомами (аденоматозными полипами), язвенной болезнью желудка, пернициозной анемией, с резецированным желудком, болезнью Менетрие, а также в случае семейной предрасположенности к РЖ.

Так как в здоровой слизистой оболочке рак практически не возникает, в последние годы сформировалось представление о предраковой патологии желудка, в спектре которой Н. pylori-ассоциированный хронический гастрит занимает центральное место. Впрочем, хотя инфекция H. pylori была признана наиболее важным фактором риска развития GC и классифицирована Всемирной организацией здравоохранения в 1994 году как канцероген класса 1, этиология GC также включает факторы хозяина и окружающей среды. Об этом свидетельствует тот факт, что только у 1–3% пациентов, инфицированных H. pylori, развивается GC, и что прогрессирование до GC у некоторых субъектов происходит даже после уничтожения бактерии.

Имеются данные, что персистенция инфекции Н. pylori увеличивает риск развития рака желудка в 4-9 раз, особенно в случаях инфицирования в детском возрасте; в целом до 80% аденокарцином желудка связаны с Н. pilori-ассоциированным хроническим атрофическим пангастритом. Сообщается, что атрофический гастрит регрессирует в течение одного или двух лет после успешной эрадикации H. pylori. Впрочем, современные представления состоят в том, что Н. pylori скорее действует в качестве промотора, чем инициатора желудочного канцерогенеза.

При инфекции экспрессия эпителиальными клетками IL-8 запускает цитокиновый провоспалительный каскад. Мобилизованные моноциты и нейтрофилы экспрессируют, в свою очередь, IL-10, являющийся одним из мощнейших ингибиторов кислотообразования. Таким образом, IL-10 потенцирует воспалительные изменения в слизистой оболочке и вызывает достаточно выраженную гипохлоргидрию, облегчающую колонизацию Н. pylori в желудке.

Helicobacter pylori - грамотрицательная бактерия, поражающая почти 50% населения человека. В слизистой оболочке желудка большая часть Helicobacter pylori находится в слое слизи, но они также могут прикрепляться к эпителиальным клеткам, что приводит к поддержанию, распространению и серьезности инфекции. Инфекция H. pylori была связана с развитием ряда заболеваний, включая язвенную болезнь (10%), некардиальную GC (1-3%) и лимфому, ассоциированную со слизистой оболочкой желудка (MALT) (<0,1 %).

Более того, эта бактерия ассоциирована с тремя различными фенотипами у инфицированного хозяина:
(1) гастрит с преобладанием поражения дна и тела желудка, который может привести к атрофическому гастриту, гипохлоргидрии и развитию GC; при фундальном и мультифо -кальном гастритах у 1% пациентов ежегодно развивается рак желудка и практически не встречаются дуоденальные язвы.
(2) фенотип язвы двенадцатиперстной кишки, при котором гастрит с преобладанием антрального отдела желудка приводит к повышенной секреции кислоты желудочного сока. Впрочем отмирание париетальных клеток без последующей регенерации начинается в антральном отделе желудка. В нём обнаруживают первичные очаги атрофии. Со временем болезнь прогрессирует, функционирующие железы заменяются кишечным слоем эпителия. Атрофический антральный гастрит при длительном течении опасен перерождением изменённых участков в злокачественную опухоль.
(3) доброкачественный фенотип, при котором бактериальная инфекция вызывает легкий смешанный гастрит, который оказывает незначительное влияние на выработку кислоты желудочного сока.

Также степень воспалительной реакции на H. pyloriв в значительной степени определяется полиморфизмом генов хозяина, кодирующих цитокины и рецепторы цитокинов. Так у лиц с провоспалительным генотипом IL-1 риск РЖ был в 87 раз выше.

Отметим, что на фенотип Н. pylori-accoцииpoванного гастрита влияет секреция соляной кислоты. Если ее уровень низкий, Н. pylori может колонизировать любой отдел желудка, при сохранной (повышенной) кислотности единственным местом, где может выжить микроорганизм, является антральный отдел, для которого характерны более низкие значения рН. В этом случае ведущую роль в развитии конкретного фенотипа будет играть возраст, в котором произошло заражение, поскольку для детей более характерно состояние гипоацидности, а для взрослых - нормацидности.

Поверхностный гастрит с фундальной или мультифокальный локализацией приводит к потере желудочных желез с замещением их фиброзной тканью или (что более типично) метаплазированным эпителием. Именно этот вариант гастрита создаст фон для карциномы кишечного типа.

Динамическое наблюдение за больными, инфицированными Н. pylori, позволило выделить две формы хронического гастрита - хронический поверхностный и хронический атрофический, являющиеся, по сути, последовательными этапами развития хронического геликобактерного гастрита. С другой стороны, большинством специалистов, занимающихся вопросами геликобактерноза, выделяются два фенотипа геликобактерного гастрита - классический антральный и фундальный (мультифокальный). Именно топографические особенности гастрита, а не выраженность воспаления определяют клинические последствия инфицирования Н. pylori.

Взаимодействия хозяина и H. pylori в основном опосредуются факторами вирулентности, прежде всего CagA (цитотоксин-ассоциированный бактериальный белок А), обнаруживаеый только в высоковирулентных штаммах, с частотой от 90 до 95% в странах Восточной Азии и около 40% в странах Запада. CagA, попадая внутрь клетки хозяина, вызывает гипермобильность и морфологические изменения в эпителиальной клетке типа так наз. «фенотипа колибри», напоминающий фенотип клеток, обработанных некоторыми факторами роста.
Именно Cag-A-позитивные штаммы Н. pylori инициируют более высокий уровень пролиферации эпителиоцитов за счет длительной активации пути Ras / ERK MAPK. При этом уровень апоптоза не успевает за пролиферацией, возникает дисбаланс между гибелью клеток и их размножением, что увеличивает возможность "выживания" мутаций, имеющих канцерогенный потенциал.

Увеличение частоты мутаций из-за гиперпролиферации вместе с состоянием хронического воспаления согласуется с определением туморогенеза как «никогда не заживающей раны». В самом деле, хорошо известно, что инфекция H. pylori индуцирует продукцию сильных провоспалительных цитокинов различными типами клеток. Отчасти это объясняется более активной экспрессией IL-8 Cag-А-позитивными штаммами Н. pylori, а следовательно, и более выраженным воспалением. Этот цитокин увеличивает ангиогенез, ЭМП, ремоделирование внеклеточного матрикса и активацию макрофагов. Отметим, что высокая концентрация соли в пище повышает экспрессию cagA для некоторых штаммов H. pylori с уникальным ДНК-мотивом.

