Сигнальные пути tgf-β и apc

TGF-β ингибирует пролиферацию многих клеточных типов путем активации ингибирующих рост генов (таких как CDKIs) и супрессии стимулирующих рост генов (циклинов и MYC). Функция TGF-β во многих опухолях нарушена в результате мутаций его рецепторов (толстая кишка, желудок, эндометрий) или мутационной инактивации генов SMAD, которые передают сигналы TGF-β (поджелудочная железа). Ген APC оказывает антипролиферативное действие, регулируя разрушение цитоплазматического белка β-катенина. При потере APC, β-катенин не разрушается и перемещается в ядро, где действует как стимулирующий рост транскрипционный фактор. При семейном аденоматозном полипозе наследственная мутация гена APC ведет к развитию множественных полипов толстой кишки в молодом возрасте. Один или несколько полипов малигнизируются вследствие потери гетерозиготности по локусу APC. Соматическая потеря обоих аллелей гена APC наблюдается приблизительно в 70% спорадических раков толстой кишки.

Уклонение от апоптоза

Накопление опухолевых клеток может произойти не только вследствие активации стимулирующих рост онкогенов или инактивации генов-супрессоров опухолей, но также вследствие мутаций генов, регулирующих апоптоз. Было открыто большое семейство генов, которые регулируют апоптоз. Прежде чем мы рассмотрим молекулярные механизмы уклонения опухолевых клеток от апоптоза, необходимо кратко рассмотреть биохимические пути, ведущие к апоптозу. Как было сказано в главе 1, имеются два пути, активирующие апоптоз: внешний и внутренний. На рисунке 6-24 в упрощенной форме показана последовательность событий, ведущая к апоптозу вследствие активации рецептора смерти CD95/Fas (внешний путь) или повреждения ДНК (внутренний путь). Внешний путь начинается со связывания CD95 со своим лигандом, CD95L. В результате этого происходит димеризация рецептора и, соответственно, его цитоплазматических доменов смерти, которые активируют внутриклеточный адаптерный белок FADD. Этот белок активирует прокаспазу 8, которая формирует смерть-индуцирующий сигнальный комплекс. Прокаспаза 8 активируется путем расщепления на более мелкие субъединицы, высвобождая каспазу 8. Каспаза 8 затем активирует другие каспазы, такие как каспаза 3 (исполняющая каспаза), которая расщепляет ДНК и другие субстраты, вызывая гибель клетки. Внутренний путь апоптоза запускается различными воздействиями, включая отсутствие ростовых факторов, стресс и повреждение. Активация этого пути ведет к повышению проницаемости наружной мембраны митохондрий с последующим выходом оттуда молекул, таких как цитохром с, который инициирует апоптоз. Целостность митохондриальной мембраны регулируется про- и антиапоптотическими белками семейства BCL2. Проапоптотические белки, BAX и BAK, непосредственно повышают проницаемость митохондриальной мембраны. Их активность ингибируется антиапоптотическими белками этого семейства, например BCL2 и BCL-XL. Третья группа белков (т.н. BH3-only белки), включая такие как BAD, BID и PUMA, регулируют баланс между про- и антиапоптотическими членами семейства BCL2. BH3-only белки стимулируют апоптоз, нейтрализуя действие антиапоптотических белков (BCL2, BCL-XL). Когда суммарный эффект всех экспрессируемых белков BH3 «перекрывает» антиапоптотическое действие белков BCL2/BCL-XL, белки BAX и BAK активируются и формируют поры в митохондриальной мембране. Цитохром с выходит в цитозоль, где связывается с APAF-1, активируя каспазу 9. Подобно каспазе 8 внешнего пути, каспаза 9 активирует исполняющие каспазы путем их протеолиза. Исходя из проапоптотического действия BH3-only белков, предпринимаются попытки разработать препараты, имитирующие действие BH3.

