Внеклеточный матрикс, дифференцировка и прогрессия опухолей: введение

К внеклеточному матриксу относятся различные типы коллагена , ламинин , фибронектин , гемонектин и различные протеогликаны . Белки внеклеточного матрикса могут также сами служить молекулами адгезии .

Вайнберг [ Weinberg R.A., 1989 ] высказал предположение, что окружающая нормальная ткань сдерживает рост опухолевых клеток, как бы нормализуя их и не давая проявляться неконтролируемому росту.

Такими "нормализующими" факторами, согласно Вайнбергу, могут быть взаимодействие клетки с внеклеточным матриксом ( ВКМ ), межклеточные связи через щелевые контакты и выделяемые нормальными клетками цитокины . Нормальное микроокружение является тем первым барьером, который должен преодолеть трансформированный клон прежде, чем превратиться в автономно растущую опухоль. Но все эти факторы одновременно являются и главными факторами микроокружения, индуцирующими и поддерживающими дифференцировку эпителиальных клеток .

ВКМ - едва ли не основной фактор, необходимый для создания и поддержания эпителиальной дифференцировки [ Seminars in Cancer Biol., 1996 ], межклеточные связи объединяют эпителиальные клетки в единую ткань, а цитокины , в частности TGF-бета , подавляют пролиферацию клеток. Промоторы обладают рядом физиологических активностей, блокирующих межклеточные взаимодействия, и тем самым "освобождают" опухолевый клон из-под контроля нормального микроокружения [ Weinberg R.A., 1989 , Ren P. et al, 1998 ].

Таким образом, для начала собственно опухолевого роста трансформированный клон должен изменить свои отношения с окружающими клетками - перестать чувствовать их влияние. Это может произойти в результате изменения микроокружения как при действии промоторов, так и из-за повреждения в самих трансформированных клетках, не имеющих отношения непосредственно к трансформации. Такие повреждения могут затронуть интегриновую систему , ответственную за связь клетки с ВКМ [ Seminars in Cancer Biol., 1996 ], и это, по-видимому, является универсальным способом освобождения трансформированной эпителиальной клетки от влияния микроокружения.

Такая ситуация наиболее глубоко изучена в системе рака молочных желез человека ( РМЖ ) группой Биссел [ Wenver V.M. et al, 1997 , Myers C. et al, 1998 , Leievre S. et al, 1998 ].

Структурные: коллаген , эластин

Адгезивные : фибронектин , ламинин

Матриксные металлопротеиназы

гемонектин и различные протеогликаны

Участвуют в организации внеклеточного матрикса и в процессе прикрепления клеток к матриксу.

Фибронектин , помимо его роли в адгезии клеток к матриксу , направляет миграцию клеток в эмбрионах позвоночных . Вероятно, фибронектин способствует миграциям клеток, помогая им прикрепляться к матриксу. Адгезивный белок тенасцин , распространенный в матриксе эмбриональных тканей.

Белки внеклеточного матрикса могут также сами служить молекулами адгезии .

Ламинин - специфичный для БМ (белки матрикса) неколлагеновый гликопротеин. Молекула ламинина - тример , имеет крестообразную форму, с тремя короткими ветвями и одной длинной:

Молекулы базальных мембран. А. Многомолекулярные структуры, образуемые коллагеном IV: 1 - тетрамер; 2 - димер; 3 - мономер. Б. Фибронектин. В. Основные гепарансульфат-протеогликаны БМК: 1 - перлекан; 2 - ГСПГ 200 кДа; 3 - ГСПГ 350 кДа (горизонтальные линии - пептидные цепи, вертикальные линии - гепарансульфатные цепи). Г. Ламинин.

