Молекулярные маркеры опухолевых стволовых клеток кастрат-резистентного рака простатыMUC1-C
Муцин 1 (MUC1) — гетеродимерный белок клеточной мембраны, состоящий из двух субъединиц, более длинной внеклеточной N-концевой субъединицы MUC1-N, содержащей 20 трансмембранных доменов, модифицированных в результате О-гликозилирования, и более короткой трансмембранной С-концевой субъединицы MUC1-C, содержащей внеклеточный домен из 58 аминокислот, трансмембранную область из 28 аминокислот и цитоплазматический хвост из 72 аминокислот [13]. В здоровых тканях экспрессия MUC1 обнаруживается на эпителиальных клетках пищевода, желудка, двенадцатиперстной кишки, матки, простаты, легких, поджелудочной и молочной железы. Полисахаридные цепи MUC1-N образуют физический барьер, защищающий эпителиальные клетки от повреждений, низкого pH, токсинов и различных патогенов [14].
Примечательно, что экспрессия MUC1-C также обнаруживается в недифференцированных эмбриональных стволовых клетках человека, где выступает в роли рецептора фактора роста для белка NM23-H1, что способствует усилению пролиферации эмбриональных стволовых клеток человека [15], в последующем уровень экспрессии снижается в процессе дифференцировки [16].
Избыточная экспрессия MUC1 наблюдается при аденокарциномах молочной железы, яичника, толстой и прямой кишки, а также простаты [13].
При раке простаты экспрессия MUC1 коррелирует с более «агрессивными» клинико-патологическими характеристиками и, согласно анализу выживаемости Каплана — Мейера, связана с более коротким периодом до рецидива [17]. Также повышенный уровень белка MUC1 был выявлен при кастрат-резистентном раке простаты [18], где экспрессия данного белка выявляется как в самой опухоли, так и в метастазах, что коррелирует с неблагоприятным течением и показателями выживаемости [19].
Интересно, что структура MUC1, ассоциированного с опухолью, имеет отличительную структуру от MUC1 нормальных клеток. Повышенное в опухолевых клетках сиалилирование Tn- и T-антигенов с помощью ферментов сиалилтрансфераз может приводить к преждевременному обрыву цепи и, как следствие, к гипогликозилированию гликанов. Гипогликозилирование, в свою очередь, влияет на стабильность и локализацию MUC1 [20].
Так, при воспалительных и опухолевых процессах воздействие цитокинов, таких как интерферон-γ (IFN-γ) и фактор некроза опухоли-α (TNF-α), приводит к активации шеддаз (TNF-конвертирующие ферменты и матричные металлопротеиназы), что вызывает распад MUC1. При этом происходит высвобождение MUC1-N в интерстициальное пространство [21]. MUC1 попадает в цитоплазму посредством клатрин-опосредованного эндоцитоза [22]. Так, гипогликозилирование может усиливать онкогенную передачу сигналов MUC1 за счет снижения его уровня на клеточной поверхности и увеличения внутриклеточного накопления и расщепление внеклеточного домена MUC1-C на небольшие пептидные фрагменты MUC1 и MUC1-CTF15. В свою очередь, MUC1 взаимодействует с различными факторами транскрипции, такими как p53 и HIF1 (фактор, индуцируемый гипоксией 1) и при транслокации в ядро непосредственно с промоторными элементами генов. Его присутствие в транскрипционных комплексах меняет набор и специфичность транскрипционных факторов [23].
MUC1-C связывается непосредственно с транскрипционным фактором E2F1, что приводит к экспрессии специфичных для эмбриональных стволовых клеток факторов BAF (esBAF) BRG1, ARID1A, BAF60a, BAF155 и BAF170 в клетках кастрат-резистентного рака простаты (CRPC) и нейроэндокринном раке простаты (NEPC) [24].
Кроме того, сверхэкспрессия MUC1 в опухолевых клетках изолирует β-катенин и тем самым нарушает функцию E-кадгерина в адгезивных соединениях. Взаимодействие с MUC1 стабилизирует β-катенин, что приводит к опосредованной β-катенином активации генов-мишеней сигнального пути Wnt [25]. В свою очередь, сигнальный путь Wnt регулирует способность к самообновлению клеток независимо от андрогенового рецептора и увеличивает экспрессию маркеров стволовых клеток, включая CD44 и CD133 [26]. Также MUC1-C может взаимодействовать с EGFR (рецептором эпидермального фактора роста), ErbB2 и другими рецепторными тирозинкиназами на клеточной мембране, приводя к активации путей PI3K→AKT и митоген-активируемой протеинкиназы (MEK) → внеклеточной сигнальной регулируемой киназы (ERK) [27].
Таким образом, внутриклеточный домен MUC1 участвует во множестве процессов, ответственных за возникновение, метастазирование, устойчивость к противоопухолевой терапии и выступает как ключевой регулятор стволовых свойств опухолевых клеток рака простаты.
TMPRSS4
Трансмембранный сериновый протеазный комплекс клеточной мембраны 4 (TMPRSS4) — трансмембранный белок, состоящий из 437 аминокислот, образующих короткий внутриклеточный N-концевой домен, однопроходный гидрофобный трансмембранный домен, вариабельную стебельную область, содержащую модульные структурные домены, а также C-концевой внеклеточный каталитический домен, принадлежащий к семейству сериновых протеаз S1. Экспрессия TMPRSS4 обнаруживается в пищеводе, желудке, тонком кишечнике, толстой кишке, мочевом пузыре и почках, хотя физиологическое значение TMPRSS4 остается неясным [28]. Его сверхэкспрессия наблюдается при аденокарциноме легких, плоскоклеточном раке легких, плоскоклеточном раке шейки матки, раке щитовидной железы, раке яичников, раке прямой кишки, раке поджелудочной железы, аденокарциноме толстой кишки и желудка, карциносаркоме матки и эндометриальной карциноме тела матки. Примечательно, что при карциноме почек, остром миелоидном лейкозе, меланоме кожи и опухоли зародышевых клеток яичка его экспрессия значительно снижена [29].
Повышенная экспрессия TMPRSS4 коррелирует с инвазией и метастазированием при различных типах рака, что указывает на потенциальную роль TMPRSS4 в прогрессировании злокачественных новообразований [30].
TMPRSS4 стимулирует транскрипцию гена — активатора плазминогена урокиназного типа (uPA) через активацию транскрипционных факторов Sp1, Sp3 и AP-1 преимущественно по JNK-зависимому механизму. Индукция uPA играет ключевую роль в инвазии и сигнальных процессах раковых клеток, опосредованных TMPRSS4. При этом рецептор uPA участвует в запуске TMPRSS4-индуцированной сигнализации и последующей экспрессии uPA, вероятно, благодаря его взаимодействию с TMPRSS4 на поверхности клетки [31].
Исследования на культуре клеток карциномы толстой кишки SW480 показали, что клетки со сверхэкспрессией TMPRSS4 отличались инвазивностью, подвижностью и адгезивностью. Также было выявлено, что сверхэкспрессия TMPRSS4 индуцировала SIP1/ZEB2, репрессора транскрипции E-кадгерина и потери E-кадгерин зависимой межклеточной адгезии, приводя к эпителиально-мезенхимальному переходу. В одном из экспериментов было показано, что после введения клеток в селезенку голых мышей наблюдались метастазы в печени. Эти данные свидетельствуют о том, что TMPRSS4 контролирует инвазивные и метастатические свойства раковых клеток [32].
В опухолевой ткани рака простаты уровень экспрессии TMPRSS4 значительно выше по сравнению с периферическими тканями и коррелирует с прогрессирующими формами новообразования [29].
Исследование на клеточной культуре рака простаты PC3 выявило, что TMPRSS4 активирует Slug — фактор транскрипции, индуцирующий эпителиально-мезенхимальный переход и циклин D1, посредством активации AP-1 (activating protein-1), состоящего из c-Jun и ATF-2 (активирующего фактор транскрипции-2), что ведет в последующем к усилению инвазии и пролиферации опухолевых клеток [33].
Кроме того, сверхэкспрессия TMPRSS4 наблюдалась у клеток, резистентных к лекарственным препаратам, способных образовывать сферы и метастазировать на in vitro и in vivo моделях. Эти способности сопровождались повышением уровня факторов, связанных с характеристиками стволовых клеток, таких как SOX2, BMI1, CD133, SLUG и TWIST1. В этом каскаде реакций SLUG стабилизирует SOX2; в свою очередь, TWIST1 взаимодействует с проксимальным элементом E-box в промоторе SOX2, тем самым усиливая транскрипцию целевого гена. Следовательно, сигнальный путь TMPRSS4/TWIST1–SLUG/SOX2 наделяет клетки рака простаты свойствами раковых стволовых клеток [34].
TLX
Интерес вызывает одна из двух изоформ орфанного ядерного рецептора TLX (The human orphan nuclear receptor tailless), который имеет в составе 385 аминокислот, образующих два структурных домена. Первый — ДНК-связывающий домен (DBD), необходимый для нацеливания на консенсусную последовательность ДНК. Второй — лиганд-связывающий домен (LBD), однако лиганд для TLX до сих пор не идентифицирован.
Известно, что TLX способствует поддержанию и самообновлению эмбриональных и взрослых нейрональных стволовых клеток за счет транскрипционного контроля генов, участвующих в репликации ДНК, клеточном цикле, адгезии и миграции, сигнальном пути Wnt/α-катенине и передаче сигналов митоген-активируемой протеинкиназы (MAPK) [35].
При нокауте Tlx у мышей выявляются нейроанатомические аномалии, схожие с биполярным аффективным расстройством, такие как снижение нейрогенеза, дисфункция ГАМКергических интернейронов, обонятельная дисфункция, увеличение боковых желудочков и уменьшение размера гиппокампа, коры головного мозга, мозолистого тела, миндалевидного тела, наружных зернистых и пирамидных слоев.
Кроме того, TLX участвует в развитии новообразований головного мозга. Было обнаружено, что у трансгенных мышей со сверхэкспрессией TLX формировались глиомы с потерей онкосупрессоров PTEN или p53 [36]. Также его сверхэкспрессия наблюдается при глиальных опухолях высокой степени злокачественности, таких как глиобластома [37] и рак молочной железы.
Эксперимент на клеточных линиях рака молочной железы с ингибированием экспрессии TLX за счет siRNA приводил к подавлению клеточного роста и снижению способности к инвазии. При этом дерепрессия p21, p57 или PTEN не наблюдалась. Это свидетельствует о том, что действие TLX в раковых клетках молочной железы нацелено на другие гены, которые отличаются от тех, которые участвуют в нейрогенезе. Другие важные TLX зависимые механизмы включают регуляцию микроРНК, например повышение уровня miR-9, которая является значимой при раке молочной железы [38].
Хотя роль TLX в развитии других злокачественных новообразований недостаточно изучена, его повышенная экспрессия была выявлена в метастатическом кастрат-резистентном раке предстательной железы и приводила к антиандрогеновой резистентности на in vivo и in vitro моделях. В свою очередь, снижение уровня эндогенного TLX усиливало чувствительность опухолевых клеток к андрогенной депривации. TLX может напрямую связываться с промотором андрогенового рецептора и подавлять его транскрипцию посредством рекрутирования модификаторов гистонов, таких как HDAC1, HDAC3 и LSD1 [39].
Выделенные из различных клеточных линий и операционных материалов опухолевые стволовые клетки рака предстательной железы также демонстрировали повышенную экспрессию TLX. Функциональная и молекулярная характеристика на in vitro и in vivo моделях показала, что TLX может способствовать росту стволовых клеток и эпителиально-мезенхимальному переходу в клетках рака предстательной железы посредством прямой трансактивации CD44, SOX2, POU5F1 и NANOG. Эти данные указывают на важность TLX в регуляции свойств опухолевых стволовых клеток и их устойчивость к антиандрогеновой терапии при прогрессирующем раке предстательной железы [40].
MDA-9/синтенин
Изначально идентифицированный как ключевой онкоген меланомы, MDA-9/синтенин кодирует многодоменный белок из 298 аминокислотных остатков. Белок содержит уникальную тандемную архитектуру доменов PDZ (PDZ1 и PDZ2), которые способны связывать C-концевой пептид целевых мультибелковых комплексов как на плазматической мембране, так и на внутриклеточных мембранах [41]. Уровень белка MDA-9/синтенина в органах и тканях у людей не был всесторонне количественно определен, однако известно, что экспрессия MDA-9/синтенина значительно выше в костном мозге и легких по сравнению с печенью и поджелудочной железой. При исследовании экспрессии MDA-9/синтенина у мышиных эмбрионов было выявлено, что белок экспрессируется почти во всех органах и изменяется в процессе эмбрионального развития. Однако до сих пор физиологическая роль MDA-9/синтенина изучена недостаточно [42].
С момента открытия в 1996 году ученые изучают роль MDA-9/синтенина в развитии опухолей. Изначально белок был выявлен при меланомах, хотя его экспрессия отсутствует в меланоцитах нормального эпидермиса, его накопление наблюдается на мембране и в цитоплазме метастатических клеток. Было выявлено, что MDA/синтенин регулирует активность FAK, p38-MAPK, c-Src и NF-κB у прогрессирующей формы меланомы [43]. Также MDA-9/синтенин может способствовать миграции и инвазии клеток меланомы, опосредуя IGFBP2, HIF-1a, VEGF-A и VEGFR [44]. Нокаут гена MDA-9/Syntenin при увеальной меланоме приводит к снижению ангиогенеза и снижению экспрессии FAK, AKT и c-Src [45]. Кроме того, снижение уровня MDA-9/синтенина подавляет клеточный рост и инвазию за счет ингибирования сигнализации EGFR и ключевых молекул, ассоциированных с эпителиально-мезенхимальным переходом [46].
Сверхэкспрессия MDA-9/синтенина была обнаружена в более агрессивной клеточной линии рака молочной железы MDA-MB-435 в сравнении с менее агрессивной линией MCF-7. Также усиленная экспрессия MDA-9/синтенина коррелирует с миграцией клеток, поляризацией F-актина и образованием псевдоподий [47]. Высокий уровень экспрессии выявляется в тканях опухоли молочной железы, отрицательных по рецептору эстрогена, и наблюдается при метастазах и рецидивах опухоли [48].
Было выявлено, что MDA-9/синтенин активирует сигнальные пути интегрина β1 и ERK1/2, приводя к пролиферации опухолевые клетки рака молочной железы. Также MDA-9/синтенин усиливает эпителиально-мезенхимальный переход при раке молочной железы за счет модуляции малых ГТФаз RhoA и Cdc42 посредством трансформирующего фактора роста β1 [49].
MDA-9/синтенин способствует инвазии, регулируя MT1-MMP и MMP2, а также регулирует клеточную дифференцировку и ангиогенез посредством активации сигналов RAS, RHO и PI3K/MAPK в клетках мелкоклеточного рака легких [50]. Кроме того, MDA-9/синтенин через домен PDZ1 связывается со Slug, приводя к рекрутированию HDAC1, повышению активности транскрипционного репрессора Slug, способствуя инвазии опухолевых клеток и метастазированию при немелкоклеточном раке легких [51].
MDA-9/синтенин может усиливать сигнализацию TGFβ в опухолевых клетках, регулируя интернализацию TβRI, опосредованную кавеолином-1, что говорит о важности MDA-9/синтенина как регулятора прогрессирования рака [52].
Высокий уровень MDA-9 наблюдается в субпопуляции опухолевых стволовых клеток глиобластомы, где он регулирует гены стволовых клеток, такие как Nanog, Oct4 и Sox2, посредством активации STAT3. Кроме того, через c-Src и DLL1 MDA-9 активирует сигнальный путь NOTCH1, который, в свою очередь, регулирует экспрессию C–Myc через RBPJK, тем самым способствует росту и пролиферации ОСК глиобластомы [52]. Аналогичный результат был выявлен в самообновляющейся субпопуляции раковых клеток предстательной железы, где последующее подкожное введение этих клеток голым мышам способствовало образованию опухолей. Однако при нокауте MDA-9 образовывались опухоли меньшего размера, что указывает на важность MDA-9 для онкогенной регуляции ОСК [53].
