Тема № 8. Белковые молекулы, характеризующие клеточную адгезию

При формировании ткани и в ходе ее функционирования важную роль играют процессы межклеточных коммуникаций - узнавание и адгезия. Узнава­ние - это специфическое взаимодействие клетки с другой клеткой или внекле­

точным матриксом; в результате узнавания неизбежно развивается ряд процес­сов, одним из которых является адгезия.

Молекулы клеточной адгезии могут способствовать инвазии опухоли и метастазированию. Пусковым механизмом прогрессирования опухоли может стать изменение межклеточных связей в её ткани, которое также играет важ­ную роль на различных этапах метастатического каскада.

Инвазия опухоли протекает в три фазы и связана с генетическими пере­стройками, которые заключаются в дефектах генов, кодирующих гликопротеи­ны клеточной адгезии. Клетки способны к перемещению только после дезинте­грации адгезионных контактов. Подобные процессы происходят при выселении злокачественных клеток из опухоли и их метастазировании, когда отдельные трансформированные клетки отделяются от опухоли, мигрируют и образуют новые опухолевые очаги (метастазы). Например, метастазы и разрастания кар­цином желудка, эндометрия, яичника возникают вследствие нарушения адгезии опухолевых клеток, содержащих мутантный ген Е-кадгерина, и экспрессии его дефектного продукта.

Первая фаза инвазии опухоли характеризуется ослаблением контактов между клетками, о чем свидетельствуют уменьшение количества межклеточ­ных контактов, снижение концентрации некоторых адгезивных молекул и, на­оборот, усиление экспрессии прочих, обеспечивающих мобильность опухоле­вых клеток и их контакт с экстрацеллюлярным матриксом.

го матрикса - ламинину, фибронектину, коллагенам. Во второй фазе опухоле­вая клетка секретирует протеолитические ферменты и их активаторы, которые обеспечивают деградацию экстрацеллюлярного матрикса, освобождая тем са­мым ей путь для инвазии. В то же время продукты деградации фибронектина и ламинина являются хемоаттрактантами для опухолевых клеток, которые миг­рируют в зону деградации в ходе третьей фазы инвазии, а затем процесс повто­ряется снова.

Особенности экспрессии и распределения молекул клеточной адгезии в ткани опухоли могут служить дополнительными критериями злокачественно­сти при оценке прогноза заболевания. В частности, рассматриваемые ниже Е- кадгерин, катенины, СD44, матриксные металлопротеиназы - выступают в ка­честве маркеров инвазии и метастазирования.

Прочность адгезивных связей клеток обеспечивают Е-кадгерин, относя­щийся к семейству кадгеринов, и протеогликан CD44.

Кадгерины - трансмембранные гликопротеины, имеющие аминотерми­нальную экстрацеллюлярную часть, трансмембранный компонент и внутрикле­точный домен, локализующийся в цитоплазме клеток, - являются важными элементами межклеточных связей и в системе передачи сигналов, осуществ­ляющих контроль миграции, роста и дифференцировки клеток.

Е-кадгерин - представитель семейства классических кадгеринов, каль- ций-зависимая адгезивная молекула, характерная для клеток эпителиальных тканей. Длинные экстрацеллюлярные участки молекулы Е-кадгерина форми­руют на поверхности клеток параллельные димеры, которые при контакте с другими молекулами Е-кадгерина соседних эпителиальных клеток образуют прочные связи по типу молнии («zippers»). Цитоплазматический домен Е- кадгерина взаимодействует с цитоплазматическими протеинами: бета- катенином и гамма-катенином. Эти молекулы реагируют с альфа-катенином, который, в свою очередь, связывает кадгерин-катениновый комплекс с актино­вым цитоскелетом.

зивные связи, а молекулы катенинов - регуляцию функции молекул Е- кадгерина.

Нарушение процессов регуляции функции молекул кадгеринов и катени- нов происходит при мутации соответствующих генов. Мутантные молекулы Е- кадгерина утрачивают способность связываться с катенинами, а соответствен­но, и с актиновыми волокнами, в результате чего нарушается стабильность межклеточных контактов. Генетические альтерации бета-катенина нарушают взаимодействие между Е-кадгерином и альфа-катенинами и также приводят к снижению межклеточной адгезии.

