Роль белка TRAP1 в развитии и прогрессировании глиобластомы

ВВЕДЕНИЕ

Глиобластома является наиболее распространенным и злокачественным типом первичной опухоли головного мозга у взрослых. Несмотря на важные достижения в понимании молекулярного патогенеза и биологии этой опухоли за последнее десятилетие, прогноз для пациентов с глиобластомой остается неблагоприятным. Глиобластома характеризуется агрессивным биологическим поведением и высокой степенью меж- и внутриопухолевой гетерогенности [1][2]. Более глубокое понимание молекулярной и клеточной гетерогенности данной опухоли может не только помочь более точно определить конкретные подгруппы для точной диагностики, но и заложить основу для успешного внедрения таргетной терапии.

Белок-1, ассоциированный с рецептором фактора некроза опухоли (TRAP1), является митохондриально-специфическим членом семейства белка теплового шока 90 (Hsp90) и локализуется в митохондриальном матриксе, внутренней митохондриальной мембране и межмембранном пространстве (рис. 1).

TRAP1 играет важную роль в поддержании целостности митохондрий и внутриклеточного гомеостаза и тесно связан с путями апоптоза. На сегодняшний день основные выявленные функции TRAP1 включают в себя: 1) антагонизм про-апоптотической активности циклофилина D (CypD) для последующего ингибирования открытия пор переходной проницаемости митохондрий (mPTP); 2) снижение генерации активных форм кислорода (АФК) для защиты клеток от окислительного стресса; 3) регулирование стресса эндоплазматического ретикулума (ER) и 4) ингибирование активности сукцинатдегидрогеназы (SDH), тем самым регулируя биоэнергетику митохондрий [3][4]. В последнее время все больше исследований показывают, что TRAP1 функционирует как онкоген или супрессор опухолей при различных опухолях [3].

Известно, что опухоли представляют собой группу сложных заболеваний с несколькими отличительными признаками, которые считаются фенотипическими адаптациями для преодоления всех имеющихся препятствий на пути прогрессирования заболевания. Среди этих отличительных признаков метаболическое перепрограммирование и избегание путей апоптоза необходимо для выживания опухоли [5]. TRAP1 участвует в метаболическом перепрограммировании и влияет на переключение между окислительным фосфорилированием (OXPHOS) и аэробным гликолизом. Кроме того, белок TRAP1 участвует во многих других клеточных процессах. TRAP1 регулирует клеточный цикл, модулируя пролиферацию клеток, и способствует метастазированию опухолей, вызывая деление митохондрий. Более того, вмешательство в функцию TRAP1 может привести к гибели опухолевых клеток, но не влияет на нормальные клетки [6][7]. Таким образом, подход, который избирательно нацелен на TRAP1, может быть многообещающей стратегией для разработки новых противоопухолевых препаратов для пациентов с глиобластомой (рис. 2). Несмотря на критическую важность TRAP1 для этих процессов, молекулярные механизмы функционирования TRAP1 при глиобластоме остаются в значительной степени нерешенными. Здесь мы обсудим последние достижения в понимании механизмов регуляции TRAP1 в развитии и прогрессировании глиобластомы, а также оценим потенциальную терапевтическую ценность TRAP1 при данном типе опухоли.

Двойственная роль TRAP1 в онкогенезе

Известно, что в любой нормальной клетке есть протоонкогены, которые являются ключевыми регуляторными факторами биологических процессов. Протоонкогены могут функционировать как факторы роста, передатчики клеточных сигналов и факторы транскрипции. Геном человека содержит ряд протоонкогенов, которые контролируют нормальную дифференциацию и пролиферацию клеток. Изменения в этих генах, которые влияют либо на контроль их поведения, либо на способ, которым структурированы их кодируемые белки, могут проявляться в опухолевых клетках как задействованные онкогены [8][9]. Когда онкогены активируются, они продолжают управлять размножением клеток и принимают на себя ключевую роль в онкогенезе. Физические мутации, которые приводят к активации протоонкогенов, можно разделить на те, которые приводят к различиям в структуре кодируемого белка, и те, которые вызывают дерегуляцию экспрессии белка (рис. 2) [10].

