2.2.5. Регуляция пролиферации и апоптоза транскрипционными факторами семейства stat

К настоящему времени на целом ряде примеров показана основополагающая роль STAT1, STAT3 и STAT5 в регуляции пролиферации и выживания клеток. При этом STAT1 в большинстве случаев оказывает проапоптотическое и антипролиферативное действие, а STAT3 и STAT5, напротив, стимулируют пролиферацию и подавляют апоптоз. Мы рассмотрим более подробно данные литературы о роли транскрипционных факторов STAT1 и STAT3, которые являлись предметом нашего исследования.

Антипролиферанивное действие STAT1 наблюдалось при действии IFNα, IFNγ, EGF, FGF (Bromberg et al., 1996; Chin et al., 1996; Su et al., 1997) Из мишеней, связывающих STAT1 c супрессией пролиферации, хорошо охарактеризован p21^Waf1 (Chin et al., 1996; Johnson et al., 1998). STAT1 непосредственно связывается с промотором p21^Waf1 и его индуцирует экспрессию в ответ на действие IFNγ или EGF. При действии IFNγ наблюдается также STAT1-зависимое ингибированием экспрессии c-myc и, в конечном счете, ингибирование транскрипционной активности факторов E2F (Ramana et al., 2000; Maher et al., 2007).

Основное проапоптотическое действие STAT1 связано с экспрессией транскрипционного фактора IRF-1 (Sato et al., 1997) – блокирование функции этого белка препятствовало апоптозу, наблюдавшемуся при действии IFNγ. STAT1/IRF1-зависимый апоптоз может включать компоненты, регулирующие как путь на активацию каспазы 9, так и митохондриальный путь на активацию каспазы 8. Показано, что IFNγ-индуцируемый апоптоз может быть обусловлен экспрессией Fas и FasL под действием STAT1 (Xu et al., 1998). Следует отметить, что экспрессия только Fas может вести к апоптозу in vivo за счет действия цитотоксических Т-лимфоцитов. Этот путь, тем не менее, часто блокируется в опухолях. С другой стороны, экспрессия только FasL может, наоборот, способствовать выживанию опухолевых клеток in vivo за счет воздействия FasL на лимфоциты. Другой лиганд семейства TNF, TRAIL, тоже может секретироваться при действии интерферонов при участии STAT1 и приводить к гибели клеток за счет его рецепции (Ruiz-Ruiz, Lopez-Rivas, 2002, Miura et al., 2006). Известно, что к TRAIL чувствительны в основном опухолевые клетки (Ashkenazi, Dixit, 1998). IRF-1 способен ингибировать активацию NFkB, что также ведет к апоптозу. Кроме того, STAT1 способен взаимодействовать с TRADD на рецепторе TNFα, ингибируя при этом активацию NFkB и, соответственно, смещая ответ на TNFα в сторону апоптоза (Battle, Frank, 2003).

STAT1 может также способствовать сенсибилизации клеток к апоптозу за счет увеличения уровня прокаспаз непосредственно или через IRF1 (Kumar et al., 1997; Lee et al., 2000). Показано участие STAT1 в экспрессии прокаспаз 1, 2, 3, 7, 8, 11. Удивительным фактом является индукция оксистерол-индуцируемого апоптоза, зависимая от STAT1 и, р21^Waf1, обычно играющего роль антиапоптотического белка (Agrawal et al., 2002). Наконец, интерферон-зависимыми белками являются проапоптотические Bax, p53, PML, протеаза катепсин Д и белки DAP (death-assotiated proteins) – DAP1,2,3,5. Не для всех этих белков показана STAT1-зависимость экспрессии, но она весьма вероятна (Chawla-Sarkar et al., 2003; Maher et al., 2007).

Антипролиферативная и проапоптотическая роль STAT1 имеет своим следствием то, что STAT1 обладает свойствами полноценного опухолевого супрессора. Хотя мыши с нокаутом STAT1 не демонстрируют повышенной заболеваемости раком, однако в условиях воздействия канцирогенов или инактивации р53 что опухоли у мышей, лишенных STAT1, развиваются значительно чаще и быстрее (Kaplan et al., 1998; Battle, Frank, 2003). Многие аспекты тумор-супрессорного действия STAT1 могут быть связаны с передачей сигнала от интерферона и с активацией клеток иммунной системы. Кроме того, активация STAT1 обуславливает остановку клеточного цикла и апоптоз в ответ на действие EGF в ряде карцином (Chin et al., 1997; Watanabe et al., 2001).

Помимо возможного для супрессии образования опухолей значения апоптоза, индуцируемого STAT1, есть еще одно доказательство важности проапоптотической роли STAT1 in vivo. Наследственное заболевание, карликовость II типа, связана с повышенной активностью мутантного рецептора FGF и связанной с этим индукцией апоптоза в хондроцитах. При инактивации STAT1 проявления заболевания в значительной степени сглаживаются, что свидетельствует о роли STAT1 в FGF-индуцируемом апоптозе in vivo (Su et al., 1997; Battle, Frank, 2003).

