Очерк натуральной онкологии

[albert52]

Продолжим.

Пищеварительные ферменты продуцируются клетками серозного ацинуса в большей экзокринной части поджелудочной железы. Каждый ацинус поджелудочной железы состоит из нескольких серозных клеток, окружающих очень маленький просвет. Ацинарные клетки поляризованы, с округлыми базальными ядрами и апикальными многочисленными гранулами зимогена, типичными для секретирующих белок клеток. Ацинусы окружены лишь небольшим количеством соединительной ткани с фибробластами.

Каждый ацинус дренируется коротким интеркалированным протоком с одинарным плоским эпителием. Клетки этих небольших протоков простираются в просвет ацинуса в виде небольших бледно-окрашенных центроацинарных клеток , уникальных для поджелудочной железы и выделяют большой объем жидкости, богатой HCO3 (бикарбонат-ионы), которая которая увлажняет, очищает и подщелачивает ферментативную секрецию ацинусов.
Эти пищеварительные ферменты включают в себя несколько протеаз, альфа-амилазы, липазы и нуклеазы ( ДНКазы и РНКазы ). Протеазы секретируются как неактивные зимогены ( трипсиноген, химотрипсиноген, проэластазу, калликреиноген и прокарбоксипептидазы). Так, ингибитор трипсина совместно упаковывается в секреторные гранулы с трипсиногеном, который расщепляется и активируется энтеропептидазами в двенадцатиперстной кишке, генерируя трипсин, который активирует другие протеазы в каскаде.

Интеркалированные протоки сливаются с внутрилобулярными протоками и более крупными межлобулярными протоками , которые имеют все более столбчатый эпителий, прежде чем присоединиться к основному протоку поджелудочной железы, который проходит по длине железы.
Все протоковые клетки имеют базовый уровень активации SOX9 генов, препятстующий превращению этих клеток в ацинарные и эндокринные клетки. Также для SOX9 была показана его связь с процессом регенерации ПЖ при повреждениях. Регенерационный потенциал во взрослом органе обычно связан с Ptf1a+ ацинарными клетками, в которых при повреждении ПЖ происходит факультативная реактивация мультипотентных факторов SOX9 и Hnf1β, в результате чего происходит ацинарно-протоковый переход (АПМ — ацинарно-протоковая метаплазия - см. выше).

Одной из основных проблем, стоящих перед этим заболеванием, является гетерогенность, наблюдаемая среди пациентов в отношении симптомов, клинической эволюции, предрасположенности к раннему метастазированию и чувствительности к лечению. Гетерогенность может возникать на разных этапах эволюции опухоли, начиная с первых генетических мутаций, которые привели к возникновению опухоли, ее взаимодействия с микроокружением и в результате давления отбора и клональной экспансии. Тем не менее, были охарактеризованы два клинических подтипа PDAC: базальный (сквамозный), с худшим прогнозом и классический. Базальный подтип частично - но не полностью - совпадает с типом плоских клеток и с EMT; он, как правило, более устойчив к различным химиотерапевтическим средствам и особенно к схеме лечения, называемой FOLFIRINOX (фолиевая кислота, 5-фторурацил (5-FU), иринотекан и оксалиплатин).

Эти фенотипы PDAC определяются различными эпигенетическими ландшафтами, в частности паттернами метилирования ДНК, которые трансдуцируются на уровне транскрипции и изменяют взаимодействие между опухолью и ее стромой. Так, ключевыми игроками в гетерогенности PDAC являются супер-энхансеры; комплекс SWI / SNF ремоделирования нуклеосом может регулировать эти супер-энхансеры, и, что интересно, генетические изменения у членов этого комплекса часты среди опухолей PDAC. Когда комплекс SWI / SNF не способен правильно собираться, он не может противостоять поликомбо-репрессивному комплексу, локализованному в промоторах и типичных энхансерах генов дифференцировки, и это нарушение равновесия способствует онкогенезу.
Поскольку природа подтипов PDAC не является генетической, можно было бы преобразовать оба подтипа просто путем инактивации MET в базальных или GATA6 в классических выборках, что в опухолях часто и происходит. В запущенных случаях между этими двумя крайними формами опухолевого фенотипа имеется континиум промежуточных состояний.

Согласно современной концепции развития ПАПЖ (протоковой аденокарциномы ПЖ), клетками-родоначальниками ее классического подтипа являются ацинарные клетки. Ключевым инициирующим событием является АПМ. Этот процесс активируется при остром панкреатите и непосредственно связан с регенерацией ПЖ. В норме это заканчивается редифференциацией «протоковых» клеток в ацинарные, однако при появлении дополнительных факторов могут развиться ПанИН-I, II, III и в конечном итоге инвазивная аденокарцинома.
РПЖ происходит в основном из ацинарных клеток, чувствительных к мутантному KRAS, но хотя при РПЖ эти клетки претерпевают изменения, больше дистрофические, но так как РПЖ обычно является следствием многократно повторяющего воспаления (явного или скрытого), то ацинарные клетки при этом метаплазируют скорее в подобие центроацинарных клеток, образуя как бы разветвленный воротник вокруг ацинуса. Со временем вследствие накапливающихся мутаций связи между клетками в этом воротнике слабеют и он разрывается, образуя клеточные обрывки. Эти обрывки и дают начало раку, большая их часть попадает под власть генов-предшественников и далее дают начало классическому подтипу, меньшая часть превращается в псевдомезенхимальные клетки и дает начало сквамозному (плоскоклеточному) подтипу (см. выше).

Таким образом в результате хронического воспаления центроацинарные клетки образуют полиповидные разрастания со всем спектром PANIN, но агрессивный рак образуется, когда эти полипы разрываются с образованием фрагментов разной величины. Более крупные фрагменты образуют трубчаые структуры, более мелкие - рыхлые пласты плоских клеток. Метастазируют и те, и другие, только судьбв метастазов разная.