В типичной клетке экспрессия протоонкогенов контролируется ее собственным транскрипционным промотором — последовательностью ДНК, которая контролирует степень транскрипции. Каждый промотор протоонкогенов позволяет гену реагировать на набор физиологических сигналов. Протоонкоген может экспрессироваться на довольно низком уровне в зависимости от метаболических потребностей клетки; тем не менее при определенных событиях, когда это необходимо, экспрессия гена может быть сильно индуцирована [8][9]. В нормальной клетке, помимо онкогенов, есть гены — супрессоры опухолей, которые играют важную роль в нормальной дифференциации клетки, тем самым блокируя развитие опухоли [8]. Гены — супрессоры опухолей образуют огромную группу, которая демонстрирует одну общую характеристику: каким-то образом каждый из этих генов защищает организм от запуска процессов онкогенеза. Обе копии гена — супрессора опухолей должны находиться в неактивном состоянии, прежде чем опухолевая клетка сможет размножаться или выживать дальше. Отсутствие или инактивация из-за мутаций генов — супрессоров опухолей приводит к запуску онкогенеза [11].

В последнее время все больше исследований демонстрируют, что TRAP1 функционирует как онкоген или супрессор опухолей. Экспрессия TRAP1 повышается при различных злокачественных новообразованиях человека, включая рак носоглотки, рак молочной железы, рак простаты и немелкоклеточный рак легких [12]. Например, TRAP1, наряду с локализованным в митохондриях HSP90, как было показано, обильно и повсеместно экспрессируется как в локализованном, так и в метастатическом раке простаты, но в значительной степени не обнаруживается в клетках нормальной простаты или доброкачественной гиперплазии простаты в исследовании in vivo [13]. Более того, у трансгенных мышей, имеющих высокий уровень экспрессии TRAP1 в тканях простаты, развивалась эпителиальная гиперплазия и клеточная атипия, а при изучении параллельно активности фосфатазы с двойной субстратной специфичностью (PTEN), распространенного онкогена при раке простаты у человека, наблюдалось ускоренное развитие инвазивной аденокарциномы простаты; тогда как инактивация TRAP1 задерживало возникновение развитие рака простаты [13]. Соответственно, данные результаты подтверждают роль TRAP1 как драйвера рака предстательной железы с потенциалом для новых терапевтических подходов.

Результаты иммуногистохимического анализа ткани колоректальной карциномы 714 пациентов показали, что высокая экспрессия TRAP1 наблюдается в 79 % случаев [14]. Кроме того, уровень экспрессии TRAP1 повышался в клетках колоректальной карциномы, устойчивых к 5-фторурацилу, оксалиплатину и иринотекану, и, в свою очередь, его сверхэкспрессия приводила к лекарственной устойчивости. При этом экспрессия TRAP1 значительно увеличилась при колоректальном раке на поздней патологической стадии, что значительно коррелировало с низкими показателями выживаемости, хотя лишь в незначительной степени было связано с поражением лимфатических узлов и дифференциацией опухоли.

Аналогично, было обнаружено, что экспрессия TRAP1 аномально повышена при раке молочной железы по сравнению с контрольной группой [15–17]. Его экспрессия в образцах рака молочной железы человека обратно коррелировала со степенью злокачественности опухоли. Более того, повышение экспрессии TRAP1 в клетках рака молочной железы приводило к резистентности к паклитакселу, препарату, обычно используемому при лечении рака молочной железы [17]. Поэтому снижение экспрессии TRAP1 в клетках рака молочной железы также повышало чувствительность клеток к химиотерапии и подавляло рост опухоли. В соответствии с этими результатами ранее была продемонстрирована механистическая связь между высокой экспрессией TRAP1, активацией сигнализации внеклеточных сигнальных киназ (ERK) и прогрессированием клеточного цикла при колоректальном раке [18]. Другое исследование продемонстрировало механистическую связь между дерегулированной сигнализацией Ras/ERK и пронеопластическим метаболическим переключением с OXPHOS на гликолиз, регулируемый TRAP1 посредством ингибирования SDH [19]. Это исследование показало, что активный ERK1/2 взаимодействует с TRAP1 и SDH в митохондриях клеток с дефицитом нейрофибромина, где ERK-зависимое фосфорилирование TRAP1 усиливает связывание TRAP1-SDH и ингибирование SDH и, следовательно, потенциал развития опухоли.