Н. pylori приобретается в начале жизни, большинство людей заражается в возрасте до 10 лет при контакте с близкими, которые являются общим источником инфекции. Было высказано предположение, что раннее заражение может быть связано с широким спектром патологий, связанных с инфекцией H. pylori, и с очень устойчивыми уровнями заболеваемости GC в генетически восприимчивых популяциях, которые мигрировали в развитые страны. При отсутствии антибактериальной терапии H. pylori инфекция обычно сохраняется на всю жизнь.
Способность H. pylori выживать и колонизировать желудок связана с рядом механизмов. Самое главное: H. pylori в отличие от других бактерий вырабатывает большое количество фермента уреазы, гидролизующего мочевину до аммиака, который впоследствии взаимодействует с ионами водорода в желудке с образованием аммония. Можно еще отметить "недоступность" бактерии для антител в слое желудочной слизи, невозможность выделения IgG в просвет желудка при относительном дефиците секреторных IgA, а также "антигенную мимикрию" Н. pylori.

Дополнительные факторы вирулентности H. pylori включают babA2, который кодирует бактериальную адгезию с эпителиальными клетками желудка, позволяя проникать бактерии внутрь железы, и вакуолизирующий цитотоксин А, который кодируется геном vacA . Штаммы H. pylori , несущие некоторую комбинацию генов babA2 , cagA и vacA , были связаны с самым высоким риском развития кишечной метаплазии.
Отметим также адгезин, связывающий сиаловую кислоту (SabA) и внешний воспалительный белок (OipA), которые, по-видимому, связываются с рецепторами на поверхности эпителиальных клеток желудка, что снижает скорость выведения бактерий в результате перистальтики.

Тот факт, что более одного штамма H. pylori могут колонизировать слизистую оболочку желудка, дает H. pylori возможность приобретать новые генетические последовательности и подвергаться событиям рекомбинации.

[albert52]

Вставка.

Опухолевый метаболизм под контролем генов инфраструктуры.

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 включатель 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 феноменом 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 уровня АТФ - его высокий уровень в цитоплазме подавляет гликолиз). Здесь важную роль играет цитрат; при его избыточной продукции митохондриями 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 (влияние второго центра управления клеткой).
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. 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. Контроль экспрессии гена PyK M2 происходит на альтернативном уровне сплайсинга.

Важным игроком в усилении анаболизма является с-Mуc, который как Фигаро вмешивается везде, где только можно. Он активируется когда клетке пребуется усиление биосинтетических процессов, например при воспалении или стрессе разной природы. Также длительная активация сигнальных путей с сопутствующим фосфорилированием всего, что движется, 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. Здесь с-Mуc действует в связке с mTOR1, которому он поставляет необходимый для синтеза белков биоматериал; сам по себе mTOR1, контролирующий работу рибосом, имеет в этом аспекте короткое дыхание, так как нормально работающей дифференцированной клетке интенсивный биосинтез не нужен. Отмечу, 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, опосредует взаимодействие 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). Мишени S6K1 вообще 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 4EBP1 в нескольких сайтах, способствуя диссоциации eIF4E от 4EBP1 и запуская eIF4E-зависимую инициацию трансляции.

[albert52]

Первым гистологическим изменением в канцерогенезе является активное хроническое воспаление либо с неатрофическим хроническим гастритом, характеризующимся наличием желез, либо с многоочаговым атрофическим гастритом. Последующие гистологические изменения прогрессируют через полную метаплазию, неполную метаплазию и дисплазию низкой и высокой степени с последующей карциномой; процесс замещения одного вида ткани на другой длится 5–6 лет. При этом атрофический гастрит, кишечная метаплазия, легкая-умеренная дисплазия и тяжелая дисплазия были связаны с ежегодной заболеваемостью раком желудка среди населения 0,1%, 0,25%, 0,6% и 6,0% случаев соответственно.

GIM (кишечная метаплазия) классифицируется анатомически как ограниченный, если он ограничен 1 областью желудка, или как обширный, если вовлечены 2 области желудка. Гистологически GIM считается либо полным, либо неполным. Полная (тип I) кишечная метаплазия определяется слизистой оболочкой тонкокишечного типа со зрелыми абсорбирующими клетками, бокаловидными клетками и щеточной каймой. Неполная (тип II) кишечная метаплазия секретирует сиаломуцины и похожа на эпителий толстой кишки с столбчатыми «промежуточными» клетками на разных стадиях дифференцировки, нерегулярными каплями муцина и отсутствием щеточной каймы. Самый высокий риск рака желудка связан с неполным и/или обширным GIM.

SPEM представляет собой фенотип метапластических слизистых клеток с гистологическими характеристиками клеток глубоких антральных желез, который ранее был описан как псевдопилорическая слизистая метаплазия и антрализация тела. Считается, что это реакция на воспаление с точки зрения заживления ран, причем SPEM может быть предшественником GIM, при этом биомаркер HE4 оказался специфическим маркером процесса SPEM. SPEM присутствовал рядом с раком во всех ранних случаях рака, когда опухоль располагалась в теле или на границе тела и антрального отдела, и присутствовала в слизистой оболочке тела, удаленной от рака, в 76% случаев, то есть может быть маркером поля канцеризации (см. выше).

В целом, наиболее вероятно, что рак желудка возникает в результате хронического воспалительного состояния с изменениями, накапливающимися в гиперпролиферативном состоянии, уязвимом для вредных мутаций в популяциях стволовых клеток или клеток-предшественников, и что GIM и SPEM могут быть косвенными маркерами этой злокачественной трансформации.

Важную роль в канцерогенезе GC принадлежит нарушениям процессов апоптоза и, соответственно, нарушениям в сигнальных путях, его регулирующих, прежде всего пути AKT, который наиболее часто подвержен гиперактивации. Также белок Reg IV, ген которого является членом семейства генов REG, активирует сигнальный путь рецептора эпидермального фактора роста (EGFR) и увеличивает экспрессию Bcl-2, Bcl-xl и сурвивина, которые ингибируют апоптоз. В неопухолевом желудке фовеолярные эпителиальные клетки не экспрессируют Reg IV, тогда как бокаловидные клетки при кишечной метаплазии его экспрессируют, что позволяет предположить, что Reg IV является маркером кишечного фенотипа.

Для атрофического гастрита без хеликобактерного инфицирования характерен средний уровень ИА (индекса апоптоза) и низкий уровень экспрессии mTOR, при метаплазии слизистой отмечалось как повышение ИА, так и уровня экспрессии mTOR, а при раке желудка ИА значительно снижался, а экспрессия mTOR оставалась на высоком уровне. Учитывая высокмй уровень биосинтетических процессов в раковых клетках это не удивительно.

