Группа ученых из Исследовательского института Скриппса (The Scripps Research Institute) установила ключевые элементы стратегии, используемой раковыми клетками для выживания в процессе миграции к отдаленным органам. Это открытие может помочь в разработке лекарственных препаратов, подавляющих метастазирование злокачественных опухолей.
Клетки, оторвавшиеся от первичной опухоли и попавшие в чужую для них среду – кровь или новый орган, – разрушаются посредством апоптоза. Но раковые клетки, экспрессирующие высокие уровни одного из поверхностных белков, защищены от апоптоза, что значительно повышает их способность колонизировать отдаленные органы. Как этот белок блокирует апоптоз и способствует метастазированию, оставалось неизвестным – до исследования ученых из Института Скриппса.
«Мы установили, что опухолевые клетки защищает не повышение уровня экспрессии этого белка как таковое, а, скорее, его расщепление протеолитическими ферментами», - комментирует результаты работы профессор-исследователь Института Скриппса Джеймс П. Квигли (James P. Quigley). «Это расщепление является триггером сигнального каскада в опухолевой клетке, блокирующего апоптоз». Профессор Квигли – руководитель исследования, недавно опубликованного он-лайн в журнале Oncogene.
«Мы считаем, что разумной стратегией подавления метастазирования была бы попытка предотвратить расщепление этого поверхностного белка с помощью антител или низкомолекулярных соединений, связывающих сайт расщепления белка», - считает Елена Ивановна Дерюгина (Elena I. Deryugina), научный сотрудник лаборатории профессора Квигли, ответственный автор статьи.
Трансмембранный белок, попавший в фокус данного исследования, известный как CUB Domain Containing Protein 1 (CDCP1), активно экспрессируется на поверхности предрасположенных к метастазированию раковых клеток человека.
В клинических исследованиях CDCP1 был обнаружен в мембранах клеток различных видов опухолей, и его присутствие было связано с неблагоприятным прогнозом заболевания. В 2009 году Дерюгина и Квигли сообщили, что CDCP1, при экспрессии в опухолеподобных клетках, стимулирует их способность колонизировать новые ткани и что уникальные моноклональные антитела к CDCP1, созданные в лаборатории Квигли, в значительной степени блокируют CDCP1-индуцируемую опухолевую колонизацию. В 2010 году, на основании исследования на клеточных культурах, постдокторант лаборатории профессора Квигли Джон Д. Хупер (John D. Hooper), в настоящее время возглавляющий лабораторию в Медицинском научно-исследовательском институте Матера (Mater Medical Research Institute) в Брисбене, Австралия, сообщил, что большую часть мембранного белка CDCP1 можно расщепить ферментами сериновыми протеазами. Это расщепление, как представляется, приводит к биохимической активации внутреннего фрагмента CDCP1 в ходе процесса, называемого фосфорилированием тирозина, в данном случае, с участием связанного с раком белка Src.
Однако, по словам Дерюгиной, ученым «не хватало доказательств, биохимически связывающих CDCP1 с блокированием апоптоза и успешным метастазированием, полученных на живых животных».
В новом исследовании Дерюгина и ее коллеги из лаборатории Квигли, в том числе первый автор статьи постдокторант Берта Казар (Berta Casar), решили найти такие доказательства.
Участники исследования руководитель лаборатории профессор Джеймс Квигли (James Quigley), научные сотрудники Берта Казар (Berta Casar) и Елена Дерюгина (Elena Deryugina) (слева направо). (Фото: scripps.edu)
Доктор Хупер обеспечил ученых из Института Скриппса модифицированными человеческими эмбриональными клетками почек (human embryonic kidney (HEK) cells), экспрессирующими ген CDCP1 (обычно HEK-клетки не экспрессируют этот ген). Казар и Дерюгина ввели эти клетки в куриные эмбрионы и установили, что белки CDCP1 на HEK-клетках начали расщепляться резидентными ферментами на более короткие пептидные фрагменты и полноразмерная форма белка не обнаруживалась уже через 96 часов. Экспрессирующие CDCP1 НЕК-клетки показывали в четыре раза более высокую выживаемость в куриных эмбрионах, чем контрольные CDCP1-отрицательные НЕК-клетки. Такие же результаты были получены на НЕК-клетках, экспрессирующих мутантную нерасщепляемую форму белка CDCP1.
Затем, чтобы показать, что расщепление CDCP1 сериновыми протеазами является ключевым событием, способствующим выживанию опухолевых клеток, ученые перешли к экспериментам на животных с клетками человеческого рака предстательной железы, естественно экспрессирующими CDCP1.
«Когда мы блокировали расщепление CDCP1, используя наши уникальные анти-CDCP1 антитела, или добавляли соединение, селективно ингибирующее сериновые протеазы, CDCP1 не расщеплялся, и CDCP1-экспрессирующие раковые клетки почти полностью теряли способность колонизировать ткани куриных эмбрионов», - комментирует результаты экспериментов Казар.
Кроме того, Казар и Дерюгина подтвердили, что расщепление CDCP1 в организме живых животных приводит к биохимической активации его внутреннего фрагмента путем фосфорилирования тирозина с участием связанных с раком белков Src и PKCδ. За этим следует каскадная активация антиапоптозного белка Akt и ингибирование опосредующих апоптоз ферментов. Ученые подтвердили эти результаты в различных экспериментах, включая тесты на колонизацию опухолевыми клетками легких мышей и тесты, в которых Src-сигналинг был заблокирован анти-Src препаратом дазатинибом.
Еще один ключевой эксперимент показал, что основным ферментом, расщепляющим CDCP1 в метастазирующих раковых клетках, является плазмин – сериновая протеаза, обладающая тромболитическим действием и снижающая свертываемость крови. У мышей с дефицитом молекулы-предшественника плазмина – плазминогена – CDCP1-положительные опухолевые клетки демонстрируют отсутствие расщепления CDCP1 и почти полностью теряют способность выживать в легочной ткани.
Оторвавшиеся от основной опухоли клетки, как правило, мигрируют к отдаленным органам с кровотоком, поэтому использование ими распространенных ферментов крови, таких как плазмин, в качестве способствующих выживанию факторов имеет смысл.
«Плазмин уже давно связывают с раком», - говорит профессор Квигли. «К сожалению, его функция разрушения тромбов настолько важна, что назначение препаратов-ингибиторов плазмина онкологическим больным может принести больше вреда, чем пользы».
«Блокирование расщепления CDCP1 антителами или другими CDCP1-связывающими молекулами кажется более перспективной стратегией», - считает Елена Дерюгина. Она и Берта Казар продолжают свои исследования.