Существуют убедительные доказательства связи между антиоксидантной функцией TRAP1 и его активностью в подавлении развития и прогрессирования опухолей [12]. Однако корреляции между молекулярными функциями TRAP1 и их эффектом в опухолевых клетках все еще остаются спорными; некоторые авторы предполагают, что онкогенный потенциал TRAP1 также зависит от активности очистки шаперона, а не только от его способности вызывать псевдогипоксию посредством ингибирования SDH с последующим накоплением метаболита сукцината, стабилизирующего фактор, индуцируемый гипоксией 1-альфа (HIF-1α) [20][21]. Тем не менее, учитывая, что повышенный уровень АФК также может способствовать инвазии опухолевых клеток, было предположено, что подавление активности TRAP1 в опухолевых клетках может усиливать миграцию, способствуя более злокачественному фенотипу [22]. Поскольку на повышенную инвазивность влияют препараты, поглощающие АФК, ряд исследователей предположили существование прямой связи между низкой экспрессией TRAP1, повышенным уровнем АФК и активацией миграции и инвазии опухолевых клеток [23][24].

Влияние сниженной экспрессии TRAP1 на инвазию клеток in vitro привело к гипотезе о том, что некоторые более агрессивные, метастатические или поздние опухоли могут иметь более низкий уровень экспрессии TRAP1, чем доброкачественные опухоли или опухоли на ранней стадии развития. В соответствии с этой гипотезой была продемонстрирована обратная корреляция между экспрессией TRAP1 и стадией опухоли, в частности рака шейки матки, рака мочевого пузыря и светлоклеточной почечно-клеточной карциномы [25–27].

Гипотеза о том, что TRAP1 может действовать как супрессор опухоли в зависимости от типа опухоли и ее относительного контекста, была первоначально предложена в исследовании 208 пациентов, страдающих раком яичников [28]. Авторы показали, что высокая иммуногистохимическая окраска TRAP1 положительно коррелировала с ответом на химиотерапию и общей выживаемостью. Более того, они обнаружили значительную корреляцию между высокой экспрессией TRAP1 и активностью рецепторов α эстрогена. В этой опухоли TRAP1 инактивируется на поздних стадиях заболевания, что предполагает генетическую потерю как наиболее вероятный механизм снижения экспрессии TRAP1 по мере прогрессирования заболевания. Этот механизм, может быть либо связан с метаболическим ремоделированием опухоли, либо быть частью процесса отбора, обусловленного преимуществом выживания.

Согласно некоторым данным, пациенты с раком яичников, устойчивым к платине, показывают более низкий уровень экспрессии TRAP1, чем их чувствительные аналоги в клеточных моделях высокозлокачественного серозного рака яичников изогенно соответствующих парных клеточных линий, полученных от одного и того же пациента до и после терапии на основе платины [29]. Соответственно, метаболическое перепрограммирование OXPHOS инициирует воспалительный статус, ответственный за лекарственную устойчивость в этих опухолевых клетках. Более того, при серозном раке яичников высокой степени злокачественности экспрессия TRAP1 в основном обнаруживается в биоптатах брюшины, удаленных от первичных опухолей, что позволяет предположить, что опухолевые клетки с низким уровнем экспрессии TRAP1 могут быть более склонны к распространению из первичного очага. Экспрессия TRAP1 также обратно коррелировала с экспрессией нескольких маркеров эпителиально-мезенхимального перехода (ЭМП) как в клетках, так и в тканях рака яичников [29].

В заключение можно сказать, что хотя в настоящее время хорошо установлено участие TRAP1 в ряде фундаментальных процессов как во время развития опухоли, так и в ее прогрессировании, все еще не совсем ясно, является ли TRAP1 онкогеном или онкосупрессором, и это, вероятно, зависит от гетерогенности опухоли и влияния, которое микроокружение опухоли может оказывать на развитие опухоли. Таким образом, будущая клиническая разработка стратегий нацеливания TRAP1 должна учитывать, что его ингибирование может быть полезным в зависимости от типов опухолей / контекстов, в том числе при глиобластоме.

Влияние TRAP1 на метаболизм глиобластомы

Аденозинтрифосфат (АТФ) образуется в результате полного окисления глюкозы до CO₂ и H₂O, и каждая молекула глюкозы может максимально дать 36–38 молекул АТФ. Нормальные клетки производят АТФ в основном посредством клеточного дыхания, где клеточное дыхание — это метаболический процесс, в котором метаболизм глюкозы путем гликолиза сопряжен с циклом трикарбоновых кислот (ЦТК). Известно, что большинство нормальных клеток в основном генерируют большое количество АТФ через OXPHOS в аэробных условиях, но получают энергию путем гликолиза в условиях гипоксии [30]. Однако даже в условиях с достаточным количеством кислорода гликолиз так же активен в большинстве злокачественных опухолевых клеток, которые характеризуются высокой скоростью поглощения глюкозы и высоким содержанием молочной кислоты среди метаболитов [31]. Метаболические характеристики этого сдвига в сторону аэробного гликолиза называются эффектом Варбурга, и это перепрограммирование энергетического метаболизма имеет важное значение для прогрессирования глиобластомы (рис. 3).

