Новая теория рака. 2-ая редакция

[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).

[albert52]

Продолжим.

Передача сигналов рецепторами андрогенов (AR), опосредованная тестостероном и 5α-дигидротестостероном, является ключевой для развития и прогрессирования РПЖ до запущенной формы заболевания. Развивающаяся опухоль длительное время остаётся способной реагировать на гормональное воздействие аналогично интактному органу.

При раке предстательной железы аномалии генов были обнаружены в виде однонуклеотидных вариантов (SNV), небольших вставок или делеций, перегруппировок, аберрантного метилирования и изменений в количестве копий генов. Специфические мутационные процессы изменялись во время эволюции опухоли с увеличением доли мутаций, связанных с дефицитом гомологичной рекомбинационной репарации; этот факт подтверждается заметным увеличением количества BRCA- мутантных опухолей, наблюдаемых при метастатических поражениях.

Мутации при слиянии SPOP и ETS возникают на ранних стадиях развития рака и являются исключительно клональными; потеря CHD1 и BRCA2, по- видимому, является ранним событием в развитии ETS слитно-негативного рака предстательной железы. Опухоли, инициированные событием слияния ETS, показывают увеличение 8q ( MYC ) и потерю части хромосомы 10, несущей PTEN, как очень ранние события, в то время как опухоли, которые не были инициированы перестройками ETS, показывают как ранние события потерю областей 13 хромосомы ( RB1 и BRCA2 ) .

Хромосомные перестройки активируют членов семейства транскрипционных факторов ETS, таких как ERG. Наиболее частые из этих перестроек создают слитый ген TMPRSS2-ERG , наблюдаемый у ~ 15% интраэпителиальной неоплазии простаты и у ~ 50% локализованного рака простаты: эта генетическая аномалия может представлять собой раннее событие, предрасполагающее к прогрессирование опухоли. Образование этого слитого гена определяет экспрессию усеченного на N-конце белка ERG под контролем андроген-чувствительного промотора TMPRSS2 (трансмембранной изоформы 2 сериновой протеазы).

Частота слияния TMPRSS-ERG значительно различается в разных этнических группах: кавказская (50%), афроамериканская (30%) и азиатская (20%) и связана с активностью рецепторов андрогенов (я о нечто подобном писал раньше). Пациенты с ранним началом заболевания характеризуются более высокой экспрессией AR, и около 90% этих пациентов имели слияния ERG и делеции AR ко-репрессора NCOR.

У пациентов с TMPRSS2-ERG наблюдается повышенная андроген-регулируемая экспрессия генов и измененный внутриопухолевый метаболизм андрогенов, что демонстрируется снижением концентрации тестостерона и повышенным соотношением дигидротестостерона (DHT) / тестостерона.

Другие частые хромосомные перестройки включают другие гены семейства транскрипции ETS, такие как ETV1. В случае гена ETV1 5'-партнеры слияния являются более гетерогенными: TMPRSS2 , SCL45A3 и ACSL3; Эти партнеры по слиянию являются андроген-чувствительными генами.

Предполагают, что ETV1 , а не ERG, усиливает экспрессию генов-мишеней AR и генов, участвующих в биосинтезе и метаболизме стероидов. В любом случае эти молекулярные события активируют онкогенную программу, предрасполагающую клетки простаты к сотрудничеству с другими онкогенными событиями, такими как потеря PTEN , что приводит к более агрессивному развитию опухолей (см. выше).

При метастазах в 85% опухолей обнаружены либо активирующие мутации андрогеновых рецепторов, амплификации андрогенных рецепторов, либо предполагаемые амплификации областей энхансерных рецепторов андрогенов. В целом, мутационная нагрузка была выше у мужчин, получавших терапию андрогенной депривацией, чем у пациентов, не получавших лечение; более того, в метастазах наблюдалось больше хромосомных перестроек, чем в первичных опухолях. Процент измененного генома в этих опухолях варьировался от 7% до 47% (в среднем 23%); средняя частота мутаций составила 4,1 мутации / Мб, что намного выше, чем при первичном раке. Примерно 40% этих опухолей были триплоидными.

Двуаллельная инактивация BRCA2 тесно связана с уровнем делеций, в то время как двуаллельная инактивация CDK12 была связана со значительным увеличением тандемных дупликаций. Кроме того, инактивация TP53 была событием, наиболее значимо связанным с инверсионными перестройками и наличием хромотрипса.

Существующее мнение предполагает, что хромосомные перестройки происходят постепенно с течением времени, но недавние исследования показывают, что в некоторых опухолях многие геномные перестройки, включающие только одну или несколько хромосом, могут происходить при однократном клеточном кризисе, что приводит к раку, вызывающему множественные молекулярные аномалии. Недавние исследования показывают, что это явление, известное как хромотрипс, может возникать при раке простаты. Хромотрипс может рассматриваться как пунктуальное прогрессирование к андрогенной независимости.

Хромотрипсис представляет собой паттерн сложной хромосомной перестройки, на который влияет ряд структурных вариантов точек разрыва, обычно> 100, которые плотно сгруппированы в основном в одном или нескольких хромосомных плечах. Так возникает множество сложных слитых транскриптов, каждый из которых содержит последовательности из трех разных генов, происходящих из разных частей генома.

Статистический анализ показал, что эти сложные перестройки вряд ли происходят независимо и вместо этого могут развиваться из скоординированного и одновременного молекулярного события. Ансамбль этих сложных серий генетических событий был назван «хемоплексией» и, по-видимому, отвечает за скоординированную дисрегуляцию многих генов рака простаты.

По сути, хромоплексия является расширенной версией сбалансированных транслокаций, которые переставляют участки несколько хромосом, а не двух хромосом, как в сбалансированных транслокациях мейоза. Хромоплексирующие механизмы часто разрушают гены-супрессоры опухоли и активируют онкогены путем образования слитых генов, например TMPRSS2-ERG. Распространенность хромоплексии при метастатическом раке предстательной железы составляет ~ 90%.

