[albert52]

Вставка

Хромосомная нестабильность (CIN)

Большинство солидных опухолей являются анеуплоидными, и многие хромосомы неправильно расщепляются с очень высокой частотой (вплоть до одного раза за каждые 1-5 клеточных делений) в явлении, называемом хромосомной нестабильностью (CIN), которая определяется как постоянно высокая скорость потери и приобретения целых хромосом. Отметим, что массивная неправильная сегрегация хромосом, вызванная сбоем контрольной точки или мультиполярной анафазой, приводит к летальному исходу.
CIN представляет собой потерю точности сегрегации хромосом в митозе, который в норме тщательно организован, чтобы гарантировать, что все сестринские хроматиды сегрегируют в противоположные дочерние клетки. Центральное место в этой хореографии занимает слипчивость сестринских хроматид, которая устанавливается во время репликации ДНК путем отложения когезинового комплекса. Надлежащая сегрегация хромосом требует, чтобы слипчивость поддерживалась на протяжении фаз G2 и M клеточного цикла, а затем резко нарушалась в начале анафазы.

Хромосомы, которые не прикреплены должным образом к микротрубочкам веретена, испускают сигнал для поддержания активности циклин-зависимой киназы, которая ингибирует начало анафазы и сохраняет сцепление сестринских хроматид. Как только все хромосомы достигают надлежащего би-ориентированного прикрепления к микротрубочкам веретена, SAC (контрольная точка сборки веретена) удовлетворяется, и разделение сестринских хроматид резко и синхронно индуцируется на всех хромосомах механизмом клеточного цикла, который протеолитически расщепляет когезиновый комплекс. Наконец, в клетках человека каждая кинетохора прикрепляется в среднем к 20 микротрубочкам, и все эти микротрубочки должны ориентироваться на один и тот же полюс веретена, чтобы поддерживать правильное расхождение хромосом.

Узкий диапазон регуляции динамики кинетохор-микротрубочек по мере продвижения клеток через митоз делает их чувствительной мишенью для нарушения митотической точности. Так, прикрепление кинетохор к микротрубочкам более стабильно в опухолевых клетках с CIN, чем в хромосомно стабильных диплоидных клетках, причем стохастический характер прикрепления кинетохор к микротрубочкам приводит к частым неправильным прикреплениям, при которых отдельные кинетохоры одновременно связываются с микротрубочками, отходящими от обоих полюсов веретена. Это не воспринимается SAC и, если это не исправить, может вызвать миграцию сестринских хроматид к одному и тому же полюсу веретена в анафазе, что приводит к неправильной сегрегации хромосом. Впрочем мутации, которые нарушают функцию SAC, довольно редко встречаются в CIN опухолях человека.

Острое истощение когезинов или регуляторов когезии Sgo1 и сепаразы (фермента, расщепляющего когезины для инициации анафазы) с помощью РНК-интерференции увеличивает количество тетраплоидных клеток.
Отметим, что когезиновые гены редко мутируют. Тем не менее возможно что доминантные мутации в субъединицах cohesin увеличивают неправильную сегрегацию хромосом, предотвращая своевременное разделение хромосом. Неправильное расхождение хромосом способствует онкогенезу в клетках. которые приобрели дополнительные мутации. Так, потеря хромосом является известным механизмом выявления рецессивных мутаций в генах-супрессорах опухолей человека.

Наиболее распространенным митотическим дефектом является отставание хромосом в анафазе, причем частота отставания хромосом во время анафазы увеличивается в клетках с ослабленной активностью SAC, указывая на то, что у этих клеток не было достаточно времени, чтобы скорректировать все меротелиальные прикрепления до начала анафазы. APC часто мутирует при раке толстой кишки, а клетки с мутациями в APC демонстрируют высокие показатели отставания хромосом в анафазе.
Амплификация центросом возникает в результате избыточной экспрессии киназы Aurora A или вирусной инфекции. Впрочем, список белков центромер/кинетохор, возмущение которых снижает точность сегрегации из-за повышения неправильного прикрепления кинетохор-микротрубочек, быстро растет. Также индукция дополнительных центросом в хромосомно стабильных клетках была достаточна для неправильной сегрегации хромосом .

Когда диплоидные клетки становятся толерантными к недиплоидному геному за счет потери p53, они проявляют CIN после первоначальных событий неправильной сегрегации хромосом, показывая, что возмущение хромосомного содержимого (и, следовательно, множество уровней транскриптов) может иметь циклический эффект, вызывая постоянное состояние CIN.

В дополнение к белкам, которые функционируют непосредственно в процессе расхождения хромосом во время митоза, существуют многочисленные регуляторы клеточного цикла, связанные с CIN. Так, нарушение контрольных точек клеточного цикла может позволить клеткам с неправильно сегрегированными хромосомами продолжать клеточный цикл. Также циклин E регулирует удвоение центросом во время клеточного цикла, а дополнительные центросомы способствуют CIN. Другим примером является белок-супрессор опухолей Rb, который регулирует активатор транскрипции E2F. Одной из мишеней E2F является ген Mad2, и потеря Rb приводит к сверхэкспрессии Mad2, которая индуцирует CIN. Также FoxM1 активирует транскрипцию многих митотических белков, включая циклин B, CENP-F и Plk-1, и потеря FoxM1 может вызвать CIN путем изменения экспрессии одного или нескольких из этих белков .

Из-за постоянной перетасовки хромосом опухолевые клетки с CIN постоянно исследуют генетический ландшафт с почти неограниченным числом комбинаций. В то время как некоторые комбинации хромосом могут не давать селективного преимущества или недостатка, другие могут обеспечивать преимущества роста клеток в микроокружении опухоли, особенно под селективным давлением, оказываемым химиотерапией.

Анеуплоидия — это состояние, при котором число хромосом в клетке отклоняется от кратного гаплоидному числу хромосом. Анеуплоидные опухолевые клетки приобретают толерантность к недиплоидным геномам, что позволяет им эффективно размножаться, поскольку они в связи с CIN постоянно неправильно сегрегируют отдельные хромосомы. Однако толерантность ограничена, поскольку анеуплоидные опухолевые клетки погибают, когда большое количество хромосом неправильно сегрегирует в одном цикле клеточного деления. Таким образом, стратегии, которые поднимают неправильную сегрегацию хромосом за пределы допустимого уровня, могут быть терапевтически полезными.