В целом регуляция пролиферации и апоптоза в эпителиоцитах при неполной кишечной метаплазии сильно нарушена, в некоторых из них выявляется мутация гена р53, что позволяет данным клеткам подвергнуться дальнейшему перерождению под влиянием различных мутагенов, вплоть до злокачественного, поскольку они защищены от апоптоза. Все эти явления не отмечаются при полной метаплазии, что позволяет утверждать - полная кишечная метаплазия не может быть предраком биологически.

С позиций современного понимания процесса метаплазии как адаптивной перестройки на иной клеточный фенотип - более приспособленный к изменившимся условиям окружения, полную метаплазию можно рассматривать в качестве такой перестройки, а неполную - как нарушение процессов дифференцировки. Так, при неполной метаплазии выявляются полиморфизм ядер, увеличение ядерно-цитоплазматических соотношений; поверхностные отделы желез практически не отличаются от глубоких, что говорит о нарушении созревания и аберрантной дифференциации. Все эти картины показывают сходство неполной кишечной метаплазии с дисплазией.

Для выявления подтипов кишечной метаплазии имеет значение присутствие цилиндрических клеток с различными вариантами образования муцинов: полная метаплазия имеет коэкспрессию «желудочных» муцинов (MUC1, MUC5AC и MUC6) с «кишечным» муцином (MUC2). При этом вначале превалируют желудочные муцины, затем по понятным причинам кишечные; при неполной кишечной метаплазии эти муцины почти не обнаруживаются.

Выявление неполной кишечной метаплазии показало высокую специфичность этого признака (98%) для рака желудка, однако чувствительность оказалась достаточно низкой - всего 38%, что свидетельствует об ограниченном значении неполной кишечной метаплазии как показателя прогноза развития рака кишечного типа. Высказывается мнение, что маркером повышенного риска возникновения последнего является не столько тип кишечной метаплазии, сколько площадь замещения желудочного эпителия.

В гистологической классификации опухолей желудка ВОЗ (2000) выделены 2 степени выраженности интраэпителиальной неоплазии: слабая (low-grade) и тяжелая (high-grade). Слабо выраженную интраэпителиальную неинвазивную неоплазию очень трудно отличить от регенерирующего эпителия. Появление высокой степени интраэпителиальной неоплазии - маркер повышенного риска развития и этап морфогенеза РЖ. Последнее поражение рассматривается как внутрислизистая неинвазивная карцинома, которая может выглядеть как плоское (дисплазия) или возвышающееся (аденома) поражение.

Следует отметить, что у пациентов с кишечной метаплазией в зоне пищеводно-желудочного перехода и в пищеводе (пищевод Барретта) риск развития рака существенно выше, чем у пациентов с кишечной метаплазией в «некардиальном» отделе желудка.

[albert52]

Вставка.

Метаплазия желудка

Метаплазия - это замена одного дифференцированного типа клеток другим зрелым дифференцированным типом клеток, который обычно не присутствует в конкретной ткани. Метаплазию можно в широком смысле классифицировать как плоскоклеточную метаплазию, кишечную и ацинарно-протоковую метаплазию (ADM). Важно отличать метаплазию от трансдифференцировки, когда один дифференцированный тип клеток превращается в совершенно другой тип клеток, присутствующий в ткани.

Эпителий желудка организован в виде серии примерно воронкообразных инвагинаций из просвета желудка, известных как желудочные единицы. В железистой части желудка (известной у большинства видов как корпус или тело) каждая желудочная единица наиболее широка там, где она прилегает к собственно просвету желудка. Эта широкая ямка выстлана простым столбчатым эпителием, секретирующим слизь. Ниже зоны ямки желудочная единица сужается до одной или нескольких железистых ветвей. У млекопитающих пролиферативная активность и предполагаемая стволовая клетка расположены там, где ямка сужается к каждой железе в небольшой области, известной как перешеек.

Главные клетки занимают большую часть основания желудочной железы, верхние организованы как простые кубовидно-столбчатые клетки, нижние выстраиваются в ацинарную конфигурацию у самого основания. Париетальные клетки могут встречаться по всей желудочной ветви, но подавляющее большинство локализуется в шейке железы, между перешейком и основанием.

Главная клетка представляет собой крупную клетку с разветвленной сетью пластинчатого шероховатого эндоплазматического ретикулума (рЭР), сосредоточенного вокруг базально ориентированного ядра, и многочисленными крупными апикальными экзокринными секреторными гранулами, заполненными пищеварительными ферментами.

Мастер-ген MIST1 необходим для базальной локализации ядра и поддержания существенной апикальной цитоплазмы, заполненной обильными большими везикулами. В целом клеточная структура главных клеток, по-видимому, полностью зависит от последовательности от XBP1 до MIST1, где XBP1 непосредственно индуцирует разветвленную сеть rER (для трансляции всех пищеварительных ферментов), а MIST1, в свою очередь, регулирует развитие везикул, содержащих пищеварительные ферменты и секреторные ферменты, т.е. оборудование для их хранения и выпуска в установленном порядке.
Вообще, основной функцией MIST1 является секреция большого количества белка. Во время метаплазии в желудке, слюнных железах и поджелудочной железе Mist1 является одним из первых генов, экспрессия которых уменьшаются по мере снижения активности секреторных клеток в процессе метаплазии, и принудительная экспрессия или потеря MIST1 препятствует соответственно индукции и восстановлению от метаплазии.

Идентичность кишечной метаплазии может поддерживаться пионерным фактором транскрипции эпителия тонкой кишки CDX2, который сверхэкспрессируется как в пищеводе Барретта, так и при желудочно-кишечной метаплазии. CDX2 контролирует доступ к хроматину для взаимодействия с другими факторами транскрипции, чтобы модулировать пролиферацию и дифференцировку клеток.

По мере старения главных клеток (>60 дней) они теряют свою способность к трансдифференцировке после индукции острой оксинтической атрофии. Следовательно, «молодые» главные клетки (возникшие недавно из истмальной стволовой клетки) могут быть более пластичными. Также высвобождение IL13, вероятно, из клеток ILC2, приводит к проверке уровня клеточной пластичности.

Фенотипическая архитектура железы требует сборки клонов с различным временем жизни, мигрирующих либо в направлении просвета, либо в направлении основания. Так, поверхностные клетки мигрируют к просвету и имеют короткую продолжительность жизни от 4 до 7 дней. Поэтому патологические состояния, вызывающие гиперплазию фовеолярных клеток, такие как болезнь Менетрие, можно быстро обратить вспять после того, как стремление к фовеолярной гиперплазии уменьшится с помощью лечения с использованием антител против рецептора EGF. Напротив, линии отделов дна желез относительно долгоживущие, а именно 50–150 дней.