Общая нагрузка CNA (соматических изменений числа копий), определяемая как процент опухолевого генома, пораженного CNA, была связана с биохимическим рецидивом и метастазированием после операции, независимо от уровня PSA или степени Глисона. Отметим еще, что потери числа копий и события гиперметилирования ДНК являются более клональными, чем прирост числа копий и гипометилирование ДНК (события клонального удаления или гиперметилирования включали известные гены-супрессоры опухолей, такие как PTEN , TP53 или GSTP1 ).

Интересно, что изменение числа копий является прогностическим фактором рецидива и для многих других солидных опухолей.

[albert52]

Продолжим.

Устойчивость к ADT возникает благодаря множеству механизмов, включая конститутивно активную передачу сигналов AR через варианты сплайсинга AR, лиганд-независимую активацию AR, амплификацию, сверхэкспрессию и / или мутации в гене AR. Кроме того, сообщается, что глюкокортикоидные рецепторы (GR) сверхэкспрессируются у пациентов, получавших антиандрогенную терапию (абиратерон или энзалутамид), и предполагается, что экспрессия GR позволяет обходить блокаду AR из-за его функционального сходства.

Хотя все опухоли простаты изначально зависят от передачи сигналов AR, у большинства пациентов, которым вводят ADT, развивается нечувствительная к андрогенам форма РПЖ, также известная как устойчивый к кастрации рак простаты (CRPC) - признак прогрессирующего заболевания. Опухоли CRPC развивают резистентность за счет фенотипического сдвига от эпителиальных клеток просвета к базально-подобным клеткам, чему способствует пластичность клеток.

FОXA1 является пионерским фактором, который открывает компактный хроматин для облегчения связывания других транскрипционных факторов, таких как AR и рецептора эстрогена. FOXA1 необходим для активации простат-специфической экспрессии генов, и он играет двойную роль в определении транскрипционной программы AR. Так, в среде с низким уровнем андрогенов FOXA1 действует в качестве ключевого подавителя остаточной передачи сигналов AR, а потеря FOXA1 приводит к аберрантной активации AR и прогрессированию CRPC.
На уровне мРНК наблюдается начальное увеличение FOXA1 от доброкачественной формы до первичного ПК, но снижение FOXA1 после того, как заболевание переходит в статус CRPC. При FOXA1-нокдауне наблюдается клеточная трансформация, репрезентативная для эпителиально-мезенхимального перехода (EMT) и дедифференцировки клеток к нейроэндокринному фенотипу. Механистически это вызвано, по крайней мере частично, индукцией IL-8 и SLUG, которые оба являются известными мишенями трансформационного фактора роста β (TGF-β).

Напомню, что путь TGF-β содержит 3 лиганда (TGF-β1, -β2, -β3), которые связываются с TGF-β-рецептором 2 киназы рецептора клеточной поверхности (TGFBR2). После активации TGFBR2 рекрутирует и фосфорилирует рецептор TGF-β 1 (TGFBR1); как ген он сильно репрессируется FOXA1. Отметим, что в дополнение к TGFB3 FOXA1 репрессирует многие гены сигнального пути TGF-β.

В ПК TGF-β-индуцированная экспрессия виментина связана с биохимическим рецидивом; в частности, активация TGF-β3 оказывает сильное влияние на миграционное и инвазивное поведение клеток ПК. Такие результаты способствовали сильному интересу к терапевтическому нацеливанию на этот путь при CRPC; так, моногидрат LY2157299 (также называемый галунизертиб), ингибитор киназы TGF-β-рецептора I, ингибирует фосфорилирование SMAD (pSMAD), обращает EMT и снижает подвижность опухолевых клеток, и может быть эффективным также при гепатоцеллюлярной карциноме. При этом наблюдается реэкспрессия E-кадгерина в мембрану, сопровождающаяся восстановлением морфологии эпителия.

Фактор транскрипции GATA2 является главным регулятором, который обеспечивает агрессивность на всех стадиях рака простаты. При AR-экспрессирующем раке простаты GATA2 действует как пионерный фактор транскрипции, который управляет экспрессией андроген-зависимых генов, выполняя трехуровневую роль: во-первых, путем связывания с ARE в ответ на андрогены; во-вторых, физически активируя хроматин в элементах энхансера AR; и, наконец, путем подбора MED1 комплекса, который необходим для построения и поддержания регуляторных петель хроматина между AR энхансерами и промоторами. Более того, GATA2 дополнительно способствует функции AR, обеспечивая его связывание с энхансерами PSA , TMPRSS2 и PDE9A.

Белок, кодируемый геном PDE9A, катализирует гидролиз цАМФ и цГМФ до их соответствующих монофосфатов. Белок играет роль в передаче сигнала, регулируя внутриклеточную концентрацию этих циклических нуклеотидов. Для этого гена было обнаружено множество вариантов транскриптов, кодирующих несколько различных изоформ.

Измененная передача сигналов AR является наиболее заметным механизмом роста и прогрессирования клеток рака простаты на протяжении резистентной к кастрации стадии, а GATA2 непосредственно вносит вклад в прогрессирование CRPC, поддерживая передачу сигналов AR и транскрипционную активность.

В качестве главного регулятора сверхэкспрессия GATA2 связана с устойчивостью к химиотерапии и прогрессированием до летальных стадий заболевания через регуляцию набора критических генов, связанных с раком, включая IGF2 и POM121. Так, GATA2 регулирует экспрессию IGF2 посредством прямого связывания с его промоторами, а инсулиноподобный фактор роста 2 (IGF2) проявляет структурную гомологию с инсулином и может активировать как рецептор инсулиноподобного фактора роста 1 (IGFR1), так и рецептор инсулина (INSR), которые, в свою очередь, активируют передачу сигналов PI3K и MAPK4 и далее вниз по сигнальному пути.

POM121, др. ключевой нижестоящий элемент GATA2, является нуклеопорином, играющим важную роль в структурной конформации комплекса ядерных пор. Аберрантный ядерно-цитоплазматический транспорт долгое время был связан с раком, и несколько нуклеопо -ринов были идентифицированы как драйверы киназ или регуляторы экспрессии генов и хроматина. Действительно, POM121 был идентифицирован как ключевой регулятор ядерно-цитоплазматического транспорта онкогенных факторов MYC и E2F1 и простато -специфичных факторов транскрипции AR и GATA2 при агрессивном раке простаты через его взаимодействие с импортином-β. Важно отметить, что комбинированная терапия доцетакселом и митоксантроном плюс импортазол, фармакологическим ингибитором оси POM121-импортин-β, повторно сенсибилизирует опухолевые клетки к химиотерапии.