Несколько возможных механизмов способствуют эффекту Варбурга в клетках глиобластомы, включая следующие: 1) Продукция АТФ через гликолиз (две молекулы АТФ на молекулу глюкозы) гораздо менее эффективна, чем продукция АТФ через OXPHOS (36 молекул АТФ на молекулу глюкозы). Таким образом, клетки глиобластомы поддерживают энергетический гомеостаз, существенно увеличивая свою гликолитическую активность, что благоприятно для быстрого роста опухоли. 2) Рост глиобластомы происходит быстрее, чем рост нормальной нервной ткани; поэтому для роста требуются не только энергия, но и биомакромолекулы. Гликолиз обеспечивает метаболические промежуточные продукты и предшественники для макромолекулярного биосинтеза, а затем способствует образованию никотинамидадениндинуклеотидфосфата (NADH), рибозо-5-фосфата и заменимых аминокислот, тем самым способствуя биосинтезу нуклеиновых кислот, липидов и белков. 3) Неограниченный рост глиобластомы приводит к атипичному ангиогенезу (нарушение сосудистой архитектуры опухоли, дефектная способность к саморегуляции и изменение гемореологии), что, в конце концов, приводит к гипоксии локальной опухолевой ткани. Таким образом, гликолиз может быть повышен в клетках глиобластомы для адаптации в условиях гипоксии. 4) Накопление молочной кислоты, вызванное высокой скоростью гликолиза, приводит к закислению микроокружения глиобластомы, что облегчает ее инвазию в паренхиму головного мозга посредством разрушения внеклеточного матрикса (ВКМ) и подавление иммунного ответа хозяина. Подводя итог, можно сказать, что для адаптации к окружающей микросреде и конкуренции с окружающими нормальными клетками за ограниченные ресурсы, такие как глюкоза, клетки глиобластомы изменяют свои метаболические характеристики в сторону фенотипа Варбурга, чтобы иметь возможности к росту, инвазии и метастазированию (рис. 4) [32–35].

Как ключевой регуляторный фактор в метаболическом перепрограммировании при различных злокачественных новообразованиях TRAP1 в метаболическом перепрограммировании в клетках глиобластомы может участвовать в различных механизмах. TRAP1 поддерживает фолдинг (процесс сворачивания белка) и стабильность митохондриальных комплексов OXPHOS II (субъединица B сукцинатдегидрогеназы (SDHB)) и IV (цитохром с-оксидаза II), способствуя росту опухоли. В условиях метаболического стресса, особенно в условиях недостатка питательных веществ и гипоксии, регуляция SDHB с помощью фолдинга белка, направленного на TRAP1, производит достаточно АТФ для удовлетворения потребностей энергетического метаболизма клеток глиобластомы. TRAP1 конкурентно может связываться с SDHB, а затем снижать активность SDH, что приведет к подавлению митохондриального дыхания и повышению внутриклеточной концентрации сукцината. Даже в нормоксических условиях накопление сукцината стабилизирует активность HIF-1α, а затем вызывает псевдогипоксию. HIF-1α не только способствует переключению метаболизма клеток глиобластомы по эффекту Варбурга, но также регулирует ЭМП, ангиогенез и другие процессы, способствующие возникновению и развитию глиобластомы. Таким образом, TRAP1 может привести к накоплению HIF-1α, ингибировав митохондриальное дыхание и способствуя переключению энергетического метаболизма с OXPHOS на аэробный гликолиз посредством взаимодействия с SDH (рис. 5) [36][37].