Известны три разные цепи , три цепи и две цепи. Варианты цепей могут комбинироваться по-разному при образовании тримерной молекулы. Пока обнаружено семь разных ламининов. Каждая из ветвей содержит глобулярные домены, которые имеют ряд центров свяэывания разных лигандов. Короткие ветви участвуют в образовании БМ путем взаимодейсв с другими молекулами ламинина, с коллагеном IV (при участии еще одного белка - нидогена), а также с интегрином клеточной мембраны. Глобулярный домен длинной ветви участвует в межклеточной адгезии, взаимодействуя с разными интегринами и другими белками плазматической мембраны клеток. Длинная ветвь взаимодействует также с гепарансульфатными протеогликанами.

Интегрины представляют собой трансмембранные гликопротеин-димеры. Каждая цепь пересекает мембрану один раз. Обе цепи имеют большие внеклеточные домены (аминоконцевые), образующие центр связывания, комплементарный соответствующему лиганду - компоненту матрикса. Внутриклеточный домен взаимодействуют с актиновым цитоскелетом при посредстве ряда промежуточных белков. С местом взаимодействия интегринов с цитоскелетом соседствуют сигнальные белки, которые активируются, когда к внеклеточному домену интегрина присоединяется лиганд. Таким лигандом могут быть ламинины, коллаген IV, протеогликаны.

Сила, с которой интегрин связывается с лигандом, может быстро и с высокой точностью регулироваться - свойство, которое называют “модуляция сродства”. В покоящемся (“неактивном”) состоянии интегрины имеют низкое сродство к своим лигандам, и это характерно для нормальных физиологических условий. Определенные стимулы превращают их в активные рецепторы с высоким сродством к лигандам. Это позволяет клеткам быстро приспосабливать их адгезивные свойства к изменившимся условиям без изменения количества молекул адгезии. А поскольку сигнал, полученный интегрином, передается в клетку, то могут изменяться не только адгезивные свойства, но и внутриклеточные процессы.

Благодаря этим свойствам интегрины оказываются участниками многих фундаментальных физиологических и патофизиологических процессов, включая эмбриогенез, морфогенез, заживление ран, воспаление, миграцию опухолевых клеток, миграцию лейкоцитов.

Таким образом, молекулы БМ содержат специфические центры связывания с другими молекулами БМ и с клеточными мембранами. Это обеспечивает высоко упорядоченное позиционирование молекул в БМ. Интегрины служат не только для механической связи клетки с БМ, но также и для передачи регуляторных сигналов, причем в двух направлениях - из БМ в клетку и из клетки в БМ.

Фибронектин - это гликопротеид клеточных мембран, который обеспечивает адгезию грамположительной микрофлоры ротоглотки на эпителиальных клетках. По мере его разрушения на поверхности эпителия обнажаются рецепторы к грамотрицательным аэробным палочкам .

Адгезивные белки внеклеточного матрикса , к которым относится фибронектин , обычно содержат домены со специфическими сайтами связывания с другими макромолекулами матрикса, а также рецепторами на клеточной поверхности. Фибронектин - гликопротеин, димер из двух неидентичных субъединиц, соединенных парой дисульфидных связей. Каждая субъединица содержит функционально определенные стержнеобразные домены, которые, в свою очередь, содержат определенные повторы , обычно кодируемые отдельным экзоном.

Существуют множественные формы фибронектинов , кодируемые одним геном. Ген фибронектина , вероятно, возник в результате множественных дупликаций экзонов .

Множественные формы образуются в результате альтернативного сплайсинга одной молекулы РНК. Одна из форм - фибронектин плазменный - растворим, циркулирует в крови . Все другие формы собираются на поверхности клеток в фибронектиновые филаменты , откладывающиеся во внеклеточный матрикс . У человека образуется около 20 различных мРНК фибронектина, каждые из которых кодируют чем-то различающиеся субъединицы, в составе которых имеются домены, отвечающие за связывание с различными макромолекулами внеклеточного матрикса, (например, коллагена , гепарина ), а также со специфическими рецепторами на поверхности различных типов клеток (основным элементом рецепторо-связывающих повторов является RGD-последовательность .

Альтернативный сплайсинг , предположительно, позволяет клетке также образовывать наиболее подходжящую для нужд данной ткани и данного этапа развития форму фибронектина .