Блуждающие клетки классического трубчатого подтипа образуют (простите за тавтологию) классические метастазы, напоминающие исходную структуру опухоли, только клетки сцеплены часто крепче, что впрочем не мешает им интенсивно размножаться. Более стойкие псевдомезенхимальные клетки плоскоклеточного подтипа могут долго блуждать, постепенно дичая и превращаясь в настоящих лангольеров и образуя скопления разных размеров по всему телу (их число может достигать сотек и даже тысяч).
Зрелые клетки протоков и ацинусов благодаря стройной системе генов дифференцировки и их защитников, в том числе эпигеномных, наскоком не возьмешь. В протоках могут образовываться сравнительно редко метастазирующие IPMN и MCN (см. выше), а клеткам ацинусов, когда им плохо, есть во что превращаться; первичный ацинарный рак наблюдается очень редко.

[albert52]

Продолжим.

Согласно новой классификации ПАК (протоковая аденокарцинома) ПЖ выделяются четыре главных молекулярных подтипа: сквамозный (квазимезенхимальный), панкреатический классический (из клеток-предшественников), иммуногенный и аберрантно-дифференцированный экзокрино-эндокриноподобный (ADEX).

Сквамозный подтип запускается ЕМТ-программой и характеризуется высокой экспрессией мезенхимальных маркеров и наихудшим прогнозом. Гистологически он включает железисто-плоскоклеточный рак ПЖ. Сквамозные опухоли богаты мутациями генов семейства TP53, отражающими активацию TP63ΔN и его транскрипционную сеть. Ген TP63ΔN стимулирует дифференцировку клеток плоского эпителия в противовес железистой дифференцировке эпителия протоков ПЖ.
Гиперметилирование генов, ответственных за апоптоз (PDX1, GATA6 и HNF1B), способствует развитию дедифференцированного и мезенхимального характера этого подтипа. Множество других фенотипических характеристик патогномоничны для сквамозного подтипа ПАК ПЖ: частые мутации гена KDM6A, ответственного за перестройку хроматина, сигнальный путь TGF-β, активацию гена MYC и т.д. Клеточные линии сквамозного подтипа более чувствительны к воздействию гемцитабина.

Панкреатический классический (из клеток-предшественников) подтип характеризуется наиболее эпителиальным характером ПАК ПЖ с высоким уровнем экспрессии эпителиальных маркеров, особенно CDH1/E-cadherin. Данный подтип по молекуляр -ному фенотипу подобен KRAS-зависимым клеточным линиям ПАК ПЖ. Также присуща высокая экспрессия генов, способствующих развитию ПЖ (FOXA2/3, PDX2, MNX1 и GATA6); например, PDX2 индуцирует начальную дифференцировку эпителия поджелудочной железы. В отличие от сквамозного, этот подтип происходит из клеточных линий, чувствительных к ингибитору EGFR – эрлотинибу. Любопытна взаимосвязь классического подтипа ПАК ПЖ с развитием “диабета молодых” (MODY).

В подтипе c аберрантной эндокринной-экзокринной дифференцировкой (ADEX) нарушена регуляция генов, играющих роль в ацинарной и эндокринной дифференцировке, которая носит в норме взаимно исключающий характер, также в процессах регенерации и при панкреатите. Часть этих генов связана с активацией KRAS. ПАК ПЖ подтипа ADEX гистологически связан с ацинарно-клеточным раком.

Иммуногенный подтип ПАК ПЖ отличается различными иммуно-ассоциированными транскрипционными программами. Эти программы связаны с сигнальными путями и рецепторами В- и Т-клеток, представлением антигена и приобретенной иммунной супрессией через ключевые моменты соответствующих путей – CTLA4 и PD1. Кроме того, иммуногенный подтип ПАК ПЖ демонстрирует существенное увеличение в инфильтрате В- и Т-клеток. Гистологически ПАК ПЖ этого подтипа проявляются в виде муцинозных некистозных (коллоидных) опухолей.
Отметим,что в целом ПАК ПЖ является "иммунно-холодной" (см.выше), что обьясняется как выраженными иммунносупрессивными свойствами опухолевых клеток (в тесном стромальном ложе особо не навоюешь), так и трудностями доставки иммунных клеток к опухоли. Вот и приходится выделять отдельныq подтип, где это затруднение как то устранено.
ПАК ПЖ в целом не чувствительна к новым классам ингибиторов анти-i-PD1 иммуномодуляторов импа пембролизумаб (почему - см.выше). Однако ПАК ПЖ иммуногенного подтипа могут быть чувствительными к препаратам этой группы либо сами по себе, либо в сочетании с другими химиотерапевтическими средствами.

Молекулярные механизмы канцерогенеза РПЖ

Молекулярные изменения, которые накапливаются во время канцерогенеза поджелудочной железы, можно классифицировать на ранние (укорочение теломер и активирующие мутации в KRas в PanIN-1), промежуточные (инактивирующие мутации или эпигенетическое молчание CDKN2A в PanIN-2) и поздние (инактивирующие мутации р53 и SMAD4 в PanIN-3) события. Во время формирования PanIN могут также происходить мутации в других генах, впрочем наиболее значимо накопление мутаций, а не появление их в определенном порядке.
Наиболее распространенной является мутация в онкогене K-ras (встречается в 90% случаев). Приобретение онкогенной мутации KRas в ацинарных клетках поджелудочной железы приводит к их трансдифференцировке в протоковидные клетки.

Онкогенные KRas могут также модулировать митохондриальный метаболизм и выработку АФК посредством регуляции рецептора трансферрина (TfR1), который высоко экспрессируется в ракe поджелудочной железы. Кроме того, КRas могут вызвать подавление дыхательной цепи комплекса I и III, приводя к митохондриальной дисфункции (что-то напоминает).

Ген Р16/CDKN2A при РПЖ инактивируется наиболее часто (в 95% наблюдений). Белок р16 играет критическую роль: его инактивация приводит к утрате контроля над клеточным циклом, так как продукт гена p16 INK4а ингибирует взаимодействие циклина D с циклин -зависимой киназой 4 (CDK4). В спорадических опухолях p16 иногда инактивируется гомозиготными делециями и внутригенными мутациями, а в остальном ген INK4a выключается путем метилирования промотора.

Ген-супрессор опухолей DPC4 расположен на хромосоме 18q21 и кодирует ядерный фактор транскрипции Smad 4 - важный элемент TGF-ß сигнального пути. При раке поджелудочной железы DPC4 был инактивирован в 55% наблюдений, а при других злокачественных опухолях инактивация этого гена происходит очень редко.