Считается, что метаплазия в желудке вызывается потерей париетальных клеток, секретирующих кислоту (оксинтическая атрофия), а также ряд критических факторов роста, включая амфирегулин, TGF-альфа, HB-EGF и SНН. В частности, париетальные клетки являются основным источником лигандов рецептора EGF, TGFα. Потеря секреции амфирегулина париетальными клетками может быть важным триггером для индукции слизистыми клетками железы в условиях острой оксинтической атрофии SPEM (спазмолитический полипептид); кстати, повышенный уровень гастрина не был связан с выработкой SPEM.

В целом при метаплазии отмечено быстрое образование SPEM в основании железы, при этом увеличение числа клеток SPEM тесно связано с уменьшением числа главных клеток. Также идентифицированы гибридные клетки, демонстрирующие черты как главных клеток, так и клеток SPEM, что соответствует переходным формам.
Процесс трансдифференцировки главных клеток характеризуется упорядоченным процессом снижения активности аппарата секреции зимогена и повышения секреции слизистых гранул. Процесс перепрограммирования главных клеток требует влияния воспалительных цитокинов и требует как аутофагии гранул зимогена, так и изменений в транскрипции генов. Впрочем только небольшое подмножество зрелых главных клеток функционирует как «резервные» стволовые клетки и способно дифференцироваться в различные типы клонов желудочных клеток.

Т.о. главные клетки инициируют метапластический процесс путем трансдифференцировки в клетки SPEM, а затем завершают метапластический процесс, вновь вступая в клеточное деление. Небольшая популяция клеток SPEM может даже претерпевать преобразование клеточного типа в поверхностные слизистые клетки.

Клетка происхождения кишечной метаплазии желудка может также находиться в желудочном перешейке. Здесь метапластические клетки являются долгоживущими и не связаны с трансдифференцировкой. Как другой пример MIST1+ стволовые клетки в перешейке железы обнаруживают клональную экспансию в условиях мутации Kras G12D, приводящую к гиперплазии и появлению гиперпластических полипов (не канцерогенных).

Вывод: при значительной потере париетальных клеток главные клетки могут пройти процесс трансдифференцировки зимогенных клеток в слизистые клетки, что приводит к метаплазии. Эта патофизиологическая трансдифференцировка, особенно при наличии воспалительных влияний, может привести к рецидиву пролиферативной способности. Такая метаплазия широко распостранена при Н. pylori-accoцииpoванном атрофическом гастрите и создает предпосылки для последующей дисплазии (но это уже другая тема).

[albert52]

Молекулярная классификация рака желудка (GC)

На основе комплексного анализа молекулярной информации команда TCGA предложила систему классификации, в которой GC разделен на четыре подтипа: EBV (вирус Эпштейна–Барр) - положительный (8,8%), микросателлитный нестабильный (MSI) (21,7%), геномно стабильный (19,7%) и хромосомная нестабильность (CIN, 49,8%). Все EBV-положительные GC демонстрировали гиперметилирование промотора CDKN2A, в то время как отсутствовало гиперметилирование MLH1, характерное для фенотипа метилатора CpG-островков, связанного с MSI (CIMP).

Ген CDKN2A кодирует два белка семейства INK4 - p16 (или p16INK4a) и p14arf: p16 ингибирует циклинзависимые киназы 4 и 6 ( CDK4 и CDK6 ) и тем самым активирует ген ретинобластомы (Rb) семейства белков, блокирующих переход от G1 к S-фазе; p14ARF активирует супрессор опухоли p53 и индуцирует остановку клеточного цикла в фазе G2 и последующий апоптоз. CDKN2A является вторым наиболее часто инактивируемым геном при раке после p53.

Опухоли MSI были гипермутированными, кишечного типа, обычно антральными, и диагностировались на клинической стадии I/II, а опухоли подтипа CIN часто встречались в кардиальном отделе, демонстрировали выраженную анеуплоидию и содержали фокальные амплификации рецепторных тирозинкиназ (RTK) в дополнение к рецидивирующим мутациям TP53 и активации RTK-RAS.

Азиатская группа по исследованию рака (ACRG) в свою очередь описала четыре молекулярных подтипа с различными прогностическими эффектами:
(1) опухоли с высоким MSI, морфологией кишечника и наилучшим прогнозом;
(2) MSS / EMT GC с диффузной морфологией и худшим прогнозом;
(3 и 4) аденокарциномы MSS без сигнатуры EMT, либо TP53-активные (MSS / TP53 +), либо неактивные (MSS / TP53-), и с промежуточным прогнозом.

MSI GC показал лучшую общую выживаемость (OS) и самую низкую частоту рецидивов, за ней следуют MSS/TP53+, MSS/TP53- и MSS/EMT GC. Подтип MSS/EMT имел наихудший прогноз и самую высокую частоту рецидивов (63%), при этом рецидивы локализовались в основном в брюшной полости.

Подтип MSS / TP53- (который примерно соответствует подтипу CIN) встречается часто (36-50% GC) и содержит геномные амплификации RTK (представляют собой трансмембранные белки, обладающие сайтами связывания в своих внеклеточных доменах для полипептидных гормонов и факторов роста (лигандов)) и / или RAS, которые используются или являются потенциальными терапевтическими мишенями.

Чтобы уточнить молекулярную классификацию были идентифицированы обычные мутированные и гипермутированные типы GC. Обычный мутировавший тип был далее подразделен на две подгруппы, C1 и C2. Первая подгруппа, C1, была обогащена мутациями TP53 , XIRP2 и APC и была связана со значительно лучшим прогностическим исходом, тогда как C2 была представлена ​​мутациями в ARID1A, CDH1 , PIK3CA, ERBB2 и RHOA; это гены, в основном, участвующие в клеточной адгезии и организации хромосом.

Мне более близка классификация РЖ на метаболический, пролиферативный и мезенхимальный типы. Такую классификацию можно применить почти ко всем аденокарциномам, то есть она является родовой. Карциномы метаболического типа часто представлены раком in citu, и в целом более благоприятны для пациента. Пролиферативная форма рака обычно развивается из метаболического типа, а мезенхимальная протекает сама по себе, обычно без предшествующих видимых изменений.

