ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ БИОЛОГИЧЕСКАЯ, 2014, № 4, с. 348-354
= БИОХИМИЯ =
УДК 616-006.04+577.152.34
ДИАГНОСТИКА РАКА ЩИТОВИДНОЙ ЖЕЛЕЗЫ: ОГРАНИЧЕНИЯ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ И ПЕРСПЕКТИВЫ БУДУЩИХ РАЗРАБОТОК
© 2014 г. Н. П. Шарова*, И. Р. Сумеди**, Т. М. Астахова*, А. С. Плеханова**, Ю. В. Люпина*, Е. Е. Шашова***, И. В. Кондакова***, Г. В. Родоман**
*Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН, 119334 Москва, ул. Вавилова, 26 **Российский научно-исследовательский медицинский университет
им. Н.И. Пирогова МЗ РФ, 117997 Москва, ул. Островитянова, 1 ***НИИонкологии СО РАМН, 634009 Томск, пер. Кооперативный, 5 E-mail: npsharova@bk.ru Поступила в редакцию 20.01.2014 г.
На основании фундаментального исследования протеасом в злокачественных опухолях млекопитающих и человека предложен новый подход к разработке точного метода интраоперационной диагностики рака щитовидной железы. Метод связан с определением активности протеасом в небольших фрагментах опухоли и прилежащей к опухоли ткани.
DOI: 10.7868/S0002332914040122
Заболеваемость раком щитовидной железы неуклонно растет во всем мире (Hundahl et al., 1998; Leenhardt et al., 2004; Sprague et al., 2008; Jemal et al., 2011). Однако в настоящее время отсутствуют надежные методы дооперационной и интраоперационной диагностики этого онкологического заболевания. Вместе с тем от правильного диагноза зависят объем хирургического вмешательства, степень травматичности и последующая инвалидизация пациентов. Общепринятый метод дооперацион-ной диагностики новообразований щитовидной железы состоит в цитологическом исследовании материала, полученного с помощью тонкоигольной аспирационной пункционной биопсии. Впоследствии дооперационный диагноз сравнивается с диагнозом, поставленным с помощью гистологического анализа послеоперационного материала.
Исследователи всего мира пришли к общему заключению о непригодности цитологического метода для дооперационной диагностики до 40% новообразований щитовидной железы (Михнин, 2007; Cooper et al., 2009; Melillo, Santoro, 2012; Ward, Kloos, 2013; Xing et al., 2013). При этом категория "цитологически неопределяемых" новообразований включает в себя как злокачественные, так и доброкачественные типы фолликулярной неоплазии. В связи с серьезными ограничениями применения существующего метода проблема создания нового надежного способа до- и/или ин-траоперационной диагностики рака щитовидной железы приобрела острый характер. Более 20 лет назад были начаты поиски молекулярных маркеров злокачественных новообразований щитовид-
ной железы. В число исследуемых маркеров вошли фрагменты ДНК с мутациями, мРНК ряда белков, микроРНК, белки (Михнин, 2007; Banks et al., 2008; Kouniavsky, Zeiger, 2012; Xing et al., 2013). Сначала возлагались большие надежды на разработку этого подхода, который сравнивали со "Святым Граалем" (Xing et al., 2013).
В настоящее время поиск маркеров не завершен, хотя стало понятно, что данный подход не оправдывает ожиданий. При этом усилия многих лабораторий направлены на разработку оптимальной панели белковых маркеров, экспрессия которых в клетках пункционного материала оценивается с помощью более дешевого и доступного метода иммуноцитохимии по сравнению с методами исследования ДНК и РНК. Нами предложен принципиально иной подход к решению проблемы, который заключается в изучении и сравнении характеристик протеасом в новообразованиях щитовидной железы и прилежащих тканях. Ниже рассматриваются изученные компоненты создаваемой панели белковых маркеров, наиболее важные для дооперационной диагностики рака щитовидной железы. Приводится описание протеасом и перспектив их исследования для разработки точного интраоперационного метода диагностики этого заболевания.
