Онкология-

Б.П.Копнин

Российский онкологический научный центр им. Н.Н.Блохина РАМН, Москва

источник RosOncoWeb.Ru

01 0203 0405 0607
3.6. Е-кадгерин, АРС и аксин - супрессоры, контролирующие сигнальныйпуть ?-катенин/Cdk/pRb

Наследственные и спорадические опухоли желудочно-кишечного трактадовольно часто ассоциированы с мутациями в генах Е-кадгерина,?-катенина, АРС и аксина (Табл. 1). Так, гемизиготные герминальныемутации Е-кадгерина обусловливают развитие наследственных формрака желудка. Врожденные мутации одного из аллелей гена ?-катенинаили гена APC ведут к развитию семейного аденоматозного полипозакишечника (у большинства пациентов наблюдаются мутации APC, режевстречаются мутации ?-катенина). В основе онкогенного эффектавсех этих мутаций лежит повышение транскрипционной функции протоонкобелка?-катенина, вызывающего активацию циклинзависимых киназ и инактивирующеготем самым супрессорную функцию pRb (см. раздел 3.2.2). Такая функция?-катенина обусловлена его способностью транслоцироваться в ядро,связываться с транскрипционными факторами семейства TCF/LEF иактивировать гены, имеющие в своем составе TCF/LEF-респонсивныеэлементы, в частности ген циклина D1 и онкоген MYC.

Е-кадгерин - представитель семейства трансмембранных гликопротеинов,осуществляющий адгезионные межклеточные контакты типа "зонаслипания" (zona adhaerence). Его внутриклеточный домен связываетсяс рядом белков, в первую очередь с b-катенином. В этом случае,происходит переключение функции ?-катенина: он перестает функционироватьв качестве транскрипционного фактора, а взаимодействует с актиновымимикрофиламентами и участвует в регуляции реорганизации цитоскелета.Характерные для опухолей желудочно-кишечного тракта, рака молочнойжелезы, яичника и ряда других новообразований изменения гена Е-кадгерина(мутации, делеции, метилирование) вызывают потерю экспрессии белкаили изменение его локализации в клетке, что имеет два важных дляонкогенеза последствия. Во-первых, нарушаются межклеточные контактыи морфогенетические реакции клетки, а, во-вторых, происходит накопление?-катенина в ядре и повышение его транскрипционной активности(Рис. 6). В результате стимулируется размножение клеток и увеличиваетсяих способность к инвазии. Восстановление экспрессии Е-кадгеринав раковых клетках с помощью введения генно-инженерных конструкцийвызывает резкое замедление пролиферации и переход от инвазивногок неинвазивному фенотипу. Причем рост-супрессирующий эффект Е-кадгеринаобусловливается его способностью связывать и секвестрировать b-катенин,и не зависит от того, происходит ли при этом восстановление межклеточныхконтактов.

Рис. 6. Регуляция транскрипционной активности ?-катенина и еенарушения в опухолевых клетках (объяснения в тексте).

В несвязанном с Е-кадгерином состоянии ?-катенин очень нестабилен.Ключевую роль в регуляции его времени жизни и транскрипционнойактивности играют опухолевые супрессоры APC и аксин (Рис. 6А).АРС связывает одновременно и b-катенин и аксин, в результате чегообразуется сложный комплекс, к которому рекрутируется GSK-3b (киназа-3bгликогенсинтетазы). Фосфорилируя определенные сериновые остатки?-катенина, GSK-3b индуцирует связывание его с Е2-убиквитин-лигазой.Убиквитинированный b-катенин направляется в протеосомы, где происходитего деградация. При стрессах, вызывающих активацию р53, включаетсядополнительный механизм деградации ?-катенина (Рис. 6А). В этомслучае происходит повышение экспрессии белка Siah1, который рекрутируетдругой тип комплексов Е2-убиквитин-лигазы также и к нефосфорилированномупо N-концу b-катенину. Таким образом достигается, по-видимому,более эффективная деградация несвязанного с кадгеринами ?-катенина.

Вероятно, при онкогенных мутациях Е-кадгерина свободного ?-катенинастановится так много, что системы его деградации не справляютсяи часть ?-катенина оказывается в ядре, где он проявляет свою транскрипционнуюактивность (Рис. 6Б). В клетках новообразований часто реализуетсяи другой путь повышения транскрипционных активностей ?-катенина,связанный с нарушениями работы систем его деградации. Так, в клеткахопухолей толстой кишки, печени, простаты часто обнаруживаютсялибо мутации ?-катенина в участках, которые фосфорилируются GSK-3bи взаимодействуют с убиквитин-лигазой, либо мутации опухолевогосупрессора APC, нарушающие его взаимодействие с b-катенином. либо(значительно реже) мутации аксина, отменяющие его связывание сАPC или GSK-3b. (При этом мутации APC блокируют работу обоих системдеградации ?-катенина, тогда как указанные мутации самого ?-катенинаили аксина нарушает только одну из этих систем). В результатевсех этих событий b-катенин активирует транскрипцию гена циклинаD и протоонкогена MYC, что вызывает стимуляцию клеточной пролиферации.