Результаты Wu и др. показали, что нокдаун TRAP1 снизил жизнеспособность клеток глиобластомы, образование колоний, миграцию клеток и индуцировал апоптоз и остановку G2/M [38]. Анализ образования трубок с использованием матригеля с пониженным содержанием факторов роста использовался для проверки способности клеток глиобластомы развивать сосудистый фенотип. Эта способность согласуется с их васкулогенным поведением, выявленным у ксенотрансплантированных животных, процессом, известным как васкулогенная мимикрия [39]. Существует множество доказательств того, что васкулогенная мимикрия, опосредованная опухолевыми клетками, играет жизненно важную роль в развитии опухоли [39][40]. Результаты исследования Wu и др. показали, что нокдаун TRAP1 снизил образование трубок клеток глиобластомы [38]. Более того, авторы показали, что нокдаун TRAP1 ингибировал восстановление нейросфер и формирование вторичных нейросфер, а также усиливал терапевтический эффект темолозомида в культурах нейросфер глиобластомы. В целом, эти результаты подтверждают важную онкогенную роль TRAP1 в клетках глиобластомы и потенциальные синергические эффекты с темолозомидом, влияя либо на пролиферацию, апоптоз, либо на стволовость в опухоли. При этом известно, что пролиферирующие клетки используют аэробный гликолиз для содействия своему росту [33]. Метаболическое перепрограммирование все чаще признается ключевым требованием агрессивного поведения глиобластомы, сохраняющим фенотип ОСК и способствующим устойчивости к химиотерапии. Как сказано выше, ОСК являются важным элементом микроокружения глиобластомы. Чтобы способствовать развитию глиобластомы, ОСК должны обладать способностью модулировать микроокружение опухоли путем метаболического перепрограммирования [41]. В итоге инактивация TRAP1 может быть связана с усилением митохондриального дыхания и снижением гликолиза в клетках глиобластомы. Результаты этого исследования в совокупности показывают, что TRAP1 является основным регулятором аэробного гликолиза в клетках глиобластомы.

Таким образом, аберрантная экспрессия TRAP1 в злокачественных опухолях человека тесно коррелирует с его ролью в метаболическом перепрограммировании. Идентификация TRAP1 как критического фактора, регулирующего метаболическое переключение глиобластомы, может дать новое понимание терапии данного заболевания.

Избежание апоптоза

Клеточная смерть, в частности апоптоз, вероятно, является одной из наиболее широко изучаемых тем среди исследователей. Понимание апоптоза в условиях болезни очень важно, поскольку оно не только дает представление о патогенезе заболевания, но и может дать подсказки о том, как можно лечить болезнь. В опухоли происходит потеря баланса между делением клеток и смертью клеток, и клетки, которые должны были умереть, не получили сигналов для этого. При этом проблема может возникнуть на любом этапе путей апоптоза. Одним из примеров является подавление экспрессии генов — супрессоров опухолей, что приводит к снижению апоптоза и усилению роста и развития опухоли [42]. Апоптоз может быть как причиной проблемы, так и ее решением, поскольку многие исследовали ведут поиск новых препаратов, нацеленных на различные аспекты путей апоптоза. Таким образом, апоптоз играет важную роль как в прогрессировании, так и в лечении глиобластомы [43]. Участие митохондрий в гибели клеток опосредовано высвобождением цитохрома c. Длительное открытие mPTP во внутренней митохондриальной мембране инициирует ряд событий, которые приводят к высвобождению цитохрома c и апоптозу или некрозу. После открытия mPTP частицы с массой менее 1500 Da, такие как ионы (Ca2⁺, K⁺ и H⁺), вода и другие растворенные вещества, заполняют внутреннюю митохондриальную мембрану, и в итоге разрыв внешней митохондриальной мембраны. Последующий отток цитохрома c через скомпрометированную внешнюю митохондриальную мембрану в цитозоль индуцирует каскад каспазы. Это устойчивое открытие mPTP известно как переход митохондриальной проницаемости, и оно может быть вызвано несколькими механизмами, включая повышение уровня АФК, Ca2⁺ или неорганического фосфата, а также снижение pH или истощение АТФ [44][45].

Было исследовано, что инактивация TRAP1 вызывает открытие mPTP и высвобождение цитохрома c, а повышение уровня экспрессии TRAP1, вероятно, препятствует инициации апоптоза посредством двух различных, но потенциально перекрывающихся механизмов: регуляция триггеров, которые передают сигнал в mPTP, и прямое нарушение физического механизма открытия mPTP [46]. Было показано, что нокдаун TRAP1 приводит к повышенному накоплению АФК при окислительном стрессе, а сверхэкспрессия TRAP1 изолирует клетки от продукции АФК, опосредованной хелатированием Fe2⁺ [47]. Эти эффекты, вероятно, являются следствием как прямой, так и косвенной роли TRAP1 в минимизации генерации АФК. TRAP1 является прямым регулятором OXPHOS посредством его регулирования комплексов II и IV и играет косвенную роль в инактивации существующих АФК, поскольку экспрессия TRAP1 связана с повышенным уровнем восстановленной формы антиоксиданта глутатиона [48]. Синтез АФК связан с перегрузкой митохондрий Ca2⁺ и высвобождением цитохрома c, что впоследствии запускает открытие mPTP и гибель клеток. Как показано в исследовании Basit и др., повышенная экспрессия TRAP1 предотвращает апоптоз, уменьшает генерацию АФК и задерживает открытие mPTP в клетках меланомы [49]. Эти данные указывают на то, что TRAP1 защищает опухолевые клетки от окислительного повреждения и апоптоза, противодействуя генерации АФК.