Многие другие нижестоящие молекулярные пути влияют на устойчивость к таксанам и гормональной терапии. Напр., преобразователь сигнала и активатор транскрипции 1 (STAT1), фактор транскрипции, который перемещается из цитоплазмы в ядро ​​клетки и опосредует несколько важных клеточных процессов, сверхэкспрессируется в устойчивой к доцетакселу клеточной линии. Повышенные уровни STAT1 коррелируют с увеличением кластерина, который является антиапоптотическим белком, защищающим клетку от проапоптотических триггеров, индуцированных доцетакселом, что предполагает, что STAT1-кластерин-зависимый механизм может опосредовать устойчивость к доцетакселу.

Ряд других путей также, по-видимому, участвует в передаче сигналов при раке простаты. Напр., связанный с рецептором ретиноевой кислоты орфанный рецептор-γ (RORγ) сверхэкспрессируется и амплифицируется в метастатических опухолях CRPC и управляет экспрессией AR. HER2 (также известный как ERBB2; член семейства рецепторов эпидермаль -ного фактора роста (EGFR)) является классическим регулятором роста и пролиферации клеток, в частности, при прогрессировании рака простаты у пациентов с низким уровнем андрогенов; HER2 активирует несколько нижестоящих сигнальных путей, включая MEK, ERK и PI3K – AKT.

Уровни как HER2, так и EGFR1 (также известного как HER1) повышаются по мере прогресси -рования рака простаты и связаны с плохим прогнозом и андроген-независимой активацией AR. Таким образом, лапатиниб, двойной ингибитор EGFR и HER2, используемый для лечения HER2 + метастатического рака груди, был предложен в качестве подходящего кандидата для лечения рака простаты.

Кроме того, существует реципрокная связь между клетками РПЖ и клетками микроокружения опухоли (TME), например тучными клетками, макрофагами, стромальными клетками костного мозга (BMSC) и фибробластами, связанными с раком (CAFs), и эти взаимодействия имеют решающее значение для прогрессирования РПЖ, включая t-NEPC. Как и при других опухолях, при раке простаты наблюдается инфильтрация Т-лимфоцитами; однако общий иммунный ответ нарушен из-за присутствия TGFβ, IL-10 и других иммунодепрессантов.

Классический пример клональной пластичности наблюдается при метастатическом раке простаты, леченном антиандрогенной терапией, который рецидивирует с морфологическими особенностями нейроэндокринной карциномы. Эти опухоли, классифицируемые как нейроэндокринный рак простаты (t-NEPC), характеризуются мелкоклеточной морфологией и положительным окрашиванием на нейроэндокринные маркеры, экспрессией AR от низкой до отсутствующей, а также секрецией нейропептидов и других факторов роста, которые позволяют им выжить и поддерживать плохой ответ на терапию. Считается, что использование более мощных ADT влияет на частоту t-NEPC.

Развитие NEPC происходит у ~ 25% пациентов с мКРРПЖ (кастрационно-рефрактерным раком), получавших антиандрогенную терапию, и нечасто у пациентов с первичными опухолями (~ 1%). Поскольку низкая или отсутствующая экспрессия AR является признаком агрессивного рака простаты, NEPC может возникать в процессе дивергентной эволюции, в которой предшественник с низким содержанием AR выбирается с помощью терапии, чтобы в конечном итоге прогрессировать до нейроэндокринного фенотипа.

[albert52]

Продолжим.

Существует две концептуальных стадии прогрессирования NEPC: (1) адаптивный ответ на лечение посредством приобретения NE-подобного фенотипа AR-положительной аденокарциномы и (2) инициация клеточной пролиферации. Небольшие очаги злокачественных клеток с NE-подобным фенотипом можно наблюдать почти во всех опухолях аденокарциномы, предполагая, что большинство опухолей способны достичь начальной стадии. Однако вторая стадия, по-видимому, требует отчетливой геномной аберрации, позволяющей злокачественную адаптацию к нейронной нише.

Сравнение молекулярных профилей NEPC и AR-управляемого CRPC с использованием всего экзомного секвенирования показало значительное геномное перекрытие, несмотря на заметные клинические и патологические различия этих типов опухолей, что указывает на дивергентный механизм клональной селекции клонов. Например, потеря RB1 была обнаружена у 70% аденокарцином NEPC и 32% аденокарцином CRPC, потеря TP53 была обнаружена в 66,7% NEPC и 31,4% аденокарциномах CRPC, а одновременная потеря RB1 и TP53 была обнаружена в 53,3% аденокарциномы NEPC и 13,7% аденокарциномы CRPC.

Эти изменения в сочетании с подавлением экспрессии AR могут привести к активации плацентарного гена PEG10, рассматориваемого как потенциальную движущую силу и терапевтическую мишень для NEPC. PEG10 весьма необычен , поскольку обладает двумя стартовыми кодонами и двумя рамками считывания, контролируемыми сигналом сдвига рамки считывания -1 рибосом, позволяющим «пропускать» стоп-кодон. Эта сложность унаследована от предка ретротранспозона, и хотя способность транспозона была потеряна за последние 120 миллионов лет, PEG10 сохраняет способность самоотщепляться, очевидно гомологичным образом, с ВИЧ.

PEG10 необходим для развития плаценты, и в настоящее время наблюдается большой интерес к реактивации плацентарных генов и генов развития при раке, учитывая присущие им «онкогенные» свойства тканевой инвазии и иммунного уклонения плаценты. Раковые клетки в условиях лечебного стресса должны перепрограммировать свой транскриптом, чтобы проявлять новые биологические свойства и адаптироваться к другому микроокружению, и реактивация плацентарных генов (у мужчин) предлагает привлекательное решение.

Эпигенетическая модуляция, вероятно, играет роль в нейроэндокринной трансдифференцировке, а не в линейной прогрессии соматических мутаций. Этот элегантный механизм устойчивости к лекарствам существует в нескольких типах опухолей. В опухолях легких, EGFR-мутантные аденокарциномы, как известно, меняют фенотип и рецидивируют как мелкоклеточные карциномы после терапии анти-EGFR. При меланоме переключение фенотипа также, как полагают, происходит после ингибирования BRAF, что придает опухоли свойства роста и инвазии.