Канонический каскад передачи сигналов Smad инициируется фосфорилированием рецептор-регулируемых факторов транскрипции Smad (R-Smads) Smad2 и/или Smad3 активированным ALK5 (Anaplastic Lymphoma Kinase). Это позволяет связывать R-Smad с Smad4 и транслокацию комплекса в ядро, где он может привлекать транскрипционные коактиваторы или корепрессоры к Smad-связывающим элементам (SBE) в промоторах генов-мишеней TGF-β. Отметим, что потеря функции SMAD4 почти всегда происходила в связи с генетической инактивацией TP53 , но не наоборот, указывая на то, что изменения SMAD4 были связаны с генетическими изменениями TP53 .
Эта взаимосвязь также предполагает, что инактивация SMAD4 происходит позже, чем инактивация TP53. Трансформирующий фактор роста (TGF -β) действует как супрессор опухоли во время инициации рака, но как промотор опухоли во время прогрессирования опухоли. Рост опухолевых клеток TGF-β способен ингибировать путем тормозного взаимодействия с циклином D1.

При инвазивной карциноме гиперактивирован сигнальный путь Hedgehog; эта активация может быть зависимой от лиганда Hedgehog (при РПЖ) или из-за мутации Patched (при базально-клеточном раке кожи). Ингибирование этого пути препаратом циклопамином останавливает рост опухоли в эксперименте.

[albert52]

Продолжим.

Ген р53. При раке поджелудочной железы инактивация этого гена-супрессора опухолей определяется в 50-70% наблюдений. р53 — это ядерный ДНК-связывающий белок, который влияет на старение клетки и контролирует клеточный цикл, запускает процесс клеточной гибели (апоптоз). Мутации в гене TP53 отменяют его функцию, приводя к генетической нестабильности и прогрессированию опухоли. р53 ингибирует клеточный цикл путем прямой инактивации CDK4 и косвенной инактивации p21, то есть функционирует на переходе G1 / S, блокируя вход в S-фазу, вызванный повреждением ДНК. Функции p53 также поддерживают геномную стабильность.
Потеря p53 связана с анеуплоидией, выдающейся особенностью карциномы поджелудочной железы; вообще на сегодняшний день большинство генов, которые считаются супрессорами метастазирования, демонстрируют признаки гаплоиндуцированности. Инактивация TP53 при SMAD4 дикого типа сильно обогащена нулевыми мутациями (нонсенс, делеция или сдвиг рамки), а при сопутствующей потере SMAD4 - миссенс-мутациями. При этом потеря SMAD4 частично устраняет остаточные цитостатические или апоптотические функции миссенс-мутантных белков TP53

Специфические ингибиторы COX2 (СОХ — группа ферментов, участвующие в синтезе простаноидов, таких как простагландины, простациклины и тромбоксаны) могут предотвращать канцерогенез и вызывать апоптоз опухолевых клеток. Также путь липооксигеназы (LOX) превращает арахидоновую кислоту в мощные сигнальные медиаторы, такие как лейкотриен B4 (LTB4), способствующий развитию и прогрессированию рака человека. Сверхэкспрессия рецепторов LOX и LTB4 при раке поджелудочной железы человека образует аутокринную петлю, которая стимулирует пролиферацию клеток.

Активированные гены подтипа предшественников поджелудочной железы в основном участвуют в развитии поджелудочной железы (например, GATA6, BMP2, PDX1 и SHH) и передаче сигналов Ras (например, KITLG и RASA3). Плоскоклеточный (сквамозный) подтип демонстрирует обогащение путей с сильным онкогенным потенциалом (например, PI3K-AKT, Hippo и WNT), способствующим EMT (например, передача сигналов TGFβ) и дерегулирование генов, участвующих в пролиферации, дифференцировке и апоптозе клеток (например, YAP1, CD44 , MYC и E2F7). Отметим, что устранение Kras приводит к переключению в сторону плоскоклеточного подтипа.
Впрочем подтипы опухолей лучше определяются специфическими эпигенетическими, транскрипционными и стромальными ландшафтами, чем генными мутациями (см. выше). А если эпигеном является основным фактором, ответственным за фенотипы PDAC, главное заключается в том, что это обратимое явление, а генетические мутации - нет.

К эпигенетическим регуляторам, обнаруженным в PDAC, относятся H3K4-метилтрансферазы MLL2 и SETD3 и H3K-ацетилтрансфераза KAT2A, которые активируют транскрипцию. Другим регулятором, сверхэкспрессированным во всех образцах PDAC, является энхансер Zeste Homolog 2 (EZH2). Этот фермент является функциональным компонентом субъединицы 2-го репрессивного комплекса ремоделяции хроматина (PRC2) и катализирует триметилирование H3K27, в результате чего хроматин плотнее окутывает ДНК и мешает транскрипции.

Поликомб-репрессированные комплексы подавляют гены-супрессоры опухолей и гены пути Hedgehog (см. выше). Первый в своем классе пероральный селективный ингибитор EZH2, таземетостат показал благоприятные результаты у пациентов с рефрактерной В-клеточной неходжкинской лимфомой и запущенными солидными опухолями. NUPR1 является белком, который сверхэкспрессируется во время острого панкреатита, и участвует в ремоделировании хроматина посредством его взаимодействия с белками группы поликомб. Спиральные пептиды, предназначенные для нацеливания на NUPR1, оказывают кратковременный лечебный эффект.

Метилирование ДНК таким образом является эпигенетической меткой, которая вызывает молчание генов, удерживая ДНК в транскрипционно спокойном состоянии. Зебуларин, известный ингибитор метилирования ДНК, подталкивает стволовые клетки PDAC к более пролиферативному фенотипу с повышенной чувствительностью к современным химиотерапиям. Существует также подгруппа опухолей PDAC, которые были чувствительны к хорошо изученному децитабину.