В свете вышесказанного, теперь возможно показать те места, в которых процесс апоптоза нарушен в опухолевых клетках (рис. 6-24). Начиная с поверхности, низкий уровень CD95 делает клетку менее восприимчивой к апоптозу при действии Fas лиганда (FasL). В некоторых опухолях имеется повышенный уровень белка FLIP, который связывается со смерть-индуцирующим сигнальным комплексом и препятствует активации каспазы 8. Из всех апоптотических генов, возможно, лучше всего изучена роль BCL2 в защите опухолевых клеток от апоптоза. Как было сказано выше, около 85% В-клеточных лимфом фолликулярного типа (глава 12) имеют характерную t(14;18)(q32;q21) транслокацию. Вспомните, что 14q32, место, где находятся гены тяжелых цепей иммуноглобулинов, также вовлечен в патогенез лимфомы Беркитта. Юкстапозиция этого транскрипционно активного локуса с BCL2 (который находится в 18q21) вызывает избыточную экспрессию белка BCL2, который вместе с BCL-XL защищает лимфоциты от апоптоза и позволяет им выживать в течение длительного времени. Вследствие этого происходит постоянное и постепенное накопление В-лимфоцитов, что ведет к лимфаденопатии и инфильтрации костного мозга. Поскольку такие лимфомы возникают главным образом вследствие нарушения клеточной гибели, а не избыточной пролиферации, они являются индолентными (медленно растущими), в отличие от многих других лимфом.

Как было сказано выше, p53 является важным проапоптотическим геном, запускающим апоптоз в клетке, не способной восстановить повреждение ДНК. Одним из эффектов p53 является транскрипционная активация BAX, однако имеются другие связи между p53 и апоптотическим аппаратом.

КРАТКАЯ СВОДКА

Уклонение от апоптоза

Апоптоз может запускаться по внешнему и внутреннему пути. Оба пути ведут к активации протеолитического каскада каспаз, которые разрушают клетку. Проницаемость наружной митохондриальной мембраны определяется балансом между проапоптотическими (BAX, BAK) и антиапоптотическими молекулами (BCL2, BCL-XL). BH3-only белки запускают апоптоз, смещая этот баланс в пользу проапоптотических молекул. В 85% фолликулярных В-клеточных лимфом антиапоптотический ген BCL2 активирован вследствие t(14;18) транслокации.

Неограниченный репликативный потенциал

Как было сказано в разделе, посвященному клеточному старению (глава 1), большинство нормальных человеческих клеток имеют репликативный потолок в 60-70 делений. После этого клетки теряют способность делиться и начинают стареть. Этот феномен объясняется прогрессивным укорочением теломер на концах хромосом. Короткие теломеры распознаются аппаратом репарации как двухцепочечные разрывы ДНК, что ведет к приостановке клеточного цикла, опосредованной p53 и RB. В клетках, у которых контрольные точки отключены вследствие мутаций p53 и RB, активируется механизм негомологичного соединения концевых отделов хромосом, как последняя отчаянная попытка спасти клетку. При этом укороченные концевые отделы двух хромосом соединяются друг с другом. При этом образуются дицентрические хромосомы, которые при расхождении в анафазе разрываются в разных местах, формируя новые двухцепочечные повреждения. Возникающая геномная нестабильность в результате повторяющихся циклов слияния-разрыва хромосом, приводит в конце концов к митотической катастрофе и гибели клетки. Из этого следует, что опухолевым клеткам для того, чтобы расти неограниченно (что они и делают), недостаточно только одной способности к постоянной пролиферации. Они также должны найти способ избежать клеточного старения и митотической катастрофы (рис. 6-25). Если во время кризиса клетка сумеет реактивировать теломеразу, то циклы слияния-разрыва хромосом прекратятся и клетка избежит гибели. Однако, в течение этого периода геномной нестабильности, пока не произошла активация теломеразы, могут накопиться множественные мутации, которые поведут клетку к злокачественной трансформации. Прохождение через период геномной нестабильности, вероятно, объясняет сложные кариотипы, часто наблюдаемые в злокачественных опухолях. Теломераза, которая активна в нормальных стволовых клетках, в большинстве соматических клеток в норме отсутствует или находится в следовых количествах. Напротив, активность теломеразы сохранена в практически всех видах злокачественных опухолей. В 85-95% всех опухолей это происходит вследствие активации синтеза теломеразы. Некоторые опухоли используют другие механизмы, называемые альтернативным удлинением теломер, который, вероятно, зависит от рекомбинации ДНК. Интересно, что при эволюции аденомы толстой кишки в карциному, ранние поражения имеют высокую степень геномной нестабильности и низкий уровень экспрессии теломеразы, в то время как злокачественные поражения имеют сложные кариотипы и высокую теломеразную активность. Эти наблюдения согласуются с моделью теломеразозависимого онкогенеза. Некоторые другие механизмы геномной нестабильности будут рассмотрены позже.

КРАТКАЯ СВОДКА