Я уже раньше упоминал, что mTOR комплексы можно рассматривать как клеточных прорабов. Они сохраняют эту функцию и в процессе канцерогенеза, причем если mTOR1 комплекс играет ведущую скрипку в метаболической и пролиферативной формах рака, то mTOR2, видимо, играет похожую роль в мезенхимальной форме.

[albert52]

Вставка.
Регуляция биосинтеза белка

Регуляция необходима для поддержания баланса разнообразных белков в клетке или организме, для изменения этого баланса в меняющихся условиях окружающей или внутриорганизменной среды, для обеспечения смены белков в процессах клеточной дифференцировки и развития организма, для адекватного ответа на специфические внешние сигналы или н***агоприятные воздействия.
Живые клетки используют несколько различных способов или путей такой регуляции, но практически во всех случаях она осуществляется через регуляцию инициации трансляции. Это означает, что регуляторные механизмы трансляции направлены на то, чтобы разрешить или не разрешить инициацию трансляции данной мРНК, и если разрешить, то с какой эффективностью (скоростью инициации): чем больше скорость, тем больше образуется белка.

Существуют три основных способа, как регулировать трансляцию. Первый способ – позитивная регуляция на основе сродства мРНК к инициирующей рибосоме и факторам инициации (дискриминация мРНК (англ. discriminate — отличать, распознавать)). Второй способ – негативная регуляция с помощью белков-репрессоров, которые, связываясь с мРНК, блокируют инициацию (трансляционная репрессия). При этом белок-репрессор имеет специфическое сродство к участку мРНК в районе инициации трансляции (часто к участку с нестабильной вторичной структурой) и, связываясь с ним (и стабилизируя его), создает барьер либо для посадки инициирующих рибосомных частиц, либо для движения рибосомы к месту инициации.

Этими двумя способами регулируются индивидуальные мРНК, то есть трансляция каждой мРНК может специфически контролироваться независимо от других мРНК клетки. Третий способ – тотальная регуляция трансляции всей совокупности мРНК клетки посредством модификации факторов инициации. Отметим что при наличии общих черт регуляции на уровне трансляции у прокариотических (бактерии) и эукариотических организмов тотальная регуляция за счет модификации факторов инициации характерна, по-видимому, только для эукариот.

Скорость или частота инициации трансляции рибосомами может сильно различаться для разных мРНК. У прокариотических организмов это определяется тем, что инициирующие или рибосомосвязывающие участки разных мРНК имеют разное сродство к рибосомам и, таким образом, с разной эффективностью связывают рибосомные частицы. На основании разницы в эффективности инициации можно говорить о «сильных» и «слабых» мРНК. На сильных мРНК инициация происходит часто, на них нанизывается много рибосом (образуются плотные полирибосомы) и соответственно продуцируется много молекул белка. Редкая инициация трансляции на слабых мРНК дает в результате редкую посадку рибосом на эти мРНК и, следовательно, низкую белковую продукцию.

Как правило, если белок имеет четвертичную структуру, построенную из разных субъединиц в различном соотношении, то сила мРНК или ее отдельных участков (цистронов), кодирующих эти субъединицы, координирована с пропорцией субъединиц в структуре. Например, мембранный комплекс протонной АТФазы бактерий построен из трех типов субъединиц в соотношении 1:2:10 (a1b2c10), и соответственно субъединица c кодируется очень сильным цистроном мРНК, субъединица a – слабым, а субъединица b – цистроном промежуточной силы.

Похожая ситуация наблюдается и в эукариотических клетках, но там дискриминация мРНК обусловлена скорее разным сродством факторов инициации, а не самих рибосом к разным 5'-проксимальным инициаторным структурам мРНК. Так как факторы инициации в любом случае локализуются на инициирующих малых рибосомных субчастицах, то они и определяют разную эффективность посадки рибосом на разные мРНК.
Различная сила мРНК в значительной мере определяет соотношение продукции различных белков в клетке. Так, структурные белки мембран, рибосомные белки, факторы элонгации, белки оболочки вирусов и другие белки, требуемые в большом количестве, например, пищеварительные ферменты, кодируются сильными мРНК, а многие регуляторные белки – слабыми мРНК.

Трансляция контролируется с помощью большого количества механизмов, наиболее понятным из которых является фосфорилирование факторов трансляции и их регуляторов, особенно ключевых факторов инициации трансляции эукариот (eIFs). mTORC1-опосредованное фосфорилирование eIF4E-связывающих белков (4E-BP) и рибосомных киназ S6 (S6Ks) приводит к устойчивой эффективности инициации трансляции (см выше).

eIF4F представляет собой гетеромерный комплекс, который связывает структуру кэпа и состоит из eIF4A (РНК-геликазы), eIF4E (связывающего кэп белка) и eIF4G (каркасный белок), который связывает как eIF4E, так и eIF4A. После связывания с кэпом eIF4F раскручивает 5'-проксимальную вторичную структуру мРНК, чтобы облегчить связывание преинициативного комплекса 43S (который включает 40S рибосомную субъединицу). После сканирования вдоль 5'-UTR на предмет подходящего стартового кодона AUG, комплекс предварительной инициации затем растворяется, и рибосомная субъединица 60S присоединяется к субъединице 40S с образованием трансляционно компетентной 80S рибосомы.

Этому процессу способствует фактор eIF5B (5B), который инициирует удлинение трансляции. Фаза элонгации характеризуется добавлением аминокислот к растущему пептиду и транслокацией рибосом по мРНК, процессом, который частично контролируется фактором элонгации eEF2. Наконец, прекращение трансляции связано с высвобождением вновь синтезированного пептида и диссоциацией рибосомы от мРНК.

Для связывания инициаторной аминоацил-тРНК (Met-tRNAi) с малой рибосомной субчастицей в процессе инициации трансляции требуется eIF2 в комплексе с ГТФ (GTP); в ходе инициации ГТФ гидролизуется на ГДФ (GDP) и ортофосфат и eIF2 в комплексе с ГДФ (eIF2 : GDP) освобождается из рибосомы.
В норме дополнительный фактор eIF2В принимает участие в том, чтобы превратить отработанный (неактивный) eIF2 : GDP в необходимый для следующей инициации eIF2 : GTP. Этот фактор играет каталитическую роль в обмене ГДФ на ГТФ, и его в клетке мало. Когда eIF2 фосфорилируется фосфокиназой (eIF2Р), он может обычным образом участвовать в инициации трансляции, но, освободившись из рибосомы с ГДФ (в форме eIF2Р : GDP), он образует прочный комплекс с eIF2В (eIF2В : eIF2Р : GDP) и тем самым связывает весь eIF2В клетки, лишая последнюю возможности катализировать регенерацию eIF2 : GTP из eIF2 : GDP, тем самым подавляя синтез белка.