MDA-9/синтенин регулирует метастазирование рака предстательной железы в кости за счет активации секреции PDGF-AA опухолевыми клетками, который, в свою очередь, индуцирует экспрессию CXCL5 через сигнальный путь Hippo в мезенхимальных стромальных клетках костного мозга и является хемокином для миграции опухолевых клеток [54]. Также выявлено, что активация MDA-9/синтенином проангиогенных факторов, включая IGFBP2, IL6, IL8 и VEGFA, способствует миграции клеток рака предстательной железы [55].
Применение ингибиторов сигнальных путейСовременные исследования в области лечения рака предстательной железы сосредоточены на выявлении новых сигнальных путей и препаратов, способных преодолеть резистентность раковых клеток и повысить эффективность противоопухолевой терапии. Достижения последних исследований демонстрируют эффективность использования ингибиторов ключевых сигнальных путей, нацеленных на подавление пролиферации, миграции и инвазии раковых клеток рака простаты.
Так, например, комбинированное лечение абиратероном и ICG001, ингибитором β-катенина, преодолевало терапевтическую резистентность, значительно снижая клеточную пролиферацию и уровень маркеров стволовых клеток на модели in vivo, в клеточных линиях рака предстательной железы LNCaP и C4–2B, резистентных к абиратерону. Эта комбинация подавляла рост опухолей, миграцию, инвазию и способность раковых клеток образовывать колонии [56].
Гастродин, выделенный из корневищ орхидеи, демонстрировал ингибирующее воздействие на канонический путь Wnt/β-катенина при раке предстательной железы, тем самым подавляя пролиферацию раковых клеток на клеточных линиях PC3 и DU145 [57].
Также выявлено, что JPH203, селективный ингибитор LAT1, может стать потенциальной альтернативой в лечении кастрат-резистивного рака предстательной железы. Сиалогликопротеин CD24, функционирующий как молекула адгезии, является целевой мишенью LAT1. Применение JPH203 снижало экспрессию CD24 и подавляло активацию сигнального пути Wnt/β-катенин в клеточных линиях C4–2 и PC-3 [58].
Было обнаружено, что ресвератрол оказывает ингибирующее действие на транскрипционную активность AR, индуцированную IL-6 и/или дигидротестостероном, в клетках рака предстательной железы LNCaP и частично опосредованно подавлением активности репортерного гена STAT3. Кроме того, наблюдалось снижение уровня ПСА. Таким образом ресвератрол может быть перспективным выбором при лечении рака предстательной железы [59].
Индуцированная IL-6 пролиферация и жизнеспособность клеток в линиях PC3 и DU145 была ингибирована отваром из Чжоуши Цилин (ZQD). В дополнение ZQD снижал уровни мРНК IL-6, IL-1β, STAT3, Bcl2 и CyclinD1, стимулированные IL-6. Также в тканях ксенотрансплантатов отмечалось снижение объема опухоли, веса и пролиферации, а также ингибирование уровней IL-6 и pSTAT3 [60].
Рубимаиллин, полученный из лекарственного растения Rubia Cordifolia, ингибировал in vitro миграцию и инвазию клеток Du145 и PC3, что сопровождалось снижением уровня экспрессии белков Notch-1, MMP-2, MMP-9 и Hes-1 [61].
Тегасерода малеат (ТМ), ингибировал in vitro пролиферацию, образование колоний, миграцию, а также инвазию клеток РПЖ DU145 и PC-3. Кроме того, на in vivo моделях была обнаружена остановка клеточного цикла и апоптоз раковых клеток. Механизм действия ТМ заключается в подавлении активности GLI2 и его нисходящих мишеней, что приводит к ингибированию сигнального пути Sonic Hedgehog (SHH) [62].
В совокупности эти данные свидетельствуют о том, что применение ингибиторов сигнальных путей является весьма перспективным для комбинированного подхода в противоопухолевой терапии кастрат-резистентного рака простаты. Таким образом, понимание роли MUC1-C, TMPRSS4, TLX и MDA-9/синтенина в регуляции механизмов развития кастрат-резистентного рака простаты открывает новые перспективы в разработке более эффективных стратегий лечения, а также улучшить прогноз для пациентов с устойчивым к противоопухолевой терапии раком простаты.