Патологические изменения Е-кадгерин-связанной межклеточной адгезии ведут к опухолевой прогрессии и метастазированию. Онкогенный эффект му­таций Е-кадгерина связан с нарушениями морфогенетических свойств клетки. Кроме того, Е-кадгерин, вероятно, участвует в регуляции активности протеина клеточного цикла р53, в связи с этим можно полагать что онкогенное действие мутаций Е-кадгерина влияет на регуляцию клеточного цикла, апоптоз и кон­троль генетической стабильности тканей.

В настоящее время отмечена положительная корреляция между распре­делением Е-кадгерина и плохим прогнозом для различных опухолей. Невысо­кая экспрессия Е-кадгерина и катенинов в эпителиальных новообразованиях и меланомах ассоциирована с низкой дифференцировкой опухоли, локальной ин­вазией, вовлечением регионарных лимфоузлов и меньшей продолжительностью жизни.

Как правило, чем ниже дифференцировка опухоли, тем меньше экспрес­сия E-кадгерина в ткани. Это характерно для карциномы мочевого пузыря, поджелудочной железы, гепатоцеллюлярного рака, в которых наблюдается со­ответственно снижение альфа-катенина и бета-катенина. Иммуногистохимиче­ская реакция с антителами к Е-кадгерину в высокодифференцированной адено­карциноме толстого кишечника, как правило, демонстрирует фокальное окра­шивание опухоли, в умереннодифференцированной - с полями неоднородного

слабого окрашивания структур, в низкодифференцированной - опухолевые клетки Е-кадгерин негативные.

CD44 - трансмембранный гликопротеин, участвующий в межклеточных и клеточно-матриксных взаимодействиях и обладающий свойствами рецептора гиалуроната. Существует всего 11 разновидностей CD44 - стандартная, или так называемая гемопоэтическая изоформа (CD44H или CD44s), и 10 вариантных изоформ (CD44v), которые образуются при альтернативном сплайсинге.

Молекулы CD44 играют важную роль в процессе развития опухолей и, как полагают, способствуют опухолевой прогрессии. CD44 способен стимули­ровать клеточную пролиферацию, миграцию и изменение дифференцировки клеток первичной опухоли. Экспрессия молекул CD44 значительно усиливается в клетках новообразований. При взаимодействии с гиалуронат-содержащими структурами, которые входят в состав многих компонентов экстрацеллюлярно­го матрикса: коллагена, ламинина, хондроитина сульфата, фибронектина и др. CD44 способствует передаче межклеточных сигналов, стимулирует моторную и пролиферативную активность клеток. Обладая протеазным действием, CD44 разрушает протеины экстрацеллюлярного матрикса, особенно богатого гиалу- ронатами, и способствует инвазии опухолевых клеток, проникновению их через базальную мембрану и сосудистые стенки в кровеносное русло.

Выраженная экспрессия CD44 отмечается не только в эпителии опухолей, но и в клетках стромы - лимфоцитах, макрофагах и в компонентах экстрацел­люлярного матрикса. Характерно, что экспрессия CD44 в строме никак не свя­зана с его экспрессией в опухолевых клетках. Однако имеются работы, в кото­рых отмечалась стимуляция иммунной реакции опухолевыми клетками. Из­вестно, что CD44 также является маркером активации лимфоцитов. Стромаль­ные элементы опухоли оказывают значительное влияние на регуляцию роста опухоли, а аномалии молекул CD44 способствуют перестройке компонентов экстрацеллюлярного матрикса. Существуют работы, в которых выявлена кор­реляция между прогнозом развития опухоли и иммунореактивностью клеток к CD44.

Во многих опухолях человека, таких как колоректальный рак, неход- жкинская лимфома, рак молочной железы и меланома, белок CD44 может быть использован как диагностический и прогностический маркер.

В значительной степени прогноз результата лечения онкологических больных зависит от оценки вероятности развития метастазов. До настоящего времени исследователи не располагают достаточно четкими критериями, по­зволяющими распознать новообразования с высоким метастатическим потен­циалом. Тем не менее, степень инвазивного роста и метастазирование опухоле­вых клеток может определяться по их способности расщеплять компоненты экстраклеточного матрикса (ЭКМ) - базальные мембраны и межтканевую строму, состоящую из различных структурных белков: коллагенов, эластинов, ламининов и т.д. Преодоление базальной мембраны и продвижение по внекле­точному матриксу обеспечиваются секрецией протеаз. Многие протеолитиче­ские ферменты, такие как катепсины, сериновые протеазы, способны лизиро­вать отдельные компоненты ЭКМ in vitro, однако разлагать все структуры ЭКМ могут только матриксные металлопротеиназы.