Yin и др. обнаружили, что экспрессия cтресс-индуцированного фосфопротеина1 (STIP1) в глиобластоме была выше, чем в нормальной мозговой ткани, но не было значительного увеличения экспрессии STIP1 в образцах глиом Grade 2-3 [50]. Различные исследования демонстрируют, что STIP1 влияет на множество клеточных процессов, включая пролиферацию, апоптоз и инвазию, а экспрессия STIP1 коррелирует с химиорезистентностью и неблагоприятным исходом у пациентов с различными типами рака, включая рак молочной железы, рак печени и рак яичников [51–53]. Более того, Yin и др. продемонстрировали, что снижение экспрессии TRAP1 в результате подавления STIP1 приводит к ингибированию пути Akt, что приводит к снижению пролиферации, повышению апоптоза и снижению инвазивности клеток глиобластомы. В совокупности эти наблюдения указывают на то, что TRAP1 участвует в апоптозе опухолевых клеток, способствуя прогрессированию глиобластомы.

TRAP1 и стволовые клетки глиобластомы

Стволовые клетки — это самообновляющиеся клетки, которые сохраняют способность к пролиферации, генерируя новые стволовые клетки и дочерние клетки, которые подвергаются дифференциации и пополняют пул функциональных клеток. Стволовые клетки плюрипотентны, а именно, они могут давать начало различным линиям дочерних клеток. Например, нейральная стволовая клетка может генерировать клетки, которые подвергаются дифференциации в нейроны, астроциты и олигодендроциты [54]. Аналогичным образом традиционная теория неопухолевых стволовых клеток определяет опухолевые стволовые клетки (ОСК) как небольшую субпопуляцию самообновляющихся злокачественных клеток, которые поддерживают низкий, но устойчивый уровень неограниченной пролиферации [55]. В настоящее время достаточно достоверно установлено, что ОСК участвуют в развитии глиобластомы и ответственны за такие ключевые события в прогрессировании, как инвазия, рецидив опухоли и метастазирование. Будучи более химио- и радиорезистентными, чем обычные опухолевые клетки глиобластомы, ОСК за счет своей низкой митотической активности могут выживать после химио- и радиотерапии и таким образом быть причиной рецидивов глиобластомы после лечения. Существует набор специфических признаков, характеризующих незначительную (но крайне опасную) фракцию клеток микроокружения глиобластомы как ОСК, и, конечно, известен набор молекулярных детерминант, определяющих такие признаки [56][57].

Имеются данные о влиянии TRAP1 на стволовость (англ. stemness) в опухоли. Согласно данным Lettini и др., при колоректальном раке человека TRAP1 коэкспрессируется с маркерами стволовости и способствует развитию/поддержанию фенотипа ОСК путем активации сигнального пути Wnt/-катенина [58]. Этот механизм, способствующий стволовости в опухоли, был основан на опосредованной TRAP1 модуляции экспрессии лигандов Wnt и модификации катенина (убиквитинирование/фосфорилирование). Напротив, в других исследованиях, проведенных при раке яичников, снижение уровня экспрессии TRAP1 приводило к усилению инвазии и ЭПТ; такое несоответствие подразумевает, что активность TRAP1, связанная со стволовостью в опухоли, может кардинально различаться в различных типах опухолей [59][60]. Однако активность TRAP1 в глиобластомах, по-видимому, способствует развитию стволовости в опухоли, где TRAP1 проявляет себя как онкоген. Было показано, что повышенная экспрессия TRAP1 необходима для пролиферации, миграции и образования нейросфер в клетках глиобластомы, а также для их устойчивости к химиотерапии темозоломидом, что было связано с метаболическим перепрограммированием, опосредованным TRAP1 [61]. В другом исследовании сообщалось, что кооперативное взаимодействие между митохондриальным TRAP1 и основной митохондриальной деацетилазой сиртуином-3 (SIRT3) в ОСК глиобластомы приводит к снижению продукции АФК и пластичности энергетического метаболизма в ОСК, тем самым способствуя их адаптации к гипоксии и дефициту питательных веществ и поддерживая фенотип ОСК [62]. Принимая во внимание, что миграция опухолевых клеток и образование сфероидов, устойчивость к химиотерапии, а также адаптивность к гипоксии и «энергетическому голоданию» являются отличительными чертами ОСК [63]. Описанная же выше активность TRAP1 в глиобластоме характеризует этот митохондриальный шаперон как один из драйверов развития стволовости в данном злокачественном новообразовании. Другими словами, SIRT3, который в основном локализуется в митохондриальном матриксе, играет важную роль в поддержании стволовости в глиобластоме посредством кооперативного взаимодействия с TRAP1 для модуляции митохондриального дыхания и окислительного стресса.