Механизмы трансляционной репрессии обеспечивают пути модуляции скоростей инициации трансляции в широких пределах либо в зависимости от внешних сигналов (эффекторов), либо по типу обратной связи, когда мРНК репрессируется своим же продуктом. Что же касается эффекторов, то, например, в животных клетках белок-репрессор блокирует инициацию синтеза белка ферритина, а железо в качестве эффектора лишает репрессор его мРНК-связывающих свойств и дерепрессирует ферритиновую мРНК, тем самым разрешая ее трансляцию.

Кроме типичной трансляционной репрессии эукариоты выработали механизм маскирования мРНК, когда соответствующая мРНК становится недоступной не только для инициации трансляции, но и фактически выведена из всех других процессов ее возможных превращений или изменений – деградации нуклеазами, ферментативной модификации ее 3'-конца путем полиаденилирования и пр.
Маскирование и демаскирование мРНК являются особенно характерными для процессов гаметогенеза (оогенеза и сперматогенеза), раннего эмбрионального развития, клеточной дифференцировки, гормонального включения или выключения функций. Например, в оогенезе происходит запасание некоторых материнских мРНК в маскированной форме, и часть этих мРНК демаскируется в ответ на оплодотворение яйцеклетки, обеспечивая белковый синтез на самых ранних стадиях эмбриогенеза: дробления, бластулы и ранней гаструлы.

Наиболее обычный путь тотальной регуляции белкового синтеза у эукариот, во всяком случае у животных и грибов, – это активация специальной фосфокиназы (eIF2Р), которая фосфорилирует фактор инициации eIF2, что приводит к подавлению инициации трансляции всех мРНК клетки (см. выше). Сигналами для активации фосфокиназы в клетке являются тепловой шок и другие виды стрессовых воздействий, недостаток ростовых факторов, аминокислотное голодание, недостаток железа, вирусные инфекции. Степень подавления белкового синтеза может варьировать в зависимости от уровня стресса.

Для многих локализующихся мРНК репрессия трансляции отменяется сразу после прибытия в конечный субклеточный пункт назначения. Субклеточное положение белка является ключевым фактором, определяющим его функцию. Локализующиеся мРНК упакованы в рибонуклеопротеидные комплексы (комплексы RNP), которые взаимодействуют с моторами цитоскелета для направленного транспорта по дорожкам цитоскелета, что является эволюционно консервативным механизмом для контроля локализации белка. При этом мРНК совместно собираются в мультимолекулярные транспортные единицы. Различные регуляторы трансляции, которые обнаруживаются в комплексах RNP, представляют собой челночные белки, которые содержат сигналы ядерной локализации и накапливаются, по крайней мере, временно в ядре.
Транспортные RNP могут иметь общие компоненты с процессинговыми тельцами (P-тельцами) - общими цитоплазматическими сайтами для подавления трансляции.

Локализованные мРНК впоследствии транслируются в ответ на локализованные сигналы. Синтез на месте придает белку новые сигнальные свойства и помогает поддерживать локальный протеомный гомеостаз.
Локализация РНК может быть эволюционно консервативным механизмом, который децентрализует геномную информацию и делегирует ее контроль субклеточным компартментам. Генетическая информация, закодированная в ядре, обеспечивает поставку мРНК путем транскрипции, из которой выбираются определенные наборы мРНК для субклеточной локализации. Т.о. субклеточные целевые коллекции мРНК могут функционировать как геномный форпост.

[albert52]

Вставка

Стрессовые гранулы

Стрессовые гранулы (SG) представляют собой разделенные по фазам биомолекулярные конденсаты РНК-связывающих белков (RBP) и мРНК, которые образуют жидкие каплеобразные безмембранные цитоплазматические компартменты в ответ на стресс. Основная функция SG заключается в том, чтобы способствовать выживанию клеток в условиях стресса, обеспечивая временный резервуар для хранения остановившихся в трансляции мРНК, RBP и рибосомных белков. Эукариотические клетки отключают некоторые клеточные трансляции в ответ на стрессы в окружающей среде (обычные стрессы в окружающей среде - гиперосмолярность, тепло и окислительные условия), чтобы сэкономить энергию и ответить на повреждение, вызванное стрессом.
Домен низкой сложности, содержащийся во многих RBP, связанных с SG, имеет тенденцию быть внутренне неупорядоченным и служит движущей силой для разделения липид-липидной фазы (LLPS), которое инициирует сборку SG.

В нормальных клетках после снятия стресса динамические SG быстро разбираются молекулярными шаперонами, UPS и VCP (UPS, убиквитин-протеасомная система; VCP, валозинсодержащий белок), тогда как аберрантные SG и твердые белковые агрегаты очищаются путем аутофагии. Дело в том, что при болезненных состояниях может происходить аберрантная сборка SG и/или фазовый переход из жидкости в твердую, вызывая образование твердых белковых агрегатов, которые считаются патогенными . Показано, что вызывающие заболевание мутации в генах, кодирующих SG-ассоциированные RBP, изменяют свойства белков, делая их менее растворимыми и склонными к агрегации. Кроме того, неправильное сворачивание белков увеличивается при клеточном стрессе и нарушении протеостаза. Неправильно свернутые белки, по-видимому, накапливаются в SG, что приводит к тому, что последние теряют жидкоподобную динамику и образуют агрегацию белков.

Белковый гомеостаз (протеостаз) относится к сбалансированному состоянию, в котором белки поддерживаются в правильной конформации, концентрации и внутриклеточном расположении, чтобы они могли выполнять свои клеточные функции для поддержания целостности и функциональности клетки. Для регуляции протеостаза в клетках развилась сложная система, которая контролирует весь жизненный цикл белков от синтеза до утилизации. Система регуляции протеостаза включает множество компонентов, в том числе механизм трансляции, молекулярные шапероны и ко-шапероны, убиквитин-протеасомную систему (UPS) и путь аутофагии.

Молекулярные шапероны представляют собой класс белков, которые способствуют сворачиванию и повторной укладке белков, а также сборке белковых комплексов. Белки теплового шока (Hsps), вероятно, являются наиболее широко изученными шаперонами, которые делятся на подсемейства в зависимости от их молекулярной массы, включая Hsp90, Hsp70, Hsp40 и малые Hsps. Hsps играют жизненно важную роль в рефолдинге, деградации и секвестрации неправильно свернутых белков либо АТФаз-зависимым, либо АТФаз-независимым образом, а также регулируют разборку и клиренс SG.