Перечисленные выше факты свидетельствуют о значительной роли STAT1 в апоптозе. Однако далеко не все проапоптотические функции STAT1 зависят от его активации фосфорилированием по тирозину. Впервые это было показано для случая индукции апоптоза в ответ на действие TNFα в фибробластах. Оказалось, что STAT1 необходим для TNFα-зависимого апоптоза, по-видимому, из-за стимуляции конститутивной экспрессии прокаспаз – апоптоз и экспрессия прокаспаз не наблюдался в клетках, лишенных STAT1, – но при этом трансфекция мутантного STAT1, не способного фосфорилироваться по тирозину, восстанавливала оба процесса (Kumar et al., 1997). Впоследствии оказалось, что случаи индукции апоптоза STAT1 независимо от его фосфорилирования по тирозину весьма распространены и при этом имеется четкая зависимость от способности STAT1 фосфорилироваться по серину. За счет независимых от фосфорилирования по тирозину процессов STAT1 может индуцировать прокаспазы, Fas и FasL (Lee et al., 2000; Stephanou et al., 2001; Battle, Frank, 2003; Stephanou, Latchman, 2005). Во многих из этих случаев не приходится говорить о сигнальной роли STAT1, так как речь идет о конститутивной активности STAT1. Однако следует помнить, что стрессорные факторы, LPS, лиганды семейств TNF и IL-1 способны активировать фосфорилирование STAT1 по серину, не активируя его фосфорилирования по тирозину, и в таком случае STAT1 может передавать сигнал к индукции апоптоза. Феномен независимого от фосфорилирования по тирозину транспорта STAT1 в ядро и активация им транскрипции в настоящее время хорошо доказан (Chatterjee-Kishore et al., 2000; Stephanou, Latchman, 2005).

Пролиферативная и антиапоптотическая роль STAT3 и STAT5 выглядит ничуть не менее убедительно. Для ряда клеток лимфоидной и миелоидной природы именно они являются основными позитивными регуляторами клеточного роста. STAT3 передает сигнал к пролиферации и выживанию от IL-6 и IL-9, STAT5 – от эритропоэтина, IL-2, IL-3 (Levy, Darnell, 2002; Battle, Frank, 2003). Активация STAT3 в ответ на факторы роста (EGF, PDGF) во многих случаях является необходимой компонентой пролиферативного или антиапоптотического сигнала. Кроме того, STAT3 может активироваться нерецепторными тирозинкиназами.

Конститутивная активация STAT3 и STAT5 часто наблюдается в разнообразных линиях опухолевых клеток и в первичных опухолях человека, включая лейкемии, лимфомы, миеломы, рак гортани, опухоль молочной железы и другие. Впервые конститутивная активация STAT белков (и, в первую очередь, STAT3) была определена при исследовании трансформации клеток специфическим онкопротеином v-Src. Все Src-трансформированные клеточные линии имеют конститутивно активированный STAT3. Конститутивная активация STAT3 наблюдалась и в клетках, трансформированных другими онкогенными тирозинкиназами Src-семейства, такими как Lck и v-Fps. Хотя в опухолях не найдены онкогенные мутации STAT3, искусственно активированный STAT3 непосредственно вызывает трансформацию клеток и образование опухолей, что позволяет классифицировать STAT3 как протоонкоген (Bromberg et al., 1999). В свою очередь, доминантно-негативные мутанты STAT3 обращают Src-трансформацию, индуцируя остановку клеточного цикла и апоптоз, то есть в большинстве случаев STAT3 оказывается необходим для трансформации клеток активированной киназой Src (Bromberg et al., 1998b; Bromberg, 2001). STAT3 и STAT5 активируются конститутивно-активной киназой BCR/Abl при хронической миелоидной лейкемии. (Bromberg, 2001). Еще одним механизмом конститутивной активации STAT3 в опухолях может быть потеря PIAS3 (Levy, Darnell, 2002).

Показано, что в ряде опухолей и клеточных линий STAT3 является необходимой компонентой стимуляции роста при действии EGF (Quesnelle et al., 2007). В основном это рецептор EGF-зависимые клеточные линии. При этом реализуется механизм передачи сигнала рецептор EGF – c-Src – STAT3. Такая зависимость наблюдалась in vitro и in vivo при SCCHN (Rubin Grandis et al., 1998; Leong et al., 2003), при раке молочной железы (Garcia et al., 2001), при меланомах (Nui et al., 2002) и немелкоклеточном раке легкого (Song et al., 2003).

Среди антиапоптотических мишеней STAT3 и STAT5 основную роль играют белки Bcl-семейства – Bcl-X_L, реже Mcl-1 и Bcl-2. Инактивация STAT3 предотвращает Src-зависимую трансформацию и может вызывать апоптоз через уменьшение экспресии Bcl-X_L. Регуляция пролиферации осуществляется в первую очередь путем усиления экспрессии циклинов D, c-Myc и киназы Pim-1, а также транскрипционных факторов AP-1 (c-Fos и JunB) (Bromberg et al., 1999; Karni et al., 1999; Battle, Frank, 2002; Levy, Darnell, 2002; Song et al., 2003).

Вопреки изложенным выше убедительным доказательствам роли STAT3 в ингибировании апоптоза и стимуляции пролиферации, STAT3 способен играть и прямо противоположную роль в пролиферации и выживании клеток. Эффекты STAT3 тканеспецифичны. Известно участие STAT3 в индукции супрессоров клеточного роста, таких как р21^waf , p27^kip и p19INK4d (Sinibaldi et al., 2000; Barre et al., 2003). STAT3 вызывает апоптоз при терминальной дифференцировке гематопоэтических клеток, при активации Т-лимфоцитов, в некоторых В-клеточных линиях. Физиологический апоптоз при инволюции молочной железы опосредуется STAT3, в то время как STAT5 вызывает пролиферацию и выживание этих клеток (Battle, Frank, 2002).