Существует другое недавнее исследование, направленное на дальнейшее выяснение конкретных механизмов, посредством которых SIRT3 влияет на стволовость в глиобластоме, включая то, служит ли SIRT3 субстратом аутофагии, и механизма деградации SIRT3 [64]. Авторы обнаружили, что SIRT3 обогащен в CD133⁺ ОСК. Дальнейшие результаты показали, что в дополнение к стимулированию митохондриального дыхания и снижению окислительного стресса SIRT3 поддерживает стволовость в глиобластоме путем эпигенетической регуляции экспрессии CD133 через сукцинат. Что еще более важно, было обнаружено, что SIRT3 деградирует через путь аутофагии-лизосомы во время дифференцировки ОСК в объемные клетки глиобластомы. Выживание ОСК в значительной степени зависит от глутамина, и в этих клетках в результате было выяснено, что лишение глутамина запускает аутофагическую деградацию SIRT3, чтобы ограничить экспрессию CD133, тем самым нарушая стволовость в глиобластоме. На основе данных результатов авторы предположили, что ограничение глутамина для запуска аутофагической деградации SIRT3 предлагает стратегию устранения ОСК, которая в сочетании с другими методами лечения может быть применена против глиобластомы. TRAP1-опосредованное перепрограммирование энергетического метаболизма в опухоли может играть особенно важную роль в гипоксических (слабо васкуляризированных) зонах солидных опухолей, местах, где индуцируется ЭМП и происходит генерация ОСК.

Ингибиторы TRAP1

Большинство ингибиторов семейства HSP90 конкурентно связываются с N-концевым АТФ-карманом. Этот способ действия был использован для создания первого набора ингибиторов для TRAP1, домен АТФазы которого имеет гомологию с другими членами семейства HSP90. Однако, поскольку митохондриальная мембрана непроницаема для традиционных ингибиторов HSP90, для того чтобы эти ингибиторы достигли митохондриального матрикса, необходимо было добавить митохондриальную нацеливающую часть, такую как от одного до четырех тандемных повторов циклического гуанидия или трифенилфосфония (TPP) [65][66]. Наиболее широко используемыми ингибиторами TRAP1 являются гамитринибы, малые молекулы, состоящие из ингибитора HSP90 17-аллиламино-17-деметоксигелданамицина (17-AAG), присоединенного к митохондриально-нацеленной части, такой как циклические гуанидиновые повторы или TPP [67]. Эти гамитринибы наглядно использовались в терапии рака простаты, рака толстой кишки, меланомы, рака шейки матки, рака яичников, рака молочной железы и глиобластомы [67–70]. Гамитринибы нарушают антиапоптотические эффекты TRAP1, о чем свидетельствует снижение потенциала митохондриальной мембраны и повышенное высвобождение цитохрома с.

Кроме того, эти данные подчеркивают важность понимания эффекторов TRAP1 для идентификации потенциальных комбинированных методов лечения глиобластомы для усиления ингибирования сигнальных путей, опосредованных TRAP1. В текущем режиме комплексной терапии химиотерапия играет незаменимую роль, и темолозомид как эффективный химиотерапевтический агент, подтвержденный крупномасштабными клиническими испытаниями, остается доминирующим препаратом для химиотерапии глиобластом. Однако длительная химиотерапия темолозомидом приводит к развитию резистентности, что является важным фактором, влияющим на эффективность препарата. Поэтому существует острая необходимость в разработке соответствующих адъювантных препаратов для комбинации с темолозомидом для повышения чувствительности и снижения резистентности. Wang и др. обнаружили, что темолозомил индуцирует апоптоз клеточных линий глиобластомы SHG44, U251-MG и U87-MG, активируя p53 и одновременно подавляя митофагию и усиливая слияние митохондрий [61].