SOX2 является главным регулятором плюрипотентных эмбриональных стволовых клеток и мультипотентных нейральных клеток-предшественников и при раке простаты действует как маркер нейроэндокринной дифференцировки и индукции ЭМП, который поддерживает его роль в качестве движущей силы пластичности. Интересно, что AR прямо репрессирует при раке простаты экспрессию SOX2 и потеря передачи сигналов AR, следовательно, параллельна увеличению экспрессии SOX2, которая, в свою очередь, поддерживает прогрессирование опухоли. EZH2 и SOX2, вероятно, будут работать вместе, чтобы управлять пластичностью клонов в CRPC и переключением фенотипа в сторону NEPC.

Репрессор транскрипции REST (Repressor Element-1 Silencing Transcription factor) является ключевым модулятором нейронального эпигенома. Усиление REST защищает от преждевременного истощения нервных стволовых клеток, гипервозбудимости нейронов, окислительного стресса и дисфункции нейроэндокринной системы. При переходе к клетке-предшественнику REST деградирует до уровней, достаточных для поддержания хроматина нейронального гена в неактивном состоянии, которое, тем не менее, готово к экспрессии. Когда предшественники дифференцируются в нейроны, REST и его корепрессоры диссоциируют от сайта RE1, запуская активацию нейрональных генов.

Потеря REST, вероятно, высвобождает ONECUT2, который, в свою очередь, подавляет FOXA1 и запускает программу транскрипции, независимую от передачи сигналов AR, что в конечном итоге приводит к приобретению нейроэндокринного фенотипа. Так, выявлено 120 генов, активируемых ONECUT2, и 25 из них связаны с путем гипоксии, что указывает на то, что ONECUT2 регулирует индуцированную гипоксией экспрессию генов в клетках NEPC путем регулирования связывания HIF1α с хроматином.

Замечу, что подавление REST обычно наблюдается в NEPC путем активации фактора РНК сплайсинга SRRM4. Примечательно, что SRRM4 является наиболее устойчиво подавляемым фактором сплайсинга во всех типах опухолей, что подразумевает общее преимущество подавления микроэкзона для рака независимо от ткани его происхождения.
Микроэкзоны - это чрезвычайно маленькие экзоны (длиной от 3 до 27 нуклеотидов), которые высоко эволюционно консервативны и играют решающую роль в обеспечении дифференцировки и развития нейронов. Включение микроэкзонов в транскрипты мРНК опосредуется фактором сплайсинга SRRM4, экспрессия которого в значительной степени ограничена нервными тканями. Низкая экспрессия SRRM4 за пределами мозга дополнительно снижается в опухолях, и, как я сказал, SRRM4 является наиболее постоянно подавляемым фактором сплайсинга в опухолях по различным типам тканей (к NEPC это не относится).

BRN2 подобно ONECUT2 является фактором нейральной транскрипции POU-домена; он также экспрессируется в мелкоклеточной карциноме легких, в которой он играет роль в прогрессировании опухоли, действуя как вышестоящий над Ascl1 регулятор, и в меланоме, в которой он обеспечивает инвазивность и миграцию. При раке простаты BRN2 взаимодействует с SOX2 и вместе они действуют как движущие силы нейроэндокринной дифференцировки.

Сигнальные каскады, которые управляют нейроэндокринной дифференцировкой и / или пластичностью клеток, значительно перекрываются. Напр., экспрессия маркеров TROP2 и CD49, которые определяют пластичность базальных клеток, также высока в NEPC. Кроме того, принудительная экспрессия фактора транскрипции SNAIL, индуктора EMT, способствует нейроэндокринному фенотипу в клетках рака простаты.

ЕМТ - это переходный процесс; промежуточные фенотипы, вероятно, будут наиболее связаны со стволовыми признаками, тогда как прогрессирование к дефинитивному мезенхимальному фенотипу вредно для способности клеток инициировать опухоль, а также для их свойств инвазии и пролиферации. Поддержание передачи сигналов AR необходимо для торможения EMT, а депривация андрогенов вызывает EMT, дополнительно снижая способность клеток реагировать на ADT.

STAT3 интегрирует различные сигнальные пути, участвующие в дифференцировке NEPC, индукции EMT и поддержании популяций CSC. В самом деле, активация STAT3 с помощью IL-6 в контексте истощения андрогенов была связана с приобретением стволовых свойств, а также с нейроэндокринной дифференцировкой клеток рака простаты.

Новое перекрестное взаимодействие между AR и сигнальными путями EGF-SRC также было связано с индукцией EMT в опухолях с TMPRSS2-ERG. Этот механизм происходит посредством модуляции miR-30b, супрессора опухолей, который, когда он подавляется, приводит к индукции ERG и EMT, несмотря на отсутствие андрогена.

В эксперименте после кастрации и до рецидива - группа BMI1 + SOX2 + клеток рака простаты претерпевают временное переключение фенотипа в сторону более недифференцированного состояния, которое характеризуется экспрессией базальных маркеров CK14 + и p63 + и сверхэкспрессией SOX2. Отметим, что BMI1 (PCGF4) принадлежит к группе Polycomb и участвует в эпигенетической регуляции генов в ядре клетки .

Все эти процессы, вероятно, могут быть интегрированы в континуум клеточной пластичности, в котором существуют промежуточные фенотипы, что объясняет, почему нейроэндокринные и стволовые фенотипы связаны на молекулярном уровне. Многие из этих процессов, по-видимому, управляются факторами транскрипции, многие из которых также вызывают устойчивость к антиандрогенной и таксановой терапии. В частности примерами таких являются EZH2 и SOX2, которые участвуют в эпигенетическом перепрограммировании.

Обнаружение AR-V7 в циркулирующих опухолевых клетках, цельной крови и внеклеточных везикулах поможет выбрать пациентов, которые не будут реагировать на антиандрогенную терапию и которым могут быть полезны другие варианты терапии, принимая во внимание процесс перестройки клеток при рассмотрении того, какой терапевтический вариант использовать.

[albert52]

Продолжим.