Матриксные металлопротеиназы (ММП) - это семейство ферментов, которые способны разрушать внеклеточный матрикс или базальную мембрану. Они играют важную роль в росте опухоли и метастазировании, так как обеспе­чивают миграцию и внедрение опухолевых клеток. Активность этих ферментов регулируется тканевыми ингибиторами и активаторами.

Свое название матриксные металлопротеиназы получили за способность специфически гидролизовать основные белки экстраклеточного матрикса. ММП относятся к семейству цинковых металлопротеиназ, так как содержат в активном центре Zn2+. Известно около 20 представителей этого семейства.

Большинство ММП секретируется клетками в виде неактивных фермен­тов. В обычных условиях в тканях обнаруживаются незначительные количества ММП, при этом их активация приводит к протеолитическому разрушению ок­ружающих клетку белков. Активацию большинства ММП осуществляют про­теазы типа плазмина и активатора плазминогена урокиназного типа. Некоторые

ММП могут активизировать друг друга. В норме существует биологический механизм ограничения протеолиза тканей, вызванного активными ММП, в виде секреции клетками стромы тканевых ингибиторов металлопротеиназ (TIMP).

Злокачественные опухоли характеризуются инвазивным ростом и спо­собностью к метастазированию. Деградация базальной мембраны и стромы - пусковой фактор начала этих процессов. Многие опухоли имеют локально уве­личенные уровни матриксных металлопротеиназ, ферментов, способных разла­гать любой белок матрикса, что позволяет многим исследователям связывать их с инвазивным фенотипом опухоли. В свое время поиск ферментов, способных к разложению базальных мембранных коллагенов, привел к идентификации ММП-2, известной как коллагеназа IV типа.

В клинических исследованиях присутствие больших количеств активной ММП-2 связано с инвазивными раком молочной железы и карциномой легкого. У больных раком гортани наблюдалась корреляция между экспрессией ММП-2 и наличием метастазов в лимфатических узлах. Таким образом, продукция ММП-2 опухолевыми клетками может свидетельствовать об их инвазивном по­тенциале.

В последнее время происходит активный поиск прогностических биохи­мических маркеров, которые могли бы выявлять пациентов с высоким риском возникновения рецидивов. На роль таких факторов прогноза претендуют мно­гие опухолеассоциированные протеазы. Так, большое количество работ по раку молочной железы показало, что определение содержания протеазы активатора плазминогена урокиназного типа и его ингибиторов может иметь огромное прогностическое значение в оценке возникновения рецидивов. Кроме того, вы­сокие уровни TIMP-2 в ткани рака молочной железы коррелируют с сокраще­

нием времени ремиссии и полного выживания, а высокий уровень ММП-11 связан с плохим прогнозом.

Матриксные металлопротеиназы в настоящее время активно исследуются как прогностические факторы при многих других локализациях опухолевого процесса. Показатели экспрессии мРНК ММП-9 и TIMP-2 могут предсказать возникновение рецидива у больных с поверхностной переходноклеточной кар­циномой мочевого пузыря. Другие исследователи рекомендуют оценивать уровни экспрессии ММП-2, TIMP-2 и ММП-14 (активатора ММП-2) для про­гноза выживаемости при инвазивных раковых образованиях мочевого пузыря. Описаны также уровни разновидностей ММП при опухолях других локализа­ций: повышенная экспрессия ММП-2 и ММП-9 обнаруживалась при инвазив­ных карциномах головы и шеи, экспрессия TIMP-2 коррелировала с локальной инвазией опухоли. Прогностическая важность уровней ММП-2 была описана у больных раком простаты, а уровней ММП-2 и ММП-9 - у больных раком же­лудка и у больных раком гортани. ММП-7 - основная металлопротеаза, проду­цируемая клетками аденокарциномы пищевода, и ее экспрессия характеризует агрессивные инвазивные опухоли. ММП-11 в настоящее время считается мар­кером прогрессии опухоли ободочной кишки и рака молочной железы, её при­сутствие свидетельствует о плохом прогнозе заболевания. Обратная корреляция наблюдалась между уровнями экспрессий TIMP-2, TIMP-3 и стадией опухоле­вого процесса в опухолях гипофиза.

Таким образом, в настоящее время бесспорной является роль молекул адгезии не только в процессах эмбрионального развития, воспаления, иммун­ного ответа, формирования тромба, апоптоза, роста, регенерации, но также и в возникновении рецидивов и метастазировании опухолевых образований.