Последнее может происходить для компенсации дефекта, вызванного подавленной митофагией. В последующем подавление функции TRAP1 гамитриниб трифенилфосфонием (G-TPP) нарушило этот компенсаторный механизм, индуцируя mPTP, что привело к всплеску образования АФК и сенсибилизации клеток глиобластомы к эффектам лечения темолозомида. В другом исследовании Ngyen и др. на основе скрининга лекарственных препаратов сделали интригующее открытие, что ингибиторы гистондеацетилазы (HDAC) могут усиливать терапевтическую эффективность гамитриниба при комбинированной терапии глиобластомы [71]. Авторы установили эту концепцию, продемонстрировав, что глобальные (панобиностат) и селективные (ромидепсин) ингибиторы HDAC в сочетании с гамитринибом синергически снижали жизнеспособность клеточной линии глиобластомы U87, LN229 и T98G. Учитывая, что гамитриниб, как известно, вмешивается в электронно-транспортную цепь, авторы исследования предположили, что гамитриниб и его мишень TRAP1 могут помешать активации дыхания опухоли, вызванной ингибитором HDAC.

В соответствии с этим представлением результаты данного исследования продемонстрировали, что гамитриниб ослабил повышенное дыхание клеток глиобластомы, вызванное панобиностатом. Кроме того, авторы подтвердили участие про-апоптотического белка Bcl-2 в комбинации данных лекарств. В результате комбинация препаратов гамитриниба и ромидеспина вызвала увеличение экспрессии Bcl-2. Комбинированное ингибирование TRAP1 и HDACs является потенциально новой стратегией борьбы с резистентными злокачественными новообразованиями, такими как глиобластома. Авторы раскрыли механизм, который связан с метаболизмом опухолевых клеток, интегрированным ответом на стресс и модуляцией членов семейства Bcl-2, что в целом привело к индукции апоптоза.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Несмотря на растущие знания об TRAP1 в онкогенезе глиобластомы, все еще есть нерешенные проблемы, которые требуют дальнейшего изучения. Во-первых, крайне важно оценить потенциальную значимость активности АТФазы для функции TRAP1. Это связано с тем, что предыдущие исследования продемонстрировали, что TRAP1, даже в каталитически неактивном состоянии, способен выполнять свою роль и обращать вспять митохондриальную дисфункцию при некоторых видах злокачественных новообразований. Во-вторых, что касается того, как TRAP1 регулирует опухолеобразование и резистентность к терапии на молекулярном уровне, наше познание все еще ограничено. Тем не менее результаты приведенных исследований демонтируют, что TRAP1 является онкогеном при глиобластоме (рис. 6).

В будущем мы можем больше сосредоточиться на молекулярных функциональных механизмах и связанных сигнальных путях с TRAP1. Кроме того, учитывая отсутствие клинического успеха, наблюдаемого у многочисленных ингибиторов TRAP1, может быть разумным изучить возможность разработки стратегии для одновременного нарушения пула TRAP1, чтобы оценить их совместную эффективность при глиобластоме. Метаболическое ремоделирование/перепрограммирование является общей стратегией выживания опухолевых клеток, подходящей как для адаптации к враждебным средам, так и для устойчивости к противоопухолевым препаратам. Это приводит к связи между химиорезистентностью и метаболической зависимостью, которая сама по себе представляет многообещающую терапевтическую мишень. Таким образом, нацеливание на метаболические сети глиобластомы, а не на отдельные биомолекулы, становится новой стратегией для эффективных терапевтических подходов как в виде отдельных, так и в составе комбинированной терапии.

Ингибиторы TRAP1 продемонстрировали способность эффективно контролировать рост клеток глибластомы как in vitro, так и in vivo. Существует несколько ингибиторов TRAP1, таких как гамитринибы, которые были успешно разработаны для воздействия на митохондрии клеток глиобластомы. Между тем, синтез и исследование новых ингибиторов TRAP1 также продолжаются. Более того, ингибиторы TRAP1 обладают потенциалом избирательно накапливаться в митохондриях опухолевых клеток и ограничивать токсичность для нормальных тканей. Еще одной перспективной областью исследований является сочетание ингибиторов TRAP1 с другими методами лечения глиобластомы. Недавние исследования показали, что ингибиторы TRAP1 могут повышать эффективность других методов лечения, таких как химиотерапия, лучевая терапия и иммунотерапия. Объединение этих методов лечения может привести к более эффективным схемам лечения с меньшей токсичностью и лучшими результатами для пациентов. Однако, несмотря на то что доклинические испытания постоянно демонстрируют осуществимость и универсальную применимость ингибиторов TRAP1, клинических испытаний на людях по-прежнему недостаточно. Необходимы дальнейшие исследования, чтобы убедиться в возможности применения этих ингибиторов перед их испытаниями на людях.