Распределение нуклеосом вдоль генома определяет доступность факторов транскрипции (ТФ) для конкретных последовательностей ДНК. Хотя большинство ТФ не могут получить доступ к закрытым структурам хроматина, новый класс ТФ, определенных как факторы-пионеры, может распознавать свою целевую последовательность ДНК даже внутри компактного хроматина. Однако пионерные факторы не имеют неограниченного доступа к хроматину; они проявляют характерные для клеточного типа паттерны связывания и исключены из структур хроматина более высокого порядка, таких как гетерохроматин.

Параллельно с факторами-первопроходцами архитектурные белки представляют собой другой класс белков, которые, несмотря на отсутствие внутренней транскрипционной активности, способны модулировать транскрипцию своих генов-мишеней, изменяя структуру хроматина в областях промотора и / или энхансера.

Архитектурные белки обеспечивают плотность нуклеосом для контроля транскрипции. Длина нуклеосомного повтора (NRL) - это параметр, который описывает важный аспект структуры хроматина: плотность нуклеосом. NRL определяется как среднее расстояние между двумя центрами нуклеосом. Хотя NRL различается в разных тканях, кажется, что каждый тип клеток имеет свою собственную сигнатуру NRL.
Линкер гистон H1 влияет на NRL, изменяя плотность нуклеосом и / или расстояние между нуклеосомами, таким образом мотивы для TF маскируются или выставляются, позволяя другим TF получить доступ к открытым регуляторным элементам для активации генов, связанных с раком.

Сами раковые клетки часто лишены сигналов терминальной дифференцировки, указывая тем самым, что специфичные для клонов клеточные программы подавляются. Плохо дифференцированные раковые клетки демонстрируют повышенную экспрессию факторов, связанных с плюрипотентностью. Наиболее хорошо изученными факторами плюрипотентности являются POU5F1 (гомеобокс 1 POU класса 5, также известный как OCT4), SOX2, KLF4 (фактор Крюппеля 4) и MYC; все четыре вместе, известные как OSKM, способны репрограммировать дифференцированные клетки в индуцированные плюрипотентные стволовые клетки (ИПСК). При этом POU5F1, SOX2 и KLF4, но не MyC (OSK), имеют доступ к закрытым сайтам хроматина и могут действовать как пионерные факторы.

OSK-активность опосредуется узнаванием их мотивов-мишеней, которые представлены на поверхности нуклеосомы. Факторы OSK индуцируют H3K4me1 / 2 на целевых энхансерах и H3K4me2 / 3 в сайтах начала транскрипции (TSS). Однако репрограммирование энхансеров iPSC (induzierte pluripotente Stammzelle) требует связывания более чем одного из факторов OSKM, указывая тем самым, что они нуждаются в кооперативном действии, чтобы индуцировать стабильное открытие хроматина.

Пионерские факторы и архитектурные белки опосредуют открытую структуру хроматина в регуляторных элементах генов, которые важны во время эмбриогенеза. Если злокачественная трансформация также требует повторной экспрессии этих основных эмбриональных регуляторов, что отличает раковые клетки от эмбриональных клеток, что приводит к признакам рака?

Локальные гистоны подвергаются метилированию по различным остаткам лизина, что влияет на доступность нуклеосом для факторов транскрипции. Существуют три формы метилирования лизина: моно-, ди- и триметилирование. Метилированные формы гистона 3, лизина 4 (H3K4me1, me2, me3) коррелируют с активацией транскрипции. В частности, H3K4me3 тесно связан с активными промоторами генов, а H3K4me1 - с энхансерами генов, тогда как H3K4me2 присутствует как на промоторах, так и на энхансерах.

Различия между эмбриональными клетками и раковыми клетками могут заключаться в самой структуре хроматина: ESCs несут двухвалентные домены хроматина, которые содержат регуляторные элементы с активирующими (напр., H3K4me3) и репрессивными (напр., H3K27me3) модификациями гистонов. Раковые клетки обнаруживают трехкратное уменьшение бивалентных доменов гистонов с увеличением метилирования ДНК. Это метилирование, по-видимому, является сайт-специфичным. Примечательно, что гиперметилирование промоторных областей может стимулировать использование альтернативных промоторов, которые могут усиливать транскрипцию изоформ, связанных с раком.

Диметилирование активированного хроматина представляет собой мощный механизм репрессии генов. Фермент деметилирования гистонов, лизин-специфическая деметилаза 1 (LSD1), был идентифицирован как член транскрипционно-репрессивного комплекса, который блокирует например экспрессию нейрон-специфичных генов. Во время репрессии гена LSD1 рекрутируется репрессивным элементом 1 замалчивания транзакции (REST) ​​/ репрессивным комплексом coREST в целевой участок ДНК. Когда аминогруппа боковой цепи лизина становится моно- или диметилированной, LSD1 отменяет метилирование лизина посредством реакции окисления амина.

H3K4me3, с другой стороны, метаболизируется группой гистоновых деметилаз, которые содержат домен JmjC, который использует Fe (II) -содержащий белковый кофактор для удаления одной группы метилирования из H3K4me3. Образующийся H3K4me2 может быть далее диметилирован LSD1.

Было показано, что AR репрессирует определенные гены-мишени, в том числе сам себя, путем задействования LSD1-опосредованного диметилирования гистонов. Связанный с лигандом AR конгруирует с LSD1 на ARE-содержащем энхансерном элементе AR зависимого гена. Этот энхансер доставляет корепрессивный комплекс к промотору гена посредством образования петель ДНК. Таким образом активированная лигандом AR рекрутирует REST / coREST / LSD1-зависимый репрессивный комплекс на регулируемые AR энхансеры во время репрессии целевых генов.

Комплекс репрессии Polycomb 2 (PRC2), состоящий из основных субъединиц супрессора zeste 12 (SUZ12), развития эмбриональной эктодермы (EED) и EZH2, играет важную роль в поддержании идентичности эмбриональных стволовых клеток посредством эпигенетического молчания большой когорты онтогенетических регуляторов. EZH2 способствует репрессии транскрипции AR посредством катализа H3K27me3 и является маркером репрессии генов.

EZH2 также играет независимую от поликомб и метилирования роль в активации генов, одной из его мишеней является AR. EZH2 является одним из наиболее активированных генов при агрессивном РПЖ, и его экспрессия обратно коррелирует с клиническими исходами РПЖ.