Убиквитинирование белков, по-видимому, является молекулярным сигналом, используемым как для деградации белков с неправильной укладкой, так и для оборота аберрантных SG. VCP извлекает РНК-связывающий белок G3BP1 из SG и запускает разборку SG; G3BP является ядром сети взаимодействия в SG. При тепловом шоке G3BP1 в SG подвергается массовому убиквитинированию; белок, ассоциированный с ER, FAF2 распознает убиквитинированный G3BP1 и доставляет его в VCP. «Извлечение» G3BP1 из SG с помощью VCP запускает диссоциацию других белков SG, что приводит к разборке SG.

У млекопитающих семейство белков G3BP состоит из трех гомологичных белков; G3BP1 (основной вариант), G3BP2a и его вариант сплайсинга G3BP2b; общая структура белка создает трехмерную платформу, которая связывает РНК. Отметим, что статус фосфорилирования G3BP1 может функционировать как переключатель роста клеток, где фосфорилированный G3BP1 путем связывания с 3'-UTR опосредует деградацию мРНК белков роста, и, таким образом, уменьшает клеточную пролиферацию. В целом статус фосфорилирования G3BP может влиять на судьбу мРНК, защищая их от деградации во время клеточного стресса, доставляя в SG. Кстати в пролиферирующих клетках G3BP1 гипофосфорилируется, теряя способность расщеплять мРНК.
3'-нетранслируемые области ( 3'-UTR ) матричных РНК (мРНК) регулируют процессы, основанные на мРНК, такие как локализация и стабильность мРНК, и трансляция. Именно к ним присоединяются RBP (см. выше), определяя посттрансляционные модификации. В целом 3'-UTR действуют как каркасы для регуляции локализации мембранных белков.

Хотя G3BP экспрессируются во всех нормальных клетках, некоторая специфическая экспрессия изоформ в тканях была идентифицирована для G3BP1 в легких и почках, для G3BP2a в мозге и для G3BP2b в тонкой кишке. G3BPs представляют собой главным образом цитоплазматические белки, но различие в распределении было зарегистрировано для различных изоформ: G3BP1 может локализоваться в ядрах в покоящихся клетках, наиболее вероятно из-за фосфорилирования в Ser149.

Раковые клетки требуют экспресии G3BPs, которые служат вспомогательными генами, способствующими их выживанию . Отметим, что G3BP являются важными составляющими вирусных фракций CHIKV и HCV, облегчая репликацию и сборку вирусов. Кстати, PTEN может модулировать уровни экспрессии нескольких белков, негативно регулируя уровни экспрессии белка G3BP1 и AKAP121.

Сверхэкспрессия G3BP1 опосредует EMT в клетках рака молочной железы через сигнальный путь Smad; нокдаун G3BP1 блокировал мезенхимный фенотип клеток. G3BP2 играет роль в инициации рака молочной железы путем стабилизации транскриптов мРНК онкогена SART3(Squamous cell carcinoma antigen recognized by T-cells 3), отвечающего за экспрессию плюрипотентных факторов транскрипции Oct-4 и Nanog. G3BP2 может служить позитивным регулятором инициации рака молочной железы, а также негативным регулятором метастазирования рака, так как G3BP2 нужен для приобретения свойств, инициирующих рак, а при метастатической колонизации раковые клетки должны потерять свой EMT-фенотип.
Кроме того, G3BP1 сверхэкспрессируется при гепатоцеллюлярной карциноме (HCC) и участвует в EMT из HCC, стимулируя экспрессию Slug, члена семейства транскрипционных факторов цинкового пальца SNAIL, которые индуцируют EMT. При раке поджелудочной железы межклеточное вещество уплотняется (жесткая матрица), TWIST1 отсоединяется от G3BP2 и движется к ядру, что приводит к индукции EMT.

[albert52]

Продолжим.

Сборка стрессовых гранул (SGs) и процессинговых Р-телец является хорошо известной клеточной стратегией для уменьшения повреждений, связанных со стрессом, и обеспечения выживания клеток. Остановка процесса трансляции из-за стресса создает обширный репозиторий компонентов SG, таких как факторы инициации трансляции, РНК- и не-РНК-связывающие белки и мРНК (см. выше). С снятием стресса и прекраще -нием ингибирования трансляции SG разбираются, и мРНК направляется к транслирующимся полисомам, а P-тела рекрутируют мРНК для возможной деградации.

Основной белковый компонент SG, состоящий из РНК-связывающих белков, также может иметь два специфических домена: прионоподобные богатые глицином домены низкой сложности (PLD) и внутренне неупорядоченные домены (IDD), которые могут образовывать белковые агрегаты. Перегруженные РНК белки (особенно белки с доменами IDD и PLD), диспергированные в цитоплазме или нуклеоплазме (растворимая фаза), сливаются в концентрированное состояние с образованием SG; при этом происходит разделение фаз жидкость-жидкость (конденсированная фаза).

В то время как многие острые стрессы способствуют конденсации SG через фосфорилирование eIF2α, было показано, что хронические стрессы преодолевают фосфорилирование eIF2α, что в конечном итоге снижает образование SG. При этом мРНК может идти тремя путями: оставаться в структуре SG и запасаться, возобновлять трансляцию или двигаться в сторону деградации.
С другой стороны, хронический стресс в некоторых случаях может способствовать увеличению фосфорилирования eIF2α, например, во время эпителиально-мезенхимального перехода и при нейродегенеративных заболеваниях; oжидается, что эти условия способствуют сборке SG. Фосфорилирование eIF2α, аналогично его роли в контексте острых стрессов, важно для индукции образования SG в условиях хронической нехватки питательных веществ; вероятно, это происходит посредством активации GCN2 (general control nonderepressible 2) вследствие накопления незагруженных транспортных РНК (тРНК), которые связываются с GCN2, что приводит к конформационным изменениям и активации киназы.

Отметим, что гомеостатическая интегрированная реакция на стресс (ISR) представляет собой эволюционно консервативный гомеостатический процесс, который позволяет клеткам млекопитающих ощущать, адаптироваться и соответствующим образом реагировать на широкий спектр внеклеточных и внутриклеточных сигналов стресса. Четыре различных эукариотических киназы фактора инициации 2 (eIF2), включая GCN2, РНК-зависимую протеинкиназу (PERK), протеинкиназу R (PKR) и гем-регулируемую киназу eIF2α (HRI), опосредуют ISR. GCN2 ощущает недостаток аминокислот, PERK активируется стрессом эндоплазматического ретикулума, PKR ощущает вирусную двухцепочечную РНК (dsRNA), а HRI ощущает депривацию гема. Кстати, большинство химиотерапевтических препаратов обычно стимулируют накопление SG, активируя эти фосфорилирующие киназы.