Гистондеацетилаза 1 (HDAC1) является еще одним эпигенетическим модификатором, который сверхэкспрессируется в PDAC и может нарушать регуляцию паттерна ацетилирования гистона, что в целом активирует транскрипцию. В частности, более высокие уровни экспрессии HDAC 1, 7 или 8 связаны с худшей общей выживаемостью. Ингибирование HDAC может привести к активации генов-супрессоров опухоли.
Некодирующие РНК (нкРНК) транскрипты играют роль эпигенетических модификаторов, взаимодействуя с гистоновыми модифицирующими комплексами или с DNMT (DNA methyltransferase). Среди нкРНК лучше всего изучены микроРНК (миРНК), которые действуют как посттранскрипционные репрессоры, а в предраковых поражениях PDAC подавление miR-148, наряду с miR-217 и miR-375, является мета-сигнатурой PDAC. Различные стратегии доставки могут быть выполнены для восстановления уровней экспрессии miRNA. Одним из них является использование «нановекторов», которые состоят из липидных наночастиц. Они были успешно использованы для доставки miR-34a из транскрипционной сети p53 и кластера miR-143/145, который подавляет экспрессию KRAS2 в раковыклетках.

В целом, развитие эпигенетических лечебных препаратов сталкивается с несколькими проблемами, одной из наиболее важных из которых является отсутствие специфичности: все эпигенетические методы лечения влияют на общий геном. Кроме того, следует учитывать гетерогенность, поскольку маловероятно, что одно эпигенетическое лекарственное средство, отдельно или в сочетании с современными методами лечения, будет эффективным для всех опухолей.

[albert52]

Вставка

Генный профиль развития ПЖ

Морфологические изменения, которые происходят при дифференциации поджелудочной железы от энтодермы кишечника, зависят от последовательных изменений в экспрессии генов. Внеклеточные сигналы, обеспечиваемые тканевыми взаимодействиями между развивающейся энтодермой поджелудочной железы и соседними тканями, в конечном итоге влияют на фенотип клетки, изменяя экспрессию генов в ядре.

Самыми ранними генами, избирательно экспрессируемыми в препанкреатической энтодерме, являются два фактора транскрипции, фактор гомеодомена парахокс PDX1 и фактор транскрипции основной спирали-петля-спираль (bHLH) PTF1A. Экспрессия PDX1 впервые появляется в препанкреатической энтодерме более чем за 1 день до начального формирования дорсального зачатка поджелудочной железы, и ей непосредственно предшествует появление другого парахокс-фактора, MNX1 (также известного как HB9), который в передней энтодерме экспрессируется более широко, чем PDX1. Экспрессия как MNX1, так и PDX1 сохраняется в начальных зачатках поджелудочной железы, хотя экспрессия MNX1 быстро гасится, в то время как экспрессия PDX1 еще какое-то время продолжается. В зрелых β-клетках реактивируется экспрессия обоих факторов.

Есть несколько дополнительных факторов энтодермальной транскрипции как потенциальных внутренних регуляторов экспрессии PDX1. К ним относятся такие члены семейств факторов транскрипции как HNF1 и Foxa, Onecut1, парный гомеодоменный фактор PAX6, ну и сам PDX1. HNF1a и PAX6 экспрессируются недостаточно рано или широко, чтобы инициировать раннюю экспрессию PDX1 в эмбриональном кишечнике и зачатках поджелудочной железы, но паттерны экспрессии Onecut1, HNF1b, Foxa1 и Foxa2 предполагают, что они в совокупности могут играть эту роль.
PDX1 необходим для роста зачатков поджелудочной железы; делецмя гена, кодирующего PDX1 человека, была идентифицирована у людей с агенезом поджелудочной железы. Экспрессия PTF1A следует вскоре после PDX1 и хотя он первоначально был описан как экзокринно-специфический фактор транскрипции, фактически он играет важную роль в определении судьбы всех клеток поджелудочной железы.

Поджелудочная железа состоит из трех основных типов клеток: эндокринных клеток, ацинарных клеток и протоковых клеток. Их развитие строго контролируется регуляторной сетью факторов транскрипции, которые модулируют экспрессию генов. В эту сеть включены факторы транскрипции гомеобокса (PDX1, Pbx1, HB9), факторы транскрипции гомеопротеинов парного бокса (Pax4, Pax6), факторы транскрипции Forkhead Вох (Foxa1, Foxa2) и факторы транскрипции основной спирали-петли-спирали (bHLH) (ptf1a / p48, Mist1, нейрогенин3, NeuroD).

Факторы транскрипции bHLH особенно важны для событий развития и дифференцировки из-за комбинаторной природы этих белков. Факторы bHLH подразделяются на две основные группы - белки класса A, которые включают широко экспрессируемые белки E12 / E47 / HEB, и белки класса B, которые демонстрируют ограниченный тканью паттерн экспрессии.
В большинстве случаев предпочтительный комплекс bHLH представляет собой гетеродимер, состоящий из члена класса A и члена класса B. Эти гетеродимеры связываются с сайтами E-box, обнаруженными в промоторных и энхансерных областях генов-мишеней, чтобы регулировать их транскрипцию. Из класса В ген Neurogenin3 является нижестоящей мишенью передачи сигналов Notch и необходим для развития всех клонов эндокринных клеток поджелудочной железы. NeuroD , нижестоящий ген-мишень Neurogenin3, служит ключевым регулятором транскрипции гена инсулина в β-клетках.

Ptf1a предпочтительно собирается в тримерный комплекс транскрипции PTF1 с белком E и Rbpj (или Rbpjl). Регулятор транскрипции RBPJ, иначе известный как CSL ("CBF-1, супрессор Hairless, Lag-2"), представляет собой высококонсервативный ДНК-связывающий белок, который играет центральную роль в решении судьбы клеток метазоа. RBPJ обеспечивает каноническую передачу сигналов Notch. В развитии поджелудочной железы Ptf1a незаменим для контроля роста мультипотентных клеток-предшественников, а также для спецификации и поддержания ацинарных клеток.