БЕЛКОВЫЕ МАРКЕРЫ
При подборе молекулярных маркеров, пригодных для диагностики рака, в первую очередь учитываются их важнейшие характеристики — чув-
ствительность, специфичность и точность. Высокая чувствительность маркера характеризует высокую частоту его встречаемости в определенных типах злокачественных новообразований. Высокая специфичность отражает его наличие в злокачественных, но не в доброкачественных новообразованиях. Понятие точности связано с числом правильно поставленных диагнозов.
Один из предложенных маркеров, галектин-3, относится к лектинам, проявляющим высокое сродство к галактозидам. Он выполняет разнообразные функции в клетке, в том числе регулирует клеточный цикл и рост, участвует в процессах апо-птоза и образования опухолей (Liu, Rabinovich, 2005). Галектин-3 можно назвать хорошо изученным, но спорным маркером злокачественности опухолей щитовидной железы. Его чувствительность, по данным различных исследователей, составляет от 20 до 100%, значения специфичности варьируют от 62 до 100% (Bartolazzi et al, 2001; Sag-giorato et al, 2005; Sapio et al, 2007; Bryson et al., 2008; Raggio et al., 2010; Torregrossa et al, 2010). Тем не менее галектин-3 рекомендован для использования в диагностической панели белковых маркеров рака щитовидной железы.
В диагностическую панель предложено включить также цитокератин-19, который относится к семейству цитокератинов, участвующих в образовании цитоскелета эпителиальных клеток (Moll et al., 2008). При исследовании 125 образцов пунк-ционного материала новообразований щитовидной железы цитокератин-19 был выявлен в 36 из 42 образцов папиллярного рака, в 21 из 33 образцов фолликулярного рака и в 5 из 50 образцов фолликулярной аденомы (Saggiorato et al., 2005).
Еще один кандидат в маркеры — HBME-1 (Hector Battifora mesothelial cell-1), являющийся белком микроворсинок клеток мезотелиомы (Sheibani et al, 1992). К удивлению исследователей, он был обнаружен и в клетках дифференцированных типов (папиллярного и фолликулярного) рака щитовидной железы. HBME-1 характеризуется чувствительностью 79—87% и специфичностью 83—96% как диагностический маркер этого онкологического заболевания (Saggiorato et al, 2005; Franco et al, 2009; Torregrossa et al., 2010).
Кроме того, внимание исследователей было обращено на фузин (CXCR4), рецептор хемокина CXCL12. Функции CXCR4 связаны с хемотаксисом, клеточной миграцией и адгезией, а также с метастазированием рака щитовидной железы (Castellone et al., 2004; He et al., 2010; Teicher, Frick-er, 2010). Экспрессия CXCR4 была проанализирована в 100 образцах пункционного материала новообразований щитовидной железы в сравнении с экспрессией галектина-3 и HBME-1 (Torregrossa et al., 2010). Точность CXCR4 как диагностическо-
го маркера составила 88%, что было соизмеримо с точностью HBME-1 и превосходило значение точности для галектина-3. Несмотря на многообещающие первые результаты, требуются дополнительные исследования CXCR4.
В течение нескольких последних лет изучается рибонуклеопротеин IMP3 (insulin-like growth factor mRNA binding protein 3) как перспективный компонент для включения в диагностическую панель маркеров. IMP3 влияет на клеточную пролиферацию и экспрессируется в повышенных количествах в различных типах злокачественных опухолей (Kouniavsky, Zeiger, 2012). При исследовании 219 образцов опухолевого материала щитовидной железы выявлена 100%-ная специфичность IMP3 для группы фолликулярных типов злокачественных новообразований (Slosar et al, 2009). Однако чувствительность этого маркера оказалась невысокой, он обнаружен в 69% образцов фолликулярного рака и в 38% образцов папиллярного рака фолликулярного типа.
Из приведенных данных следует, что дальнейшая разработка метода иммуноцитохимического исследования панели маркеров может повысить точность дооперационной диагностики рака щитовