Новая теория рака. 2-ая редакция

[albert52]

Вернемся еще к раковому метаболизму.

То, что считается раковым метаболизмом, не так ясно, как считалось ранее. Различные ткани и даже специализированные клетки внутри ткани могут иметь уникальные метаболические свойства. Кроме того, периоды особых энергетических потребностей приводят к дальнейшим уникальным метаболическим фенотипам, таким как во время эмбрионального развития или заживления ран. Этот набор метатипов образуется из-за различий в скоростях потока и соотношениях потока через различные метаболические пути. Все эти пути доступны раковым клеткам для их собственной пользы, которую они делают в зависимости от тканевого контекста, в котором они растут, или стадии заболевания - инициации, прогрессирования и метастазирования. Это создает уровень гибкости, который ставит под сомнение предположение, что есть один, определяющий раковый метаболизм.

Крупномасштабное производство лактата из глюкозы распознается в здоровых тканях и обычно совпадает с делением клеток или процессами, требующими высокой энергии. Например, кишечник, одна из наиболее активно пролиферирующих тканей у взрослых млекопитающих, давно известен как чистый продуцент лактата, что указывает на аэробный гликолиз. Эмбриогенез одинаково отмечен широко распространенной пролиферацией, совпадающей с крупномасштабным аэробным гликолизом. Этот тип метаболизма вовлечен всеми пролиферирующими тканями в физиологию и патологию.

Большинство выявленных мутаций драйвера при раке играют аналогичную роль в нормальных пролиферативных процессах, и практически все они имеют прямое участие в метаболической модуляции. Например, онкоген c-Myc (Myc), который редко мутирует, но является одним из наиболее часто усиливающихся или афферентно активируемых транс -крипционных факторов при раке, ответственен за прямую транскрипционную активацию ряда гликолитических генов и управляет вышеупомянутый биосинтетический метаболизм. В равной степени известно, что Myc увеличивает зависимость опухоли от глютамина как источника энергии и биосинтеза и активирует PPP, а также цикл Кребса, хотя последние два регулируются в основном состоянием оксигенации опухоли.

Существует ряд других путей, которые обычно задействованы ниже стимулов роста и которые часто координируются с Myc, которые периодически мутируют при раке, но также обнаруживаются в областях физиологической пролиферации. Наиболее заметными являются Ras и ось PI3K / AKT / mTOR. Сверхэкспрессия этих путей приводит к таким же метаболическим состояниям, что и у Myc, и обычно может быть классифицирована как биосинтетическая с аэробным гликолизом, глутаминолизом, повышенным ППС и биосинтезом липидов.
До сих пор может показаться, что опухоли просто используют четко определенные метаболические пути для своих целей путем активации онкогенов и ингибирования опухолевых супрессоров. Однако сумма этих путей, по-видимому, отличается в нормальных тканях и опухолях. Например, лактат, оригинальный идентификатор для злокачественного метаболизма, достигает уровней в опухолях (до 40 мМ и более), которые выше, чем в любой нормальной ткани в физиологических условиях (1–5 мМ в зависимости от тканей) или даже в ранах (5– 15 мМ).

Отдельные клетки, продуцирующие или потрeblяющие лактат на любой данной стадии во время онкогенеза, могут не отличаться от отдельных клеток, участвующих в метаболизме этого типа в других частях тела, но в физиологических условиях производство и потр***ение поддерживаются в динамическом равновесии, в то время как при раке это равновесие нарушается и приводит к накоплению лактата и других конечных продуктов в опухоли.

Кстати, лактат имеет плазменную концентрацию около 1 мМ даже у отдыхающих и, как таковой, представляет собой второй по величине пул углерода, связанный с кровью. Вообще, значительная часть углеводов доставляется в здоровые ткани в форме лактата. Эти более свежие данные, похоже, возвращают баланс в сторону глюкозы как основного фактора цикла Кребса.

В гораздо меньших масштабах, вероятно, происходит обмен углеродом через лактат между клетками одного и того же органа. Наиболее изученный пример обнаружен в мозге, где, как считается, астроциты направляют лактат в нейроны после аэробного гликолиза. Точно так же симбиотические отношения были предложены в органоидных культурах между Lgr5-позитивными кишечными стволовыми клетками и окружающими панетическими клетками, где последние, как полагают, участвуют в аэробном гликолизе и передают углерод в форме лактата стволовым клеткам, которым это необходимо для правильной дифференцировки. Опухоли также могут потр***ять лактат, но в целом в них происходит чистое производство лактата.

Таким образом, одно из основных различий между метаболизмом рака и его здоровым аналогом заключается не в основной программе, а в ее недостаточной регуляции. Наиболее распространенные онкогенные факторы вовлекают раковые клетки в непрерывное пролиферативное состояние и, таким образом, удерживают опухолевые клетки в метаболическом состоянии «всегда включено». Это препятствует тому, чтобы раковые клетки реагировали на экзогенные и эндогенные сигналы, такие как избыток питательных веществ, оксигенация, перфузия, окислительно-восстановительное состояние и подкисление, так же, как это делают нормальные ткани.

Эта сумма отдельных компонентов этого преувеличенного и постоянного состояния активации является уникальной для метаболизма опухоли. Результаты этого метаболизма действительно настолько драматичны, что на более поздних стадиях развития рака эффект может стать системным.
Многие опухоли участвуют в метаболических процессах, которые являются уникальными для опухолевых клеток. Эти реакции часто возникают в результате усиления функциональной мутации, которая позволяет ферментам продуцировать новые соединения, или потери фермента, которая приводит к накоплению соединений, которые обычно существуют только на низких уровнях. Некоторые такие онкометаболиты играют активную роль в прогрессировании и, возможно, даже в инициации опухоли.

Вероятно, наиболее известным онкометаболитом является (R) -2-гидроксиглутарат (2-HG), продуцируемый мутированными формами изоцитрат-дегидрогеназы (IDH) 1 и 2, которые преимущественно восстанавливают 2-кетоглутарат до 2-HG. Этот метаболит обычно присутствует только в исчезающих количествах, но его концентрация значительно увеличивается в опухолях, в которых он препятствует ряду путей, таких как активация фактора гипоксии (HIF) или метилирование гистонов.

Важно, что было обнаружено, что 2-HG может ингибировать трансаминазы Bcat1 и 2, таким образом влияя на обмен аминокислот с разветвленной цепью и уменьшая количество глутамата, продуцируемого этими аминокислотами. Это исключает основной источник глутамата, и, следовательно, клетки с мутантной IDH оказались исключительно чувствительными к ингибированию глутаминазы CB-839, так как эта реакция представляет собой второй основной источник глутамата. Интересно, что избыточная экспрессия Myc при раке молочной железы может привести к накоплению 2-HG даже без мутации IDH из-за поразительного увеличения глутаминазы, которая может направлять глутамин в этот путь.

Другие онкометаболиты включают промежуточные звенья цикла Кребса, такие как succinat и фумарат, которые накапливаются из-за мутаций в ферментах, которые обычно их превращают, а именно succinat-дегидрогеназа и фумаратгидратаза. Мутация первого имеет широкие эффекты, включая повышенную зависимость от карбоксилирования пирувата с помощью пируваткарбоксилазы, таким образом потенциально повышая уязвимость опухоли. Он имеет ряд других последствий, таких как нарушение передачи сигналов HIF и ведет к гиперметилированию CpG, которые заметно влияют на транскриптом и метаболизм опухоли.

Накопление фумарата также имеет свои последствия. Было показано, что он стимулирует EMT путем ингибирования антиметастатического кластера miRNA mir-200ba -429, активирует неканоническую передачу сигналов NF-kB и инактивирует путь mTOR.
Специфический для рака метаболизм часто является конечным результатом основного ландшафта вождения онкогенов и метаболических изменений, которые опухолевые клетки претерпевают во время стрессовых реакций.

Опухолевые клетки сталкиваются с давлением с двух сторон. С одной стороны, по меньшей мере, часть клеток в опухоли застряли в пролиферативной петле, из которой они не могут легко выпасть, и в то же время не могут генерировать достаточное количество микроокружения для поддержки такого роста. Это наиболее очевидно в отсутствие однородного кровоснабжения по опухолям, что приводит к гипоксии, а также к чрезмерному подкислению, недостатку питательных веществ и, в конечном итоге, к некрозу со всеми его воспалительными побочными эффектами.

Хотя плохая васкуляризация является существенной первоначальной проблемой, некоторые опухолевые клетки адаптируются к выживанию в этих областях и становятся трудными для лечения из-за недостатка доставки лекарств. Общий результат в метаболизме опухоли может достигаться совместной активностью онкогенов-драйверов и генов ответа на стресс.

Отметим, что стрессовая реакция на гипоксию позволяет клеткам сохраняться в нeblагоприятных условиях и формирует общий метаболизм опухоли, но также создает наведенную летальность, которая не влияет на нормоксические клетки. Однако долгосрочная адаптация к этим условиям, по-видимому, подталкивает эволюцию опухоли к более агрессивным и метаболически адаптивным фенотипам, которые участвуют в прогрессировании и резистентности опухоли.

[albert52]

Продолжим рассказом о мелкоклеточном раке легкого.

Эндокринные клетки дыхательного эпителия сходны с одноименными клетками в различных органах пищеварительной системы. Они являются частью диффузной эндокринной системы, предположительно выполняют хемо- и барорецепторную функции и относятся к нескольким типам. В их базальной части находятся секреторные гранулы, в которых содержится ряд пептидных гормонов и биоаминов, влияющих на тонус мышечных клеток в стенке воздухоносных путей и активность секреторных клеток.

Эндокринные клетки выявляются с помощью специальных окрасок или иммуногистохимическими методами. Их относительное содержание в эпителии воздухоносных путей нарастает в дистальном направлении. В воздухоносных путях, в особенности в их дистальных участках, эндокринные клетки располагаются в составе нейроэпителиальных телец - внутриэпителиальных компактных овальных образований, в которых они окружены нервными волокнами.

Легочные нейроэндокринные клетки (PNEC) - это специализированные эпителиальные клетки дыхательных путей, которые встречаются в легких в виде отдельных клеток или кластеров, называемых нейроэпителиальными тельцами (NEB).

Легочные нейроэндокринные клетки также известны как клетки Кульчицкого или К-клетки. Они расположены в респираторном эпителии верхних и нижних дыхательных путей. PNEC и NEB существуют на стадии плода и новорожденного в дыхательных путях легких. Эти клетки имеют форму бутылки или колбы и простираются от базальной мембраны до просвета . Их можно отличить по профилю биоактивных аминов и пептидов, а именно серотонина , кальцитонина , пептида, связанного с геном кальцитонина (CGRP), хромогранина А , гастрин-высвобождающего пептида (GRP) и холецистокинина .

Функция PNEC могут играть роль с хеморецепторами в обнаружении гипоксии. Лучше всего это подтверждается наличием чувствительного к кислороду калиевого канала, связанного с сенсорным белком кислорода в просветной мембране кролика. Они также гипотетически участвуют в регуляции локализованного роста и регенерации эпителиальных клеток через паракринный механизм , посредством чего их сигнальные пептиды высвобождаются в окружающую среду. Кроме того, они содержат нейроактивные вещества, которые выделяются из базальной цитоплазмы. Эти вещества индуцируют вегетативные нервные окончания или сосудистую сеть в глубокой собственной пластинке .

Эти клетки могут быть источником нескольких типов рака легких, прежде всего мелкоклеточной карциномы легкого и карциноидной опухоли бронхов. По сравнению с немелкоклеточным раком легкого (НМРЛ), МРЛ характеризуется быстрым временем удвоения и ранними, широко распространенными часто гематогенными метастазами. Следовательно, у большинства пациентов (60–70%) на момент постановки диагноза будет заболевание обширной стадии (ЭС) (определяемое как рак, распространившийся за пределы ипсилатерального легкого и регионарных лимфатических узлов, и который не может быть включен в одно поле излучения.

Действующая система классификации рака легких Всемирной организацией здравоохранения (ВОЗ, 2004 г.) признает 3 злокачественных рака легких нейроэндокринного (NE) происхождения. К ним относятся SCLC, комбинированный SCLC (который содержит области NSCLC) и крупноклеточный рак NE (LCNEC) (подмножество NSCLC). NSCLC-подобные области характеризуются наличием мутаций типа NSCLC, включая KRAS, STK11, KEAP1 или MAP2K1.

SCLC располагается вдоль спектра NET в легком и является опухолью высокой степени злокачественности. Также в этом спектре находятся LCNEC, типичные карциноиды низкой степени злокачественности (TC) и атипичные карциноиды средней степени злокачественности (AC). Хотя этиология до сих пор полностью не выяснена, карциноиды, по-видимому, возникают из другой клетки-предшественника, чем SCLC и LCNEC.

SCLC характеризуется почти универсальной потерей генов ТР53 (75% -90% пациентов) и ретинобластомы 1 ( RB1 ) (приближается к 100%) - см. выше. Также RBL2 (член семейства РВ) служит вторичным опухолевым супрессором во время развития SCLC. Подобно тому, как RBL2 обеспечивает избыточность в RB-дефицитных клетках, гомологи P53 TP73 и TP63 вызывают остановку клеточного цикла и апоптоз благодаря своей способности активировать экспрессию генов-мишеней P53. Эти члены семейства P53 часто существуют в нескольких изоформах, в том числе с укороченными N-концевыми доменами. Эти усеченные формы имеют доминантно-негативную активность , которая ингибирует дикий тип семейства P53.

Также выявлены новые мутации (например, в эпигенетических регуляторах) и мутации-драйверы с четко установленной ролью в нескольких типах рака (например, генов семейства MYC , BCL2, PTEN , CREB-связывающий белок [ CREBBP ] и FGFR1 ). Усиленный биогенез рибосом и синтез белка были наиболее значительными молекулярными изменениями во время L-Myc-управляемой трансформации предполагаемых клеток-предшественников.

Некоторые мутации онкогенов, такие как KRAS, редки или отсутствуют. Сверхэкспрессия протоонкогенов происходит обычно путем амплификации отдельных хромосомных областей, включая L-myc или C-myc.

Вообще, большинство опухолей SCLC можно классифицировать в одну из трех линий на основе экспрессии POU2F3, ASCL1 или NEUROG1. POU2F3 кодирует член семейства факторов транскрипции POU-домена BRN2, обычно экспрессируемый в редких хемосенсорных клетках нормального эпителия легких (клетки пучка) и желудочно-кишечного тракта. В целом факторы транскрипции домена POU связываются со специфическим октамерным мотивом ДНК и регулируют специфичные для каждого клеточного типа пути дифференцировки.

Пронейральные белки ASCL1 и NEUROD1 стимулируют созревание нейроэндокринных клеток легких и высоко экспрессируются в NE SCLC. Так, избыточная экспрессия ASCL1 и NEUROD1 наблюдается в ~ 70% и ~ 10-20% случаев SCLC, соответственно. Основной фактор транскрипции спираль-петля-спираль (bHLH) ASCL1 считается главным регулятором для большинства NE-рака легких, тогда как NEUROD1 обозначает меньшую подгруппу с промежуточными нейроэндокринными характеристиками.

[albert52]

Продолжим.

ASCL1 - это фактор транскрипции, который играет ключевую роль в дифференцировке нейронов: действует как пионерный фактор транскрипции, открывая закрытый хроматин, позволяющий другим факторам связываться и активировать нейрогенные пути. Непосредственно связывает мотив E-бокса (5'-CANNTG-3 ') на промоторах и способствует транскрипции нейрональных генов. ASCL1 необходим для установления клонов легочных NE клеток.

NEUROD1 (Neurogenic differentiation 1) действует как регулятор транскрипции, участвует в инициации дифференцировки нейронов и активирует транскрипцию путем связывания с E-боксом. Ассоциируется с хроматином и с регуляторными элементами энхансера в генах, кодирующих ключевые регуляторы транскрипции нейрогенеза (по сходству).

Комбинации трех факторов транскрипции, ASCL1, POU3F2 / BRN2 и MYT1L, достаточно для репрограммирования фибробластов и других соматических клеток в индуцированные нейрональные (iN) клетки. Она также играет роль на ранних стадиях развития определенных нейронных клонов в большинстве областей ЦНС и нескольких клонов в ПНС.

Для мелкоклеточного рака легкого характерны мало действенные мишени онкогенов, что затрудняет таргетную терапию. Главный регулятор нейроэндокринного клона ASCL1 экспрессируется и необходим в опухолях SCLC, но около 20% образцов опухоли экспрессировали низкие уровни нейроэндокринных маркеров CHGA и ASCL1, но все же обладали клеточной морфологией и генетическим профилем SCLC.

Связывание Ascl1 происходит в основном на дистальных энхансерах с активацией транскрипции генов. Так, исследования в областях ДНК, связанных с ASCL1 и NEUROD1, позволила идентифицировать различные мотивы кофакторов, участвующие в конкретных семействах TF, которые могут сотрудничать с факторами bHLH в образовании и / или поддержании опухоли. Были обнаружены мотивы Forkhead и NFI в областях, связанных с ASCL1. Так, из четырех факторов NFI NFIB часто сверхэкспрессируется и генетически амплифицируется в SCLC, и было показано, что он регулирует жизнеспособность и пролиферацию клеток во время образования опухоли. Кроме того, NFIB связан с суперэнхансером в линии ASCL1 High SCLC.

Напротив, связанные с NEUROD1 участки ДНК обогащены мотивом, распознаваемым гомеодоменным фактором OTX2. OTX2 специфически экспрессируется в некоторых клетках NEUROD1 High SCLC, а NEUROD1, по-видимому, напрямую регулирует OTX2. OTX2 необходим для пролиферации клеток в медуллобластомах и в соответствии с этой функцией мы находим сайты NEUROD1, содержащие мотив OTX2, связанный с онкогеном MYC . Таким же образом OTX2 может сотрудничать с NEUROD1 и в поддержании пролиферации клеток в опухолях NEUROD1 High. Отметим, что в клеточных линиях SCLC экспрессия ASCL1 и NEUROD1 взаимоисключается.

Нейроэндокринные опухоли легких имеют тенденцию нести несколько соматических мутаций, таких как генетические амплификации MYCL1, NFIB и SOX2. ASCL1 связывается рядом с этими локусами, что позволяет предположить, что он напрямую регулирует экспрессию этих ключевых онкогенов. Другие цели ASCL1, такие как RET и DLL3 , важны для развития SCLC. Так, RET также является онкогеном при SCLC. Примечательно, что даже при SCLC ASCL1 регулирует компоненты передачи сигналов NOTCH, такие как DLL3 и LNFG, первоначально идентифицированные при развитии нейронов.

Кроме того, противоапоптический BCL2 , по-видимому, сильно экспрессируется и необходим для нескольких нейроэндокринных опухолей легких человека с высоким уровнем ASCL1. Этот белок подавляет активность каспаз, предотвращая высвобождение цитохрома с из митохондрий и / или связываясь с фактором, активирующим апоптоз (APAF-1).
Таким образом, хотя нет сообщений о генетических изменениях в локусах ASCL1 при SCLC, ASCL1 является активатором транскрипции, непосредственно нацеленным на известные онкогены для SCLC. Потеря ASCL1 как драйвера этих онкогенных факторов может частично объяснить потребность в ASCL1 для выживания опухоли.

Секретируемый белок IGFBP5 коррелирует с клетками NE-рака легких, экспрессирующими ASCL1. Более того, IGFBP5 идентифицирован как прямая транскрипционная мишень ASCL1. Поскольку IGFBP5 является мощным ингибитором передачи сигналов IGF-1, терапевтичес -кое воздействие на ASCL1 приводит к подавлению IGFBP5, что, в свою очередь, вызывает гиперактивацию пути передачи сигналов IGF-1, служащего компенсаторным механизмом для поддержания жизнеспособности и пролиферации клеток в этих условиях. Отсюда совместное нацеливание на передачу сигналов ASCL1 и IGF-1R, пока in vitro, приводит к выраженным синергетическим эффектам ингибирования роста в ASCL1 High SCLC.

Также клетки ASCL1 High SCLC очень чувствительны к ингибиторам BET (например, JQ-1). ВЕТ (Bromodomain and extraterminal domain) состоит из повсеместно экспрессируемых BRD2, BRD3 и BRD4 и ограниченного семенниками BRDT и в основном распознает ацетилированный лизин гистона 4. Отметим, что белки BET действуют как каркасы для рекрутирования других белков, локализованы на промоторах и особенно на энхансерах активных генов, участвующих в комплексе Mediator, в качестве основных факторов элонгации (продления) транскрипции.

Клетки человека содержат десятки тысяч активных промоторных областей и энхансерных областей, которые сильно зависят от типа клеток, и несколько сотен суперэнхансеров, которые представляют собой кластеры энхансеров, характеризующихся очень высоким связыванием медиаторных комплексов и основных факторов транскрипции. Транскрипты, ассоциированные с суперэнхансерами, содержат ключевые гены клеточной идентичности и экспрессируются на более высоких уровнях, чем гены, ассоциированные с нормальными энхансерами.

Воздействие на опухолевые клетки ингибиторов BET снижает уровни BRD4 в энхансерах и промоторах на уровне всего генома, но снижение более заметно у суперэнхансеров, и гены, связанные с суперэнхансерами, подвергаются более сильному и быстрому подавлению, чем гены, регулируемые стандартными энхансерами. Эти соединения ингибируют экспрессию ASCL1, нарушая взаимодействие между BRD4 и энхансером ASCL1. Отметим, что JQ-1 снижает экспрессию ASCL1, но не NEUROD1.

[albert52]

Продолжим.

Курение сильно связано с SCLC и плоскоклеточным раком (SCC). Так, отношение аденокарциномы к SCC составляет при раке легких у курильщиков примерно 0,4 по сравнению с 3,4 у никогда не куривших. Около 20 потенциальных канцерогенов из ~ 3500 химических веществ были обнаружены при курении сигарет. Наиболее известными являются полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), в то время как другие включают Ас-арены, дибенз (a, h) акридин, неорганические соединения, такие как кадмий, хром, никель, мышьяк, радиоактивный полоний (Po210) и органические соединения, такие как бутадиен. Нитраты в табаке сводятся к NH2 - и NH3 во время курения. Табак воздушной сушки содержит более высокие концентрации ароматических аминов по сравнению с табаком дымовой сушки.

Сигаретный дым содержит высокий уровень акролеина, который токсичен для ресничных ​​клеток легких, а также других агентов, таких как оксиды азота, ацетальдегид, фенолы и формальдегид, которые могут косвенно способствовать легочной канцерогенности у животных и людей.

SCLCs имеет среднюю частоту мутаций 7,4 несинонимичных мутаций на миллион пара оснований - аналогичную другим табачно-ассоциированным раковым заболеваниям легких. Как уже отмечалось, двуаллельная инактивация TP53 и RB1 почти повсеместна при SCLC .

Метилированные промоторы генов были обогащены сайтами связывания нейрогенных факторов транскрипции NEUROD1, HAND1 (Heart- and neural crest derivatives-expressed protein 1), белка цинкового пальца 423 (ZNF423) и фактора транскрипции, подавляющего RE1 (REST), что можно интерпретировать как свидетельство дефекта нейроэндокринной дифференцировки.

В целом наблюдается общее гипометилирование ДНК в образцах первичного SCLC по сравнению с образцами неопухолевого легкого; однако промоторы, содержащие CpG-островки, как было обнаружено, гиперметилированы в SCLC в большей степени, чем в большинстве типов опухолей, включенных в The Cancer Genome Atlas. Гиперметилированные сайты были сконцентрированы локально в сайтах начала транскрипции, тогда как гипометилированные сайты были распределены диффузно по промоторным областям, что предполагает функциональную роль гиперметилирования в молчании специфичных для рака генов. Выделяют 'фенотип метилирования CpG-островков' (CIMP), причем пациенты с CIMP-положительными опухолями имели худший прогноз, чем пациенты с CIMP-отрицательным заболеванием. Эти данные подтверждают, что клинически значимые подтипы SCLC определяются паттернами метилирования ДНК.

По сравнению с NSCLC, SCLC имеют значительно повышенные уровни:
- рецептора фактора роста KIT;
- антиапоптотического белка Bcl-2 и проапоптотических членов семейства Bcl-2 BIM (Bcl-2-подобный белок 11) и BAX (Bcl-2-подобный белок 4);
- повышенную регуляцию гистон-лизин- N- метилтрансферазы EZH2, фактора ремоделирования хроматина;
- тирозинкиназы WEE1 (является важным привратником контрольной точки G2 / M и вызывает остановку G2 посредством ингибирующего фосфорилирования циклин-зависимых киназ 1 и 2).
- тимидилатсинтазы;
- белков репарации ДНК, включая ферменты поли [АДФ-рибоза] полимеразы (PARP).

К настоящему времени описано 17 структурных ферментов PARP. PARP1 - наиболее широко экспрессируемая изоформа у людей, ее функция заключается в обнаружении и маркировке однонитевых разрывов ДНК (SSB) путем связывания с участком повреждения ДНК и синтеза цепей поли-АДФ-рибозы, которые привлекают множество каркасных белков и ферментов репарации ДНК, чтобы исправить разрыв. PARP1 высоко экспрессируется в образцах SCLC как на уровне мРНК, так и на уровне белка.

Помимо репарации ДНК, этот белок является коактиватором фактора транскрипции E2F1 и участвует в различных клеточных процессах, участвующих в онкогенезе, включая дифференцировку, пролиферацию и трансформацию клеток.

В клетках SCLC отсутствует активность G1 / S-контрольной точки в результате потери p53 и белков (Rb), а WEE1 регулирует контрольную точку клеточного цикла G2 / M, которая необходима для обеспечения целостности генома в таких раковых клетках, и, таким образом, ингибирование этой киназы может привести к митотической катастрофе и апоптозу, особенно в сочетании с терапией, повреждающей ДНК.

EZH2 может предотвращать химиорезистентность и пролиферацию клеток за счет противодействия эпигенетическому молчанию генов, в частности SLFN11. Продукт этого гена является предполагаемой ДНК / РНК-геликазой, принадлежащей к семейству белков Шлафена, которые вызывают остановку клеточного цикла (от немецкого слова Schlafen: «спать»). Она функционирует как контрольная точка клеточного цикла и вызывает летальную остановку S-фазы в ответ на повреждение ДНК. Следует отметить, что экспрессия SLFN11 коррелирует с чувствительностью к повреждающим ДНК агентов (таких как иринотекан, этопозид и цисплатин) в других злокачественных опухолей.

Репрессорный комплекс polycomb 2 (PRC2) представляет собой мультибелковый модифицирующий хроматин комплекс, который ингибирует экспрессию генов, способствуя локальному метилированию гистонов. EZH2 представляет собой ферментативную субъединицу гистон-лизин N -метилтрансферазы PRC2 и опосредует диметилирование и триметилирование гистона H3 лизина 27 (H3K27me2 и H3K27me3).

EZH2 не часто мутируют в SCLC, но уровень их экспрессии в SCLCs выше, чем в любом другом типе опухоли, включенном в Атлас генома рака. Экспрессия гена EZH2 находится под прямым контролем семейства транскрипционных факторов E2F, включая E2F1 (для которого PARP1, сам сверхэкспрессируемый в клетках SCLC, действует как коактиватор).

В целом мелкоклеточный рак как в легких, так и в других органах является интересным примером минимизированных опухолевых клеток, близких по поведению вышеупомянутым мной "лангольерам", и изучение создаваемых им программ функционирования опухолевых клеток интересно с точки зрения механизма и перспектив развития канцерогенеза.

[albert52]

Продолжим.

NE клетки являются первыми эпителиальными клетками, возникающими в легких, и их больше в легких плода и новорожденного, что указывает на их роль в развитии легких. Они происходят из популяции мультипотентных эпителиальных предшественников, маркированных экспрессией основного транскрипционного фактора спираль-петля-спираль (bHLH) ID2. Они могут давать начало всем основным типам респираторных эпителиальных клеток, включая PNECs. Имеющиеся данные свидетельствуют о том, что спецификация судьбы PNEC контролируется перекрестным взаимодействием между генами активатора и репрессора bHLH. Недавние исследования показывают участие множества NOTCH рецепторов в поддержании экспрессии Hes1 и в регуляции размера компартментов NE.

В легких мыши ASCL1 активирует дифференцировку NE, в то время как HES1 репрессирует этот путь, ингибируя образование комплекса ASCL1 / TCF3 и снижая транскрипцию Ascl1. Сообщалось о гиперплазии PNEC после патологических и индуцированных форм повреждения, таких как оксидантный стресс, курение и ожоговые травмы.

NEBs могут обеспечивать уникальное поддерживающее микроокружение для клеток-предшественников. Легкие - это покоящийся орган с очень медленным клеточным обменом, но с устойчивой регенеративной реакцией после травмы. В отличие от классических стволовых клеток, предполагаемые популяции предшественников легких хорошо дифференцированы. Тем не менее, недавние исследования указывают на их замечательную пластичность.

В настоящее время клетки с регенеративной способностью включают базальные клетки, клубные клетки, вариантные клубные клетки, клетки AEC2, BASC и клетки ITGA6 + / ITGB4 + .

Области на плечах хромосом 4p, 4q, 10q, 13q, 16q и 17p демонстрируют высокую частоту потери гетерозиготности (LOH), уникальную для SCLC. RB1 глобально репрессирует сети плюрипотентности в соматических клетках посредством прямого связывания с известными генами плюрипотентности, такими как Oct4 и Sox2 ; последний амплифицируется в 27% случаев SCLC. Следовательно, потеря Rb1 ведет к дерепрессии этих факторов и усилению плюрипотентности, делая клетки более поддающимися репрограммированию, то есть усиливает их пластичность. С другой стороны, EZH2 экспрессируется на высоких уровнях в пролиферирующих нервных стволовых клетках и участвует в поддержании нейрональных предшественников и спецификации клонов. В SCLC они пытаются поддержать идущую вкривь и вкось вследствие мутаций предшественников NE дифференциацию. Кроме того, EZH2, как было установлено, регулирует фенотипический переключатель между базальными и секреторными клетками в легких.

58,8% SCLC, 5,2% аденокарциномы (ADC) и 23,5% тканей плоскоклеточного рака были окрашены положительно на Wnt11. Wnt11 контролирует дифференцировку NE, пролиферацию клеток и экспрессию E-кадгерина. Ascl1 и Wnt11 могут использовать механизм взаимодействия для управления биологией SCLC.

Известно, что многие типы лигандов и рецепторов Wnt взаимодействуют друг с другом, чтобы регулировать специфичные для клеток события передачи сигналов Wnt. Так, неканонический путь важен для регуляции дифференцировки NE и экспрессии E-cadherin и Snail. Он активирует стресс-киназу Jun N-концевую киназу и Rho-связанный белок, содержащий спираль киназы 1, которая инициирует ремоделирование цитоскелета и, в конечном итоге, изменение клеточной адгезии и подвижности при SCLC.

Повышенная регуляция канонического Wnt7b была обнаружена в клетках ADC, тогда как повышенная экспрессия Wnt5a была обнаружена в первичных SCC. SFRP1 , который ингибирует передачу сигналов Wnt путем связывания белков Wnt, снижается под действием Ascl1.

Как я уже говорил, Ascl1 является пионерским фактором «на мишени», который способен распознавать регуляторные элементы своих нейрональных генов-мишеней, даже если они связаны с нуклеосомами. Эта новаторская активность Ascl1 была связана со структурой его ДНК-связывающего домена, который короче, чем у других белков bHLH (например, Olig2, Neurod1, MyoD и Tal1) и, следовательно, вероятно, контактирует с меньшим количеством нуклеотидов в своем месте связывания, что позволяет Ascl1 связываться с этим сайтом, даже если остальные нуклеотиды заняты. В этой деятельности Ascl1 требует коэкспрессии с Sox2, предполагая, что Sox2 необходим для индукции состояния хроматина, разрешающего связывание Ascl1, или, альтернативно, что Sox2 направляет Ascl1 к важным сайтам-мишеням.

Фосфорилирование множественных сериновых остатков в Neurog2 и Ascl1 действует как реостатный регулятор связывания ДНК, предлагая модель, в которой нейрональные предшественники постепенно подавляют активность пронейрального белка за счет последовательности событий фосфорилирования после выхода из клеточного цикла. Сильно фосфорилированные белки способны связывать и активировать только гены-мишени с открытым хроматином, такие как ген лиганда Notch Dll1, в то время как нефосфорилированные белки (в постмитотических кретках) способны связывать и активировать мишени с менее доступным хроматином, такие как гены дифференцировки Neurod1 для Neurog2 и Myt1 для Ascl1 за счет рекрутирования факторов ремоделирования хроматина.

Sox2 / Ascl1 и Sox2 / Neurog2 недостаточны для обеспечения однозначной идентичности нейротрансмиттеров в iNs (индуцированных). В целом, экспрессия генов, связанных с конкретным нейрональным фенотипом, является только индикатором возможного фенотипа NE ( и не только их). Не забудем, что за транскрипцией должна идти трансляция получившейся мРНК, но будет она или нет, решает mTOR1 (см. выше). Вообще, Neurog2 и Ascl1 могут быть достаточными для индукции про-нейрональной программы во время репрограммирования клонов соматических клеток, но недостаточны для определения специфического фенотипа iN.

Кстати, хотя ТС и Ас карциноиды (см.выше) проявляют отчетливую дисплазию клеток, но их NE дифференциация происходит значительно быстрее, чем при SCLC, так как сравнительно менее поврежденные нейрональные предшественники быстрее фосфорилируют Ascl1 и тормозят его пронейрональную активность (чтобы не увлекался).

[albert52]

Продолжим.

Нейроэндокринный рак наблюдается и в простате (NEPK), где он является следствием андрогенной депривационной терапии (ADT), являющейся краеугольным камнем лечения запущенного и метастатического рака простаты. Но прежде чем рассмотреть его особенности поговорим вначале собственно о раке простаты.

Предстательная железа (другое название — простата) представляет собой экзокринную железу с трубчато-альвеолярным строением, присутствующую в мужском организме человека и всех остальных млекопитающих. Человеческая простата находится несколько ниже, чем мочевой пузырь. Через нее проходит в своём начале мочеиспускательный канал. Секрет, который вырабатывает железа, выбрасывается в момент эякуляции. Он разжижает эякулят. Контроль работы простаты совершается посредством гормонов гипофиза, андрогенов, эстрогенов, а также стероидных гормонов.

Простата получила прозвище «второе сердце». Корректность её работы определяет и половую функцию, и правильную работу мочевой системы, и психическое состояние мужчины.

Железа покрыта капсулой, от которой вглубь железы отходят соединительнотканные перегородки. Сама железистая ткань состоит из альвеол, которые сгруппированы в 30-50 отдельных долек. Каждая из долек впоследствии переходит в проток, открытие которого происходит в простатическом отделе уретры.

Железки простаты подразделяются на главные или наружные, подслизистые или промежуточные и слизистые, или внутренние. Главные желёзки залегают в основном в периферической зоне, которая составляет ~75% массы предстательной железы. По направлению к уретре однослойный эпителий концевых отделов простатических желёзок постепенно может сменяться переходным эпителием. Местами эпителий концевых отделов желёзок многорядный призматический. В этом случае он может кроме высоких секреторных клеток содержать и мелкие базальные клетки. Среди них могут располагаться отдельные эндокринные клетки.

Короткоживущие секреторные клетки непрерывно обновляются за счет деления плюрипотентных стволовых и частично эмитированных базальных клеток.

Первичный очаг аденомы возникает не в предстательной железе, а в периуретральных железках на границе шейки мочевого пузыря и семенного бугорка. При этом центрально-уретральный отдел предстательной железы и парауретральные железы представляют собой как бы единое целое. Отметим, что эстрогены и андрогены имеют в предстательной железе свои зоны влияния. Для эстрадиола — это центральная-уретральная зона, а зона влияния тестостерона находится на периферии предстательной железы, где обычно и возникает рак предстательной эелезы (РПЖ).

Снижение функции половых желез у мужчин возникает в пожилом или даже среднем возрасте, однако оно является все-таки не столько физиологическим, сколько патологическим процессом. Снижение функции половых желез стимулирует гиперпродукцию гонадотропинов гипофизом. Первое время потеря части половых гормонов, продуцируемых яичками (в норме они составляют 1/3), компенсируется повышенной секрецией половых гормонов коры надпочечников. По мере нарастания дефицита андрогенов яичка возрастает и гиперпродукция гонадотропинов гипофизом. В конечном итоге гормональный баланс нарушается в сторону преобладания эстрогенов.

Циркулирующий с кровью тестостерон превращается в ткани простаты в дигидротестостерон под действием фермента 5-а-редуктазы, располагающегося в ядрах клеток. Сам тестостерон при этом связывается с цитоплазматическим рецептором и проникает в клеточное ядро. После фиксации комплекса на ДНК дигидротестостерон способствует размножению клеток и синтезу белков. В то же время другой фермент — ароматаза—часть тестостерона превращает в эстрадиол, который тоже обладает сильным пролиферативным воздействием и ведет к образованию и росту аденомы. Дисгормональная природа аденомы (ДГПЖ - доброкачественной гиперплазии предстательной железы), таким образом, в большей степени обусловлена снижением функции половых желез и преобладанием эстрогенов в гормональном балансе мужчины.

Образовавшаяся доброкачественная опухоль — аденома — сдавливает собственно предстательную железу, превращая ее в тонкую пластинку — хирургическую капсулу. После аденомэктомии ( операция заключается в удалении (вылущивании) опухоли) прекращается давление на хирургическую капсулу. Ткань ее постепенно восстанавливается, и спустя 6—7 мес при ректальном исследовании определяется предстательная железа нормальных размеров и консистенции.

Гистологическая структура удаляемой доброкачественной опухоли, по данным большинства патологоанатомов, всегда рассматривалась как аденоматозная ткань с включением соединительной ткани и мышечных волокон, выраженным в разной степени. Аналоги таких новообразований имеются и в гинекологии — фибромиома матки, которая так же, как и ДГПЖ может иметь тяжелое клиническое течение, хотя и несколько меньше угрожает жизни больной.

При жизни увеличение предстательной железы, рассматриваемое, как АПЖ, выявляется у каждого 6—7-го мужчины старше 50 лет. При аутопсии мужчин старше 60 лет ДГПЖ обнаруживается в каждом третьем случае.

Заболевание имеет повсеместное распространение, но есть и исключения. Больных с ДГПЖ почти нет в Японии и Китае, у чернокожих африканцев. Существует мнение, что это в какой-то степени объясняется характером питания, преобладанием в этих странах в рационе людей растительных жиров, нелущеного риса.

Размеры АПЖ коррелируют с массой. Малой считается аденома до 30 г, средней — до 70 г, большой — до 250 г. Возможны и гигантские ДГПЖ. Аденома вызывает затруднение мочеиспускания, обусловленное сдавлением предстательной части уретры, часто уже на ранней стадии заболевания.

В отличие от доброкачественной гиперплазии простаты (аденомы предстательной железы), когда признаки достаточно выражены, рак простаты возникает из наружной зоны железы и растет очень медленно, не вызывая никаких жалоб. На запущенных стадиях рака предстательной железы могут возникать боли при мочеиспускании, частые позывы и затруднение мочеиспускания.

Однако, хотя на сегодняшний день считается, что прямой зависимости между ДГПЖ и РП нет, у большинства пациентов пожилого возраста выявляются оба эти заболевания. Случаи рака без ДГПЖ встречаются достаточно редко. Даже если железа не увеличена по данным различных аппаратных исследований (УЗИ, компьютерная или магнитно-резонансная томография), то на микроскопическом уровне всегда определяются признаки гиперплазии.

[albert52]

Продолжим.

Микроскопические очаги опухоли находят у 30% мужчин от 50 до 60 лет, но заболевание с клиническими проявлениями редко возникает у мужчин до 50 лет (обычно у людей с плохой наследственностью) и вместе с увеличением возраста резко возрастает заболеваемость.

Выявлены три стадии развития РП человека:
(а) интраэпителиальная неоплазия, которая может рассматриваться как предраковое состояние, характеризующееся гиперплазией просветных клеток и прогрессирующей потерей базальных клеток;
(б) аденокарцинома андроген-зависимая (подразделяется на две стадии: латентная аденокарцинома и клиническая), характеризующаяся полной потерей базальных клеток и сильным люминальным фенотипом секреторных клеток с разной степенью клеточной атипии; на этой стадии опухоль является андроген-зависимой, и ее рост можно контролировать с помощью андрогенной депривации;
(в) аденокарцинома, не зависящая от андрогенов (или устойчивая к кастрации), которая представляет собой дальнейшую эволюцию аденокарциномы.