Рецептор андрогенов (AR) является членом суперсемейства гормональных ядерных рецепторов. Несвязанный AR закреплен в цитоплазме с помощью белков теплового шока. После воздействия своего родственного лиганда андрогена AR, активируется, отделяется от белков теплового шока и перемещается в ядро, где связывается с хроматином в элементах андрогенного ответа (ARE), чтобы инициировать его транскрипционную программу. Эта гормонально-стимулированная передача сигналов AR важна для правильной дифференциации тканей и гомеостаза во время развития и функции простаты. Однако передача сигналов AR перехватывается в опухолях простаты, становясь конститутивной и превращаясь в двигатель постоянного прогрессирования рака.

AR наиболее известен как активатор транскрипции, а простатоспецифический антиген (PSA) (KLK3) является прототипом AR-индуцированного гена. AR задействует несколько коактиваторов и модификаторов хроматина, которые собраны в протранскрипционные комплексы. Эти комплексы способствуют привлечению РНК-полимеразы II к сайту начала транскрипции (TSS) генов-мишеней AR, которые определяются прямым связыванием AR с ARE на их регуляторных элементах.

Для рака простаты AR функционально напоминает MITF при меланоме - чем его больше, тем выраженее пролиферация, а инвазия тормозится. Здесь также можно использовать модель реостата, и есть кому в нем участвовать. Об этом поговорим попозже.

[albert52]

Продолжим.

Большинство ядерных рецепторов, включая AR, могут как репрессировать, так и активировать гены-мишени при помощи необходимых регуляторных кофакторов. Репрессия генов зависит от общих корепрессоров ядерных рецепторов, таких как корепрессор ядерного рецептора (NCoR) и его гомологичный медиатор подавления ретиноидов и тироидных рецепторов (SMRT).

NCoR и SMRT структурно похожи; оба взаимодействуют с ядерными рецепторами через C-концевые домены, в то время как их N-концевые домены рекрутируют гистоновые деацети -лазы либо посредством прямого связывания с гистондеацетилазой 3 (HDAC3), HDAC4 и HDAC5, либо косвенного взаимодействия с HDAC1 и HDAC2 через адаптерный белок Sin3. Незанятые HDACs являются ферментативно неактивными и требуют стимуляции белок-белковым взаимодействием с кофакторами.

И SMRT, и NCoR несут консервативную N-концевую последовательность, известную как активирующий домен деацетилата (DAD), который взаимодействует с HDAC, стабилизируя их ферментативно активную форму. Затем активированные HDAC удаляют нейтральные ацилы из аминогрупп лизиновых остатков гистонов 3 и 4, вызывая на них положительный заряд. Это увеличивает сцепление гистонов с отрицательно заряженной ДНК и, таким образом, способствует плотному сжатию хроматина, что ограничивает доступность ДНК для транскрипции генов.

SMRT также опосредует репрессию транскрипции генов-мишеней AR посредством рекрутирования HDAC. Сам AR непосредственно связывается с цитоплазматическим HDAC7 и транспортирует его в ядра, при этом HDAC7 способствует управляемой AR репрессии целевого гена.

И, наоборот, ацетилтрансферазы гистонов (HAT) катализируют ацетилирование остатков лизина на хвостах гистонов, тем самым нейтрализуя положительный заряд на лизине и уменьшая электростатическое сродство между гистонами и отрицательно заряженной ДНК. Гены, расположенные рядом с ацетилированными гистонами, следовательно, имеют тенденцию к высокой экспрессии, поскольку они более доступны для аппарата транскрипции.

Можно спросить, когда AR активирует, и когда репрессирует гены-мишени. Естественно AR активирует гены, обеспечивающие функционирование простаты как секреторного органа и делает это, когда необходимо, например, во время полового созревания или при активной половой жизни. Так как AR обычно активирует гены-мишени через дистальные энхансеры, и, чтобы достичь промотора гена нужна петля ДНК, то при достаточной активации рецепторов на ДНК появляется вполне приличная рябь. При этом открываются для транскрипции обширные участки ДНК, в том числе и к генам, транскрипция которых нежелательна. Вот здесь и пригождаются все те репрессорные комплексы, о которых я писал выше.

При раке простаты работа репрессорных комплексов нарушается и могут активироваться непрофильные гены, в том числе и пронейрональные, вызывая нейроэндокринный рак. В отличие от CRPC с интенсивной, хотя и не лигандной активностью AR, для нейроэндокринного рака AR уже не требуется.

Опухоли, расположенные в передней доле, имеют тенденцию иметь более низкую глобальную передачу сигналов AR, что ведет к различиям в молекулярных подтипах AR, размере опухолей и PSA. Интересно, что афроамериканские мужчины с агрессивным РПЖ в основном SPINK1-положительного подтипа демонстрируют более высокую склонность к опухолям, локализованным в передней части, по сравнению с мужчинами европеоидной расы с подобными клинико-патологическими признаками.

Сверхэкспрессия SPINK1 (сериновая пептидаза ингибитора Kazal типа 1) представляет собой существенную ~ 10-25% от общего количества случаев РПЖА исключительно в типе ETS - отрицательного слияния. Экспрессия SPINK1 также положительно коррелирует с EZH2, членом репрессивного комплекса Polycomb 2, который, как известно, индуцирует плюрипотентность и стволовость.

SPINK1 способствуетет эпителиально-мезенхимальному переходу, стволовости и клеточной пластичности. При нормальном физиологическом состоянии, SPINK1 ингибирует преждевременную активацию панкреатических протеаз, но SPINK1 также действует как аутокринный / паракринный фактор и передает онкогенные черты через передачу сигнала EGFR.

Анализ обогащения ДНК-связывающих мотивов гипердоступных областей выявил мотивы обогащения пронейральных ТФ и ТФ гомеодомена Nkx, что, вероятно, является критическим для трансформации в NE-фенотип в разных типах тканей. В свою очередь области хроматина для связывания ТФ семейства p53 (p53, p63 и p73) и TF семейства ETS (ELF3, ELF5 и ERG) были менее доступны в NE-клетках по сравнению с нормальными эпителиальными клетками.