Е-кадгерин и АРС являются классическими опухолевыми супрессорами- у пациентов с семейными формами соответственно рака желудкаи аденоматозного полипоза кишечника в опухолевых клетках наблюдаетсяинактивация обоих аллелей данных генов. Произошедшие еще в половойклетке наследуемые изменения одного из аллелей представляют собойточечные инактивирующие мутации или микроделеции. Второй аллельинактивируется уже в соматической клетке. Подавление активностивторого аллеля гена Е-кадхерина нередко связано с его метилированием,а второй аллель гена АРС чаще всего инактивируется в результатеделеции участка длинного плеча хромосомы 5, содержащего данныйген, или утраты всей хромосомы 5. Ключевая роль герминальных мутацийAPC в генезе аденоматозного полипоза толстой кишки подтверждаетсятем, что у трансгенных мышей с гомозиготным нокаутом этого генатакже развиваются множественные полипы, причем не только в толстом,но и в тонком кишечнике.

Недавно выявлена еще одна важная биологическая функция опухолевогосупрессора АРС. Во время митоза он связывается с белками кинетохораи участвует в организации веретена деления. При инактивации APCнарушается взаимодействие микротрубочек с кинетохором, результатомчего является частые ошибки сегрегации хромосом, т.е. нестабильностьгенома. Это, вероятно, может служить объяснением более частойвстречаемости мутаций APC по сравнению с мутациями ?-катенина:помимо более эффективного блокирования работы систем деградации?-катенина они ведут также и к генетической нестабильности, чтопридает клеткам дополнительные селективные преимущества.

3.7. Компоненты сигнальных путей TGFb-Smad

Как опухолевые супрессоры классифицированы и некоторые компонентысигнальных путей, регулируемых TGF-?. Этот цитокин, в зависимостиот типа клеток-мишеней и их микроокружения, может вызывать остановкуразмножения, стимуляцию дифференцировки, а в некоторых случаяхи апоптоз. Свои антипролиферативные и дифференцировочные эффекты(они наблюдаются в нормальных эпителиальных, эндотелиальных игемопоэтических клетках) TGF-? реализует по следующему механизму.Его связывание с RII-субъединицей рецептора, обладающей серин-треонинкиназной активностью, вызывает рекрутирование и фосфорилированиевторой субъединицы рецептора - RI, также являющейся серин-треониновойкиназой. Основной мишенью киназы Tb-RI являются, в зависимостиот типа клеток, белки Smad2 или Smad3 - так называемые рецепторныеSmad. Их фосфорилированные формы образуют комплекс с белком Smad4,который транспортируется в ядро и, образуя еще более сложные комплексыс другими транскрипционными кофакторами, функционирует в качествеактиваторов транскрипции одних генов и репрессоров других генов.В частности, он репрессирует ген MYC и транс-активирует гены ингибиторовциклинзависимых киназ (CKIs) p15Ink4b, p27Kip1 и p21Waf1/Cip1,что ведет к ингибированию функции Cdk4, Cdk2 и остановке клеточногоцикла в G1. При этом, репрессия MYC играет ключевую роль в проведенииантипролиферативного сигнала TGF-?, так как именно она "разрешает"стимуляцию транскрипции генов CKI комплексом Smad2(3)/Smad4/Sp1(предполагается, что Myc закрывает места посадки этого комплексав генах p15Ink4b, p27Kip1 и p21Waf1/Cip1). При гиперэкспрессиионкогена МYC, которая характерна для многих новообразований человека,TGF-? не способен вызвать понижение его экспрессии, достаточноедля "разрешения" стимуляции транскрипции генов CKI,и в результате TGF-? не оказывает антипролиферативного действия.

Инактивирующие мутации компонентов этого сигнального пути, аименно рецептора TGF-? (TbR-II), Smad2 и Smad4 характерны дляопухолей толстого кишечника, рака поджелудочной железы, желчногопузыря, легкого, а также некоторых других новообразований. Герминальныемутации в одном из аллелей генов TbR-II или Smad4 ассоциированыс развитием семейных форм рака толстого кишечника и желудка. Интересно,что у трансгенных мышей с повреждением одного из аллелей генаTbR-II, Smad2 или Smad4 частота развития опухолей не повышается,однако гетерозиготная инактивация одновременно и гена Smad4 игена APC резко увеличивает вероятность развития инвазирующих опухолейкишечника. Сходная картина наблюдается у мышей с нокаутом одногоиз аллелей гена Smad3. В этом случае наблюдается развитие в молодомвозрасте множественных метастазирующих колоректальных карцином.