Для клинических целей гистологическая оценка этих опухолей выражается в баллах по шкале Глисона: балльная система, которая оценивает, насколько биоптический образец простаты похож на нормальную предстательную железу (низкий балл, 1 соответствует нормальному состоянию) или является откровенно онкогенным (высокий оценка 5 соответствует отсутствию нормальных желез и наличию пластов откровенно аномальных опухолевых клеток); между этими двумя крайними степенями существуют промежуточные степени, характеризующие переход от нормальной структуры ткани к прогрессирующей потере тканевых желез и приобретению клеточной атипии (не вдаюсь в подробности).

Поздние стадии заболевания характеризуются появлением метастазов, обогащенных маркерами базальных и стволовых клеток, при этом GP4 на 82% схож с метастатическими поражениями. Мутации в пути TP53 наблюдались только в GP4 и метастазах.

Неметастатический рак предстательной железы имеет в среднем 0,7 мутации на мегабазу (Мб), что является относительно низким значением по сравнению с другими опухолями, такими как молочная железа (1,2 Мб / Мб), колоректальный (3,1 на Мб) или меланома (12,1) за Мб. Однако, несмотря на относительно небольшое число мутационных событий, рак предстательной железы характеризуется высоким уровнем нестабильности генома и хромосомных перестроек. Так, гипермутационные опухоли связаны с фенотипической нестабильностью и потерей функции генов репарации несоответствия ДНК MSH2 и MSH6 посредством мутации или эпигенетического молчания.

Впрочем мутации присутствуют на достаточно высоких уровнях в морфологически нормальной ткани, отдаленной от рака, отражая экспансию клонов, что указывает на то, что мутационные процессы, действующие в опухолевых узлах, были также в нормальной ткани. Наиболее очевидным объяснением этого феномена является то, что в ткани предстательной железы создается онкогенное поле, влияющее на нормальную ткань предстательной железы, или что нормальные клетки предстательной железы подвергаются процессу соматического мозаицизма с высокой частотой мутаций.

Полевые эффекты были описаны также для других опухолей, таких как колоректальный рак, рак молочной железы, рак головы и шеи и рак ротовой полости.

Было подсчитано, что у 80% мужчин, перенесших радикальную простэктомию по поводу клинически локализованного заболевания, рак простаты является многоочаговым. Отдельные опухолевые очаги из той же опухоли подвергали полному секвенированию генома, не обнаруживая общих изменений числа копий генов и очень мало общих точечных мутаций между опухолевыми очагами, что подтверждает существование поликлонального заболевания. Обнаружена также значительная внутриопухолевая и межопухолевая гетерогенность.

Эти результаты имеют важные последствия на двух разных уровнях:
(а) диагностический анализ на основе биопсии может пропустить некоторые генетические изменения, что приводит к неправильной классификации опухоли на молекулярном уровне, что исключает оптимальное лечение, особенно с использованием новых целевых агентов;
( б) оценка вклада различных клонов в развитие опухоли.

Протоковая аденокарцинома является гистологическим подтипом рака предстательной железы с большими железами, выстланными высоким столбчатым псевдостратифицированным эпителием. Как правило, он связан с ацинарным раком и встречается у 3–6% случаев рака предстательной железы (только у 0,2% - чистая морфология протоков) и вызывает заболевание, более агрессивное, чем ацинарный рак, и связан с более высокой стадией и риском рецидива и смертности.

На агрессивность рака предстательной железы на молекулярном уровне влияют такие изменения как:
- потеря PTEN, CDH1 и BCAR1 и усиление MYC ( экспрессия CDH1 необходима для эффективного рекрутирования AR на уровне чувствительных генных промоторов );
- мутации зародышевой линии в гене-супрессоре опухоли BRCA2 (наследственная предрасположенность);
- точечные мутации TP53 , SPOP и FOXA1 . Белок SPOP взаимодействует с коактиваторами стероидных рецепторов p160 (SRC-3) и способствует их убиквитинированию и деградации ;
- изменения числа копий генов (амплификация или потеря);
- повышенное метилирование некоторых генов.
Отметим, что только меньшинство опухолевых очагов может быть классифицировано молекулярно, но при этом> 75% мутаций были субклональными.

В заключение, исследования на геномном и молекулярном уровнях определили гетерогенность опухоли как ключевое биологическое свойство рака предстательной железы, способствуя значительной сложности в диагностике, прогнозировании и лечении этих опухолей. Впрочем, с гистопатологической точки зрения, рак предстательной железы достаточно гомогенный, так как подавляющее большинство случаев соответствует ацинарной аденокарциноме, тогда как другие гистотипы (такие как протоковая аденокарцинома и муцинозный рак) редки.

Также метастатический рак предстательной железы, несмотря на его постоянную молекулярную гетерогенность, на уровне одного пациента вначале клонально однороден: то есть, у одного пациента клонально связаны различные метастазы. В этом отношении он напоминает рак предстательной железы ( в нем также достаточно гипоксичных опухолевых клеток).

После начала метастазирования опухолевые клетки претерпевают клональную эволюцию и непрерывно меняют свои свойства в процессе пересева метастаз в первичный очаг и метастаз в метастаз. Эти обмены опухолями способствуют процессу, увеличивающему гетерогенность опухолей и конкуренцию между различными клонами в зависимости от их микроокружения. Приблизительно у 50% субъектов при вскрытии наблюдается поликлональный посев в нескольких метастатических участках, что соответствует процессу, когда несколько генетически различных субклонов колонизируют один метастатический участок. Впрочем гетерогенность опухоли уменьшается, когда формирующийся клон обладает высоким потенциалом для локального и удаленного метастазирования и способен выживать при лечении рака.

Еще добавим, что метастатический процесс не всегда одинаково происходит по индексу Глисона; он может также происходить из небольших вторичных очагов, не связанных с индексом (не были выявлены).