NEPC заболевание связано с низким уровнем сывороточного простатспецифического антигена (ПСА) и прогрессированием до висцеральных метастазов, в отличие от костных метастазов, клинически проявляющихся при традиционной аденокарциноме простаты.

Отсутствие онкобелка ERG в фокусах NE пациентов, несущих слияние TMPRSS2-ERG , подтверждает потерю передачи сигналов андрогенов у этих пациентов . Устранение передачи сигналов андрогенов участвует в повышении регуляции нескольких маркеров EMT, фенотипа, часто связанного с метастазами PCa. Далее, была установлена ​​двунаправленная петля отрицательной обратной связи между AR и ZEB1, которая управляет EMT и сходными со стволовыми клетками особенностями при депривации андрогенов.

Нацеливание на передачу сигналов андрогенов (антиандрогены) и микротрубочек (таксановая химиотерапия) дает преимущества в плане выживаемости для пациентов с метастатическим CRPC (mCRPC), но развивается терапевтическая резистентность, приводящая к летальному исходу. Эта устойчивость возникает в результате пристрастия клеток CRPC к передаче сигналов AR и конститутивной активации вариантов сплайсинга AR.
Химиотерапия таксаном, помимо нацеливания на целостность и стабилизацию микротрубочек, оказывает противоопухолевое действие, нарушая транспорт AR по микротрубочкам, что приводит к цитоплазматической секвестрации AR и ингибированию активности AR в клинических условиях.

Инактивация RB1 и / или TP53 ведет к усилению регуляции ДНК-метилтрансферазы (DNMT) члена семейства DNMT1. По сравнению с аденокарциномой, DNMT1 избыточно экспрессируется в NEPC. Функционально системы метилирования ДНК связаны с активностью белков группы Polycomb (PcG), а именно EZH2, которые служат платформой для рекрутирования DNMTs. Экспрессия как EZH2 и DNMT1 тесно связана с повторной активацией программ транскрипции стволовых клеток в NEPC опухолей.

Помимо потери функции RB1 и / или TP53 , перепрограммирование нейроэндокринных клонов часто связано со сверхэкспрессией и / или амплификацией MYCN , который кодирует N-Myc. Функционально N-Myc зависит от семейства бромодомена и экстра-терминального домена (BET) эпигенетических ридеров, в частности BRD4, для облегчения экспрессии целевого гена. BRD4 распознает и связывает ацетилированные остатки лизина на гистоновых хвостах, что приводит к рекрутированию положительного фактора элонгации транскрипции b (P-TEFb), который, в свою очередь, фосфорилирует РНК-полимеразу II для активации транскрипции гена.

Таким образом, BRD4 поддерживает транскрипцию основных генов стволовых клеток, таких как OCT4 и NANOG, а также набор генов нейрональных клонов, по крайней мере, частично за счет взаимодействия с белками Myc. Так, при мелкоклеточном раке легкого BRD4 активирует экспрессию транскрипционного фактора ASCL1, определяющего клоны нейронов, делая эти опухоли чрезвычайно чувствительными к ингибированию BET.

[albert52]

Продолжим.

Хотя часто предполагается, что молекулярные пути, лежащие в основе нормального органогенеза, подобны тем, которые нарушаются во время канцерогенеза, существует немного примеров тканеспецифичных регуляторных генов, которые играют центральную роль в обоих процессах. В случае предстательной железы молекулярно-генетический анализ показал, что ген гомеобокса Nkx3.1 играет важную роль в нормальной дифференцировке эпителия предстательной железы и потеря его функции является инициирующим событием канцерогенеза простаты.

Nkx3.1 является членом подсемейства NK гомеобоксов, которые участвуют в процессах спецификации клеточной судьбы и органогенеза у многих видов, при этом Nkx3.1 участвует в основном в развитии простаты, в то время как другие члены семейства Nkx играют роль в формировании мезодермы и генезе др. органов. При этом большинство, если не все, гомеопротеины Nkx действуют как репрессоры транскрипции; так NK-3 взаимодействует как с Groucho, так и с HIP-K2, и эти белки, вероятно, существуют в репрессивном комплексе вместе с гистондеацетилазой HDAC1.

Обзор многих генов гомеобокса показывает, что они соответствуют простому правилу: те, которые обычно экспрессируются в пролиферирующих (недифференцированных) клетках, активируются при раке, тогда как те, которые обычно экспрессируются в дифференцированных тканях, снижены при раке. Напоминаю, что гомеодомен — это структурный домен белков, связывающих ДНК или РНК, а гомеобокс — участок ДНК длиной 180 нуклеотидов, который кодирует гомеодомен. Канцерогенная активность дерегулированных генов гомеобокса связана с их неправильным использованием в несоответствующих клеточных контекстах, а не с приобретением «новых» функций. Все это ведет к изменению клеточного фенотипа, при этом гены гомеобокса могут вносить вклад в тканеспецифические особенности фенотипов рака.

Так, потеря функции гена гомеобокса CDX2 в канцерогенезе толстой кишки имеет много общих черт с геном NKX3.1 при раке простаты. Еще одна интересная параллель обеспечивается геном RUNX3 , фактором транскрипции Runt-домена, который подвергается гемизиготной делеции и эпигенетической инактивации в большинстве случаев рака желудка человека.

Во время развития Nkx3.1 является самым ранним из известных маркеров образования простаты и продолжает экспрессироваться на всех стадиях дифференцировки простаты и во взрослом возрасте. Экспрессия Nkx3.1 выявляет предварительную структуру эпителия урогенитального синуса в виде отдельных простатических и непростатических областей.

Nkx3.1 необходим для нормального развития простаты, потому что его потеря функции ведет к дефектам морфогенеза протоков и нарушению секреции простатического белка. Более того, потеря функции Nkx3.1 также вносит вклад в канцерогенез простаты, потому что, например, мутантные по Nkx3.1 мыши предрасположены к карциноме простаты и потеря функции Nkx3.1 кооперируется с таковой других генов-супрессоров опухолей в прогрессировании рака.