Белок-белковые и РНК-РНК-взаимодействия, которые удерживают вместе хронические SG, вероятно, аналогичны тем, которые были описаны для острого SG. Как и в случае острых стрессов, истощение G3BP1 и G3BP2 полностью нарушает конденсацию SG; при этом при хроническом алиментарном голодании истощение SG приводит к улучшению выживаемости. Дело в том, что внутри стрессовых гранул происходит частичная секвестрация рецепторов активированной С-киназы-1 (RACK1), что снижает активацию каспазы-3, то есть если образование SG блокируется во время стресса, выживаемость клеток значительно снижается. Однако SG, индуцированные патологическим хроническим стрессом (нейродегенерация, голодание по питательным веществам), лишены нескольких классических компонентов SG, которые вносят вклад в выживательные функции канонических SG (RACK1, малые рибосомальные белки) и, наоборот, имеют функцию про-апоптоза.

Образование SG, по-видимому, регулирует несколько канонических сигнальных путей (NF-κB, mTORC1, PKR, RIGI) в ответ на стресс. Так, SGs перехватывают и изолируют компоненты передачи сигналов, такие как RACK1 (передача сигналов p38/JNK), TRAF2 (передача сигналов NF-kB), Raptor (передача сигналов mTOR) и RhoA/ROCK1 (передача сигналов Wnt). Аутофагия частично отвечает за клиренс SG, предполагая, что благоприятные эффекты препаратов, индуцирующих аутофагию, могут быть частично связаны с усилением клиренса SG во время лечения.

SG и онкогенез

Рак можно обсуждать с трех разных точек зрения: формирование рака и онкогенез, выживание рака и метастазирование, инвазия и прогрессирование раковых клеток. Опухолевые клетки часто подвергаются хроническому стрессу, и помимо влияния на клеточную пролиферацию, проонкогенные гиперактивные сигнальные пути усиливают образование SG, что продлевает жизнь раковых клеток. Истощение SG приводит к улучшению выживаемости больных.

При раке от двадцати до тридцати процентов всех раковых заболеваний человека имеют изменения RAS (KRAS-HRAS-NRAS). KRAS часто встречается при аденокарциноме поджелудочной железы и колоректальном раке, NRAS — при меланоме, раке щитовидной железы и лейкемии. Мутантный белок RAS вооружает клетку против стрессов, связанных с опухолью; так, мутанты KRAS индуцируют образование SG путем повышающей регуляции 15d-PGJ2 (15-дезокси-дельта-простагландина J (2)) посредством нижестоящих эффекторных молекул, RALGDS и RAF, а также увеличения экспрессии циклооксигеназы-2 (COX-2).
15d-PGJ2 нацелен на цистин 264 в eIF4A, нарушая его взаимодействие с eIF4G, необходимое для процесса трансляции. Кстати, сорафениб, противораковый препарат, который попутно увеличивает продукцию SG по пути GCN2/eIF2a, сильно зависит от экспрессии COX-2, секвестированного в SG, и ингибирование COX-2 целекоксибом приводит к усилению ответа на лечение сорафенибом.

В пути pi3k/Akt mTORC1 ингибирует действие 4E-BP на eIF4E путем фосфорилирования и инактивации eIF4E-BP во время киназного каскада PI3K-mTOR, образуя комплекс eIF4F, который отвечает за идентификацию кэп-структуры на 5'-конце мРНК, инициируя, таким образом, трансляцию. Ингибируя mTORC1 при стрессе, eIF4E-BP остается активным и ингибирует образование комплекса eIF4F, останавливая процесс трансляции на начальной стадии. Этот процесс предрасполагает к формированию SG, оставляя PIC (преинициаторный комплекс) на мРНК, что действует как гнездо для SG.

Таким образом mTOR является одним из наиболее важных путей образования SG; ингибирование mTORC1 торкинибом может привести к нарушению образования SG или истощению eIF4G1 или eIF4E, что может нейтрализовать связанный с SG антиапоптотический путь p21. Также Grb7 (адаптерный белок 7, связанный с рецептором фактора роста) фосфорилирует условиях стресса тирозинкиназу Syk по остатку тирозина, вызывая образование SG, и сам рекрутируется в структуру SG. Когда стресс снимается, это рекрутирование способствует образованию аутофагосом и клиренсу SG в клетке, повышая способность клеток противостоять стрессовому стимулу.

В целом влияние SG на пролиферацию идет по двум путям — влияние на клеточный цикл и факторы, регулирующие пролиферацию, и влияние на транскрипты этих факторов. SG играют важную роль в поддержании клеток в развитии клеточного цикла и предотвращении вступления клеток в фазы клеточной гибели.
SP1 представляет собой транскрипционный фактор, играющий важную роль в регуляции SG-нуклеирующих белков, таких как HuR, TIA1/TIAR и G3BP1; истощение клеток по SP1 приводит к гибели клеток. HuR и CIRP совместно локализованы в SG, и CIRP играет ключевую роль в положительной регуляции HUR, а HuR повышает уровень циклина-Е1 в раковых клетках. Сверхэкспрессия циклина E1 увеличивает долю клеток в S-фазе, что приводит к усилению фосфорилирования Rb и клеточной пролиферации во многих моделях линий раковых клеток.

Отметим что регуляция сборки или разборки SG может быть ключевым методом контроля судьбы клеток или лечения заболеваний. Следовательно, это многообещающая область для разработки потенциальных терапевтических стратегий путем нацеливания на белки SG. Как пример рекрутирование мРНК в цитоплазме для слияния со зрелыми SG требует транспортировки по микротрубочкам моторными белками; таким образом, целостность микротрубочек важна для сборки SG. Микротрубочки представляют собой внутриклеточные структуры, собранные из гетеродимеров α- и β-тубулина и отвечающие за различного рода движения в клетках.
Деполимеризующие тубулин агенты могут вызвать исчезновение SG. Как обратимый ингибитор микротрубочек, нокодазол связывается с β-тубулином и нарушает кинетику сборки и разборки микротрубочек, тем самым предотвращая митоз и индуцируя апоптоз в опухолевых клетках. Нокодазол ингибирует образование SG, но не предотвращает фосфорилирование eIF2α, указывая на то, что он действует после фосфорилирования eIF2α.
Винбластин также вызывает деполимеризацию микротрубочек и, подобно нокодазолу, нарушает образование SG и разборку образовавшихся SG. Однако более высокая концентрация или длительное лечение винбластином сильно способствует репрессии трансляции и индуцирует микроскопические SG.