Как только идентичность поджелудочной железы установлена, морфогенез ветвления в MPCs (мультипотентных стволовых клетках) ведет к разделению на верхушечные и клетки ствола, предшественники ацинарных и протоковых структур соответственно. Первоначально коэкспрессируясь, Nkx6-1 становится ограниченным стволом, а Ptf1a - концевыми клетками. Последние показывают экспрессию Myc (c-Myc), тогда как клетки ствола определяются активностями генов Hnf1b, Sox9, Hnf6 и Hes1. Кроме того, расширение и поддержание экзокринного компартмента дополнительно поддерживается ингибированием пути Hippo для репрессии специфичных для эндокринной системы генов TF, включая Pax6, Ngn3, Isl1 и Nkx6-1, а также Gcg и Ins1 / 2. Активные сигналы Hippo, кстати, противодействуют активности Yap, способствуя эндокринной судьбе.

В концевых клетках Ptf1α индуцирует Nr5a2, который имеет решающее значение для ацинарной идентичности, поскольку Nr5a2 напрямую регулирует Ptf1a в петле обратной связи, а также Gata4 и Rbpjl. Эндокринный компартмент появляется в нескольких отдельных клетках внутри ствола, которые активируют Ngn3, предположительно за счет латерального ингибирования генов экзокринной дифференциации, организованного путем Notch.

Zeb1, известный EMT-TF, экспрессируется на низких уровнях в эпителиальном компартменте развивающейся поджелудочной железы. В отличие от роли Snail и Slug во время расслоения эндокринных клеток островков Лангерганса, Zeb1 является критическим для спецификации в правильных соотношениях клонов клеток в эмбриональном периоде и для тканевого гомеостаза в поджелудочной железе взрослых.
Временные волны экспрессии TF инициируют созревание эндокринных клеток, чтобы гарантировать однонаправленную спецификацию уникальных типов клеток, включая Neurod1, Insm1 и Rfx6, потеря которых ставит под угрозу идентичность и функцию островковых клеток.

Идентичность ацинарных клеток поддерживается несколькими взаимодействующими ТФ, такими как Ptf1α (см. выше) и Mist1. Подавление этих TF приводит к приобретению характеристик клеток-предшественников и увеличению образования ADM и PanIN, что подчеркивает важность поддержания экспрессии этих факторов идентичности для предотвращения инициации опухоли.

MIST1 представляет собой мастер TF, принадлежащий к семейству В белков с основной конфигурацией (доменом) спираль-петля-спираль (bHLH). MIST1 экспрессируется в серозных экзокринных клетках, включая ацинарные клетки поджелудочной железы. Вне поджелудочной железы MIST1 экспрессируется в ацинарных клетках слезных, околоушных и поднижнечелюстных слюнных желез, главных клетках желудка, альвеолярных клетках лактирующих молочных желез и секретирующих клетках, выстилающих простату и семенные пузырьки.
В поджелудочной железе MIST1 локализуется в ядрах ацинарных клеток; не наблюдается его экспрессии в протоковых или центроацинарных клетках. MIST1 является мишенью транскрипционного фактора XBP1, который также играет физиологическую роль в ацинусах поджелудочной железы. Белок MIST1 может также образовывать гетеродимеры с другими факторами транскрипции bHLH, что типично для этих белков. Однако, в отличие от других белков bHLH, MIST1, по-видимому, преимущественно работает как гомодимер.

Экзокринные клетки с выпадением гена Mist1 имеют дефект митохондриальной локализации и движения кальция, что, вероятно, является основной причиной снижения базального и регулируемого экзоцитоза, проявляемого этими клетками. При этом репрессируется Atp2c2 (ген, кодирующего секреторный путь Ca 2+АТФаза 2 (SPCA2), который участвует в поступлении кальция из клеточного депо. MIST1 также нацелен на p21 pCIP / WAF, вызывая задержку роста ацинарных клеток, что позволяет предположить, что в отсутствие MIST1 фенотип зрелых ацинарных клеток более пластичен (см. рак желудка). Также может наблюдаться спонтанный панкреатит и большая чувствительность к разным повреждающим факторам.

MIST1 также снижает способность онкогенного Kras вызывать PanIN. В эксперименте при делеции гена MIST1 KrasG12D значительно ускоряет образование PanIN, и мыши становятся нежизнеспособными из-за почти полного отсутствия ацинарной ткани, замещенной протоковым эпителием. Эти аффекты отменяются принудительным выражением MIST1. Mist1 также активирует экспрессию p21 CIP1 / WAF1 посредством уникального пути Sp1.

[albert52]

Молекулярные механизмы канцерогенеза РПЖ (продолжение)

Многочисленные сигнальные пути через стимулированные рецепторы факторов роста передают свои последующие эффекты через факторы обмена гуанином RAS (RAS-GEFs), которые активируют белки семейства RAS, KRAS, HRAS и NRAS. Напротив, негативные регуляторные пути индуцируют белки-активаторы ГТФазы RAS (RAS-GAP), которые осла***ют передачу сигналов RAS. Онкогенные мутации KRAS - в кодонах 12, 13 и 61 - продуцируют конститутивно активные формы KRAS, устраняя необходимость в восходящих индуцирующих сигналах и делая белок нечувствительным к ингибированию. Активированный KRAS задействует множество эффекторных путей, в частности, киназу, активированную митогеном RAF (MAP-киназу), фосфоинозитид-3-киназу и пути RalGDS.
В дополнение к роли в инициации опухоли, похоже, что активация KRAS необходима для поддержания онкогенного роста установленного PDAC, поскольку нарушение активности KRAS - через интерференцию РНК, антисмысловую РНК или экспрессию доминантно-отрицательного KRASN17 - осла***ет онкогенность клеточных линий PDAC. Следовательно, активность KRAS, по-видимому, необходима на всех этапах канцерогенеза протоков поджелудочной железы, и, таким образом, активированный KRAS или его эффекторы, вероятно, будут подходящими мишенями для профилактики и лечения этого злокачественного новообразования.

Экспрессия онкогенного Kras в ацинарных клетках индуцирует трансдифференцировку в протоковые клетки во время ADM; этот процесс предшествует формированию повреждений PanIN и в конечном итоге вызывает PDAC. Инициация PDAC может также развиваться отдельно от ацинарных или протоковых клеток по PanIN-независимому механизму. Сходным образом экспрессия Kras G12D в сочетании с гаплонедостаточностью Smad4 ведет к последовательному прогрессированию поражений MCN в сторону отдельного класса PDAC.

Gata6 необходим для терминальной дифференцировки и гомеостаза ацинарных клеток и установления полярности. Установлено, что инактивация Gata6 вызывает массовую потерю ацинарных клеток и способствует развитию ADM в поджелудочной железе. GATA6, среди других генов, кодирующих TF, определяющих судьбу энтодермальных клеток, подавляется в плоскоклеточном подтипе PDAC посредством гиперметилирования промотора. В соответствии с этим, экспрессия GATA6 преимущественно выявлялась в хорошо дифференцированных опухолях низкой степени злокачественности.

Pdx1 часто подавляется гиперметилированием во время прогрессирования в сторону плоскоклеточного подтипа PDAC. С другой стороны, PDX1 является частью транскрипционной сети, определяющей судьбу клеток энтодермы в сторону поджелудочной железы, и его присутствие приводит к лучшему прогнозу для подтипа предшественников PDAC. В целом Pdx1 действует как контекстно-зависимый TF во время инициации и прогрессирования PDAC: он переключается с защиты идентичности ацинарных клеток во время раннего туморогенеза на онкоген после установления ADM.

Экспрессия Sox9 в поджелудочной железе взрослого человека ограничена цитокератин-положительными клетками протока, включая центроацинарные клетки. Во время образования опухоли было показано, что Sox9 индуцируется в ADM и PanIN и поддерживается в подтипе PDAC предшественника поджелудочной железы. Важно, что ADM и PanINs, происходящие из ацинарного компартмента, нуждаются в эктопической индукции Sox9. Совместная экспрессия онкогенного Kras и Sox9 дикого типа способствует индукции предшественников поражений из ацинарного компартмента. В целом ADM, зависит от комбинированной экспрессии Sox9 и Hnf6, поскольку сверхэкспрессия Hnf6 также запускает ADM.
Сверхэкспрессия SOX9 не влияет на частоту IPMN, но снижает образование PDAC, демонстрируя, что Sox9 является основной нижестоящей мишенью Arid1a и предотвращает прогрессирование опухоли, способствуя протоковой дифференцировке. В конце концов, Sox9 является критическим медиатором идентичности протоков или предшественников. Из-за его встраивания в множественные сигнальные пути и петли обратной связи в спецификации клеточного типа, его дерегулированная экспрессия в конечном итоге связана с ранним туморогенезом.

В поджелудочной железе взрослых экспрессия Notch мишени Hes1 ограничена центроацинарными и протоковыми клетками, при этом регуляция Hes1 с помощью активной передачи сигналов Notch наблюдалась во время формирования ADM и PanIN. Notch-индуцированный Hes1 контролирует рост недифференцированной популяции клеток-предшественников как во время эмбриогенеза, так и при онкогенезе, способствуя таким образом Kras-опосредованному инициированию и прогрессированию опухоли. В этом контексте активация Notch сенсибилизирует ацинарные клетки к мутантному Kras-индуцированному инициированию и прогрессированию ADM / PanIN.
Кстати, при потере Hes1 может произойти ускорение онкогенеза PDAC за счет образования опухоли по прямому пути от ADM к PDAC, который пропускает предраковые поражения PanIN (не помнящая родства).

Таким образом, формирование PDAC зависит от ранних предопухолевых событий, таких как ADM, который основан на подавлении TF, которые контролируют идентичность ацинарных клеток, включая Gata6, Mist1 и Ptf1α, и прироста TF, которые способствуют протоковой спецификации, включая Pdx1, Sox9 и Hes1. Клетки ADM также приобретают свойства, не похожие на протоки, за счет активации Pdx1, приобретая более сходные с ранними предшественниками характеристики.

Активация определенных нижестоящих медиаторов KRAS способна способствовать переходу к плоскоклеточному подтипу. Сверхэкспрессия Etv1 индуцирует все основные EMT-TF и молекулярные маркеры, связанные с мезенхимальным фенотипом (например, Vim, Mmp3 и Mmp9), тогда как нокдаун Etv1 снижает уровни Zeb1. Также повышение HAS2 способно подпитывать самоподдерживающуюся петлю обратной связи CD44 и ZEB1, которая включает дифференциальный сплайсинг CD44 с помощью ESRP1, дополнительно способствуя EMT.

MAZ действует ниже KRAS и способствует передаче сигналов CRAF-MAPK с участием PAK и подавлению AKT / PKB. Более того, повышающая регуляция MAPK или инактивация TP53 приводит к сверхэкспрессии KLF7, способствуя росту опухоли и метастазированию. Экспрессия KLF7 активирует IFN-стимулированные гены и стабилизирует целостность аппарата Гольджи и, таким образом, гликозилирование белков для усиления секреции факторов роста, способствующих развитию рака.
В сотрудничестве с Myc Yap1 поддерживает экспрессию метаболических генов, необходимых для пролиферации и выживания. При удалении Yap1 подмножество опухолевых клеток было способно восстанавливать уровни Myc, обеспечивая выживание клеток за счет индукции генов, кодирующих EMT-TFs Snail, Zeb2, Twist2 и фактор стволовости Sox2, тем самым компенсируя потерю Yap1.

При устранении KrasG12D были идентифицированы другие компенсаторные механизмы, включая индукцию репрессора транскрипции Gli2, нижестоящего медиатора пути SHH. При этом индукция GLI2 способствует переключению сигнатуры гена с панкреатического предшественника на плоскоклеточный подтип, что сопровождается снижением маркеров эпителиальной идентичности (E-кадгерин, ESRP1, GATA6 и SHH) и повышением экспрессии EMT / маркеры стволовости (ZEB1, VIM, CK14, SOX2 и CD44).

[albert52]

Продолжим.

Рост первичной опухоли и метастатический рост можно подавить путем делеции гена SPP1 (секретируемый фосфопротеин 1), нижестоящей мишени GLI2, что подчеркивает его роль в повышении агрессивности опухоли. Синтезируемый SPP1 белок остеопонтин является неколлагеновым костным белком, важнм для взаимодействия клетки с матриксом кости. В коже остеопонтин вызывает чрезмерное образование рубцов, и был разработан гель, препятствующий его действию.
При PDAC обнаружено трм варианта его сплайсинга , при этом остеопонтин-а экспрессируется почти во всех PDAC, экспрессия остеопонтина-b коррелирует с выживаемостью, а остеопонтин-с коррелирует с метастатическим заболеванием. Хотя точные механизмы передачи сигнала остеопонтином при PDAC мало изучены, он связывается с CD44 и интегринами, запуская такие процессы, как прогрессирование опухоли и ингибирование комплемента.

Остеопонтин также стимулирует метастазирование, вызывая высвобождение сосудистого эндотелиального фактора роста (VEGF) и матриксной металлопротеазы (MMP), которые ингибируются путем нокдауна остеопонтина. Этот процесс стимулируется никотином, который является предполагаемым механизмом, с помощью которого курильщики испытывают повышенный риск РПЖ. Разрабатываются антитела против остеопонтина, в том числе hu1A12, которые ингибировали метастазирование в исследовании in vivo, а также при гибридизации с антителом против VEGF бевацизумабом.

Плоскоклеточный подтип обнаруживает обогащение для передачи сигналов TGFβ; центральным игроком в канонической передаче сигналов TGFβ является SMAD4 (см. выше). Гетерозиготная инактивация Smad4 способствует прогрессированию и росту первичной опухоли, в то время как потеря оставшегося аллеля дикого типа приводит к высокометастатическому заболеванию. Runx3 способствует метастатической колонизации, но зависит от состояния Smad4.

Повышенная регуляция пионерского фактора FOXA1 связана с классическим подтипом РПЖ, тогда как его экспрессия низка при «плоскоклеточном» (квазимезенхимальном) подтипе. Оба этих подтипа впрочем являются сильно метастатическими, с небольшими различиями в общей выживаемости пациентов. Белок регулятора транскрипции BACH1 помимо репрессии FOXA1 активирует SNAI2, который дополнительно способствует EMT, что оценивается по инактивации генов в линиях клеток человека.

Также во время туморогенеза HNF4α напрямую активирует HNF1A, а потеря первого делает возможным переход к более плоскому фенотипу. Более того, HNF4α непосредственно репрессирует мезодермальные и нейральные дифференцировочные TF SIX1 / 4, повышенная экспрессия которых связана с плоскоклеточным подтипом.
HNF1α подавляет активность ингибиторов апоптоза и модулирует экспрессию генов клеточного цикла. Но, с другой стороны, HNF1A является онкогеном, необходимым для регуляции популяций раковых стволовых клеток (CSC) в PDAC, способствует независимому от закрепления клеток росту, пролиферации, а также инвазивной и миграционной способности. Эти противоречивые данные могут быть объяснены гипотезой о том, что клеточная пластичность и, следовательно, способность индуцировать частичную EMT необходима для приобретения стволовости, тогда как обращение к эпителиальному фенотипу является критическим для роста метастазов.

Таким образом, повторная экспрессия TF, связанных с подтипом предшественников поджелудочной железы, важна для успешной колонизации печени.Также Prrx1a (Paired related homeobox 1) усиливает самообновление, снижает инвазивность и способствует метастатическому разрастанию. Изоформа ß, с другой стороны, способствует инвазии, EMT и дедифференцировке, способствуя экспрессии Hgf, предполагая, что обе изоформы отчетливо регулируют EMT и MET с образованием явных метастазов. Кроме того, эти две изоформы могут образовывать гомо- и гетеродимеры, влияя на транскрипционную активность. Отметим, что генетическая делеция Prrx1 переводит фиьробласты CAF в высокоактивированное состояние, что приводит к повышенному отложению ECM. Этот специфический фенотип CAF приводит к улучшенной дифференцировке опухоли, повышенной чувствительности к химиотерапевтическому лечению и нарушает системную диссеминацию опухоли.

Истощение глутамина способствует метастазированию за счет индукции EMT вследствие активации Snai2 посредством передачи сигналов ERK и активации ATF4. А одновременная инактивация Snai1 и Twist вызывает сдвиг EMT-равновесия в более эпителиально-подобное состояние в первичной опухоли, одновременно усиливая метастазы в печень. В целом усиление эпителиальных свойств и, следовательно, клеточной пластичности необходимо для метастатической компетентности.

В совокупности эти находки и исследования основных EMT-TF при других формах рака показывают, что их индивидуальный вклад в инвазию и метастазирование сильно зависит от клеточного контекста, то есть в первую очередь эпигенетики. Так, геномный анализ PDAC человека показал, что до 10% мутаций выявляются в генах ремоделирования хроматина. Более того, эпигенетический ландшафт PDX показал, что подтипы предшественников плоскоклеточного и панкреатического генов также можно классифицировать по паттернам метилирования ДНК и регуляторным элементам генов. В частности, мутации гистонолизиндеметилазы 6a (KDM6A) в сочетании с изменениями p53 были связаны с плоскоклеточным подтипом PDAC. Потеря только KDM6A достаточ -на для индукции плоскоклеточного подтипа за счет активации участков энхансеров ΔNp63 (TP63), MYC и RUNX3.

Активация гистон-метилтрансферазы Nsd2 увеличивает глобальное накопление метки активации H3K36me2, тем самым обогащая сигнатуру плоскоклеточных генов. Напротив, потеря Nsd2 снижает H3K36me2, что приводит к обогащению маркеров подтипа предшественников поджелудочной железы. Эти находки указывают на то, что накопление диметилирования в H3K36 необходимо для клеток, чтобы претерпевать EMT. Интересно, что H3K36me2 транскрипционно влияет на активность энхансеров и, таким образом, на экспрессию большинства генов ЕМТ-ТФ (Zeb1 / 2, Snai1 и Twist2) и других ТФ, способствующих метастазированию (см. выше).

Эпигенетическая регуляция также необходима для преодоления подавляющих опухоль эффектов передачи сигналов TGFβ, то есть индуцированного старения и апоптоза, прежде чем он сможет действовать как триггер индукции EMT. Поразительно, что повышение NFATc1 (Nuclear factor of activated T-cells, cytoplasmic 1) имеет pешающее значение для преодоления TGFβ-индуцированной остановки роста за счет противодействия H3K27ac модуляции и активации генов-мишеней TGFβ, включая Birc5, Ccnd1 и Plk1.

В целом эпигенетические состояния определяют молекулярные подтипы PDAC в очень динамичном процессе. Изменения в эпигенетическом ландшафте являются ключевыми особенностями прогрессирования PDAC в сторону злокачественности, поддерживая приобретение клеточной пластичности.

[albert52]

Продолжим.

Так как в онкопроцессе все начинается с воспалительной реакции, то рассмотрим поподробней основных участников этих как бы старых песен о главном. В начальной стадии онкогенеза важнейшую роль играет NF-κB, причем в предраковых клетках p65-субъединица NF-κB функционирует как супрессор опухолей, но затем экспрессия онкогенного Ras заставляет p65 переключать свою функцию на промотор опухоли, чтобы защитить трансформированные клетки от иммунного надзора. Отметим, что NF-κB конститутивно активируется при раке поджелудочной железы, и имеются существенные доказательства, подтверждающие его участие в образовании плотной стомы с инфильтрацией врожденными иммунными клетками.
NF-κB способен модулировать воспалительные макрофаги через прямое регулирование GDF-15 (growth differentiation factor 15), который впервые был идентифицирован как ингибирующий макрофаги цитокин-1 путем негативной регуляции фактора роста TGF-ß, который активирует киназу 1 (TAK1), что, в свою очередь, вызывает подавление экспрессии целевых генов NF-κB Tnf и iNOS. В отсутствие TNF и NO макрофаги больше не способны уничтожать опухолевые клетки.

Хроническое воспаление может привести к выработке провоспалительных цитокинов, таких как интерлейкин-6 (IL-6), который активирует специфические рецепторы, например пути Janus-Kinase-Signal Transducer и Activator of Translation3 (JAK-STAT3), митоген-активируемую протеинкиназу (MAPK) и способствует развитию PanIN. Миофибробластоподобные панкреатические звездчатые клетки (PSC) находятся в состоянии покоя в нормальной поджелудочной железе, но переходят в активированное состояние при патологических состояниях, таких как воспаление или рак. Секреция PSC содержит высокий уровень IL-6.
IL-6-JAK2-STAT3 способствует росту и развитию поджелудочной железы. Это естественным образом ингибируется SOCS3, который в целом предотвращает пролиферацию клеток. Во время онкогенеза сдерживающее действие SOCS3 снимается посредством гиперметилирования его промотора ДНК-метилтрансферазой 1. IL-6 может также независимо активировать Pim-1-киназу, протоонкогенную мишень STAT3. Связанная с прогрессированием клеточного цикла и контрольными точками G1 / S и G2 / M, Pim-1-киназа необходима для пролиферации клеток. Активация IL-6 через STAT3 придает клеткам ПК резистентность к аноикису, что в конечном итоге усиливает метастазирование.

Воспаление поджелудочной железы приводит к связанным с повреждением молекулярным паттернам (DAMPs) и активации факторов роста, такие как фактор роста эндотелия сосудов (VEGF) во время последующего заживления. DAMP, возникающие в результате воспаления и повреждения клеток, могут стимулировать TLR и, следовательно, индуцировать передачу их сигналов, что поддерживает воспалительное микроокружение. DAMP, также известные как alarmins, представляют собой молекулы, высвобождаемые стрессированными клетками, подвергающимися некрозу, которые действуют как эндогенные сигналы опасности, способствуя и усиливая воспалительный ответ.

Toll-подобные рецепторы (TLR) являются мембранными рецепторами, способствующими распознаванию образов врожденной иммунной системы. Передача сигналов TLR2 и TLR4 опосредует активацию NF-κB. Было показано, что синергизм с TLR4 опосредует эффекты DAMP HMGB1 и HSP70. Триггерный рецептор (TREM-1) является новым членом суперсемейства иммуноглобулинов, присутствующих в моноцитах и ​​нейтрофилах; TREM-1 является положительным регулятором воспалительных реакций.
Эндогенные лиганды, такие как белки теплового шока, фибриноген и фрагменты гиалуроновой кислоты, возникающие в результате повреждающих событий, вызванных воспалительными процессами, индуцируют TLR2, -4 и -9. Сигнализации TLR4 активирует PI3K-Akt путь, тем самым вызывая секрецию раковыми клетками различных воспалительных медиаторов и цитокинов. TLR4 стимулирует ангиогенез рака поджелудочной железы посредством повышающей регуляции VEGF через PI3K -АКТ.

Фактор некроза опухолей-α (TNF-α) является основным регулятором воспаления и ключевым игроком в сети цитокинов. TNF-α является трансмембранным белком типа II с сигнальным потенциалом в качестве мембранно-интегрированного белка или в виде растворимого цитокина, высвобождаемого при его протеолитическом расщеплении. Стимуляция TNF-α сильно увеличивает инвазивность с умеренным антипролиферативным эффектом.
Существует два конкретных обьекта для TNF-α: TNFR1 и TNFR2. Активация TNFR1 вызывает образование каспазсодержащих комплексов и через множество сложных путей, включая активацию проапоптотических белков семейства Bcl-2 и апоптоз, индуцирует активные формы кислорода (АФК).

IL-1-α при раке поджелудочной железы экспрессируется исключительно злокачественными клетками опухоли и его высокая экспрессия связана с плохим клиническим исходом. В присутствии IL-1-α в PSC индуцировался специфический профиль экспрессии, который характеризовался повышенной экспрессией MMP1 и MMP3, а также сниженными уровнями MMP2, TIMP (Metalloproteinase inhibitor) 2 и TIMP3. Ранее было обнаружено, что TIMP3 преимущественно ингибирует активность MMP1 и MMP3, и снижение экспрессии TIMP3 может усиливать их протеолитическую активность, что приводит к ремоделированию опухолевой стромы.

IL-4 может оказывать стимулирующее рост и проинвазивное действие в некоторых раковых опухолях, включая поджелудочную железу. Он обнаружен в большом количестве в окружении опухолевых клеток и секретируется инфильтрирующими лимфоцитами, а также самими опухолевыми клетками. Было показано, что избыточная экспрессия одной из его рецепторных цепей, IL-4Rα была связана с местно-распространенной стадией опухоли, повышенной склонностью к метастазированию и плохой общей выживаемостью.