Nkx3.1 действует как репрессор транскрипции посредством рекрутирования корепрессоров Gro / TLE. Активность репрессора транскрипции Nkx3.1 потенциально может модулироваться его взаимодействием с другими белками, такими как PDEF (фактор Ets, полученный из простаты), который является членом семейства факторов транскрипции Ets, экспрессируемых в молочных железах взрослых, слюнных железах и простате. PDEF может транскрипционно активировать промотор человеческого PSA, и совместная экспрессия с Nkx3.1 может противодействовать этой активности.

Nkx3.1 также обладает активностью активатора транскрипции в определенных тканевых контекстах. Так, зачатки эпителия предстательной железы подвергаются обширному протоковому разрастанию и ветвлению в окружающую мезенхиму в течение первых 3 недель постнатального развития. Эти появляющиеся зачатки простаты маркируются экспрессией Nkx3.1, которая усиливается по направлению к дистальным концам отрастающих протоков, соответствующих областям активного морфогенеза. Перед канализацией протоков простаты Nkx3.1 экспрессируется равномерно в эпителиальных клетках, но в дальнейшем экспрессия ограничивается люминальным отделом.

Он экспрессируется только в тканевых рекомбинациях, которые формируют простату, т.о. тканевые рекомбинанты, полученные с помощью индуцирующей простату мезенхимы (UGM) и эпителия мочевого пузыря, экспрессируют Nkx3.1 , хотя Nkx3.1 в норме не экспрессируется в мочевом пузыре. Что касается андрогенов, то во время эмбриогенеза функциональные рецепторы андрогенов располагаются в мезенхиме урогенитального синуса, тогда как постнатально они обнаруживаются как в мезенхиме, так и в эпителии. Рецепторы андрогенов изначально необходимы в мезенхиме для выработки сигналов для индукции и роста простаты, и только позже в эпителии для секреторной функции дифференцированных типов клеток.

Хотя первоначальное проявление экспрессии Nkx3.1 в эпителии предстательной железы предшествует таковому у рецептора андрогенов, последующая экспрессия Nkx3.1 зависит от передачи сигналов андрогенов. Более того, экспрессия Nkx3.1 значительно подавляется после кастрации и в клетках андрогенрезистентного рака простаты. Сам он может регулировать экспрессию определенных секреторных белков в ответ на передачу сигналов рецептора андрогена. Так, отмечено снижение или отсутствие нескольких основных секреторных белков во всех долях простаты.

Также бульбо-уретральные железы (BUG) гомозиготных мутантов Nkx3.1 демонстрируют значительно уменьшенный размер, возможно, из-за уменьшения ветвления протоков, а также почти полной потери продуцирующих слизь клеток и их замены клетками с серозным (протоковый эпителиальный) гистологическим фенотипом. Отметим, что дефект секреторного белка вероятно является следствием измененного состояния дифференцировки бульбоуретрального эпителия. Впрочем, эпителий простаты, но не эпителий BUG, ​​очень чувствителен к гиперпластическому росту и канцерогенезу. Соответственно, потеря функция Nkx3.1 приводит к глубокому изменению клеточного состава, но не к гиперпластическому росту бульбоуретрального эпителия, который практически не подвергается канцерогенезу.

NKX3.1 является ведущим кандидатом на ген, расположенный в минимально удаленной области в 8p21, который подвергается аллельному дисбалансу при интраэпителиальной неоплазии простаты (PIN) и раке простаты. Другие хромосомные области, которые имеют решающее значение, особенно для более поздних стадий заболевания, включают 10q и 12p; ведущими генами-кандидатами в этих областях являются PTEN и p27 kip1 соответственно. PTEN и p27 kip1 являются генами-супрессорами опухолей широкого спектра.

Потеря функции Nkx3.1 может влиять на активацию Akt в контексте активности Pten дикого типа. Гетерозиготы Nkx3.1 (Nkx3.1 +/‐ ) развивают PIN как следствие старения, а гетерозиготы с Pten ( Nkx3.1 +/‐ ; Pten +/‐ ), развивают PIN высокой степени и карциному in situ. С другой стороны, Nkx3.1 - / - ; Pten -/‐ простаты могут моделировать события поздней стадии рака простаты, включая развитие метастатического заболевания и переход к андрогенной независимости.

Один из механизмов, с помощью которого Nkx3.1 может подавлять инициирование рака, заключается в защите от окислительного повреждения. Одним из возможных механизмов этих эффектов является взаимодействие NKX3.1 через его гомеодомен с ДНК-репарирующим ферментом топоизомеразой I. NKX3.1 активирует топоизомеразу I на стехиометрической основе и заметно увеличивает активность фермента за счет ускорения связывания топоизомеразы I с ДНК, что усиливает репарацию ДНК, в то время как потеря экспрессии NKX3.1 может предрасполагать клетки рака простаты человека к дальнейшему повреждению ДНК.

Экспрессия белка NKX3.1 подавляется при большинстве раковых заболеваний человека способом, который коррелирует с прогрессированием заболевания. Отметим, что утрата гетерозиготности NKX3.1 при этом не сопровождается мутацией остаточного контралатерального аллеля, таким образом отклоняясь от парадигмы супрессорных генов двуаллельной инактивации. Nkx3.1 не ведет себя как классический опухолевый супрессор, который требует двух ударов для инактивации.

Следовательно, похоже, что во время канцерогенеза простаты человека один аллель NKX3.1 инактивируется посредством хромосомной делеции, тогда как другой инактивируется эпигенетически из-за потери экспрессии белка. А очевидная гаплонедостаточность Nkx3.1 при прогрессировании рака простаты может быть обусловлена ​​первоначально измененными паттернами экспрессии генов у гетерозигот и значительно усиливается во время старения за счет эпигенетической инактивации аллеля Nkx3.1 дикого типа во время образования PIN.

Остаточные уровни экспрессии белка NKX3.1 при раке простаты на ранней стадии, вероятно, будут оказывать продолжительное влияние на рост клеток, тогда как во время прогрессирования до метастатического заболевания может возникнуть селективное давление на потерю белка, потому что> 80% метастатических очагов потеряли все NKX3.1. Уровни экспрессии NKX3.1 при первичном раке простаты ниже, когда NKX3.1 подвергается аллельной потере и метилированию контралатерального аллеля. Более низкие уровни экспрессии NKX3.1 при первичном раке простаты связаны с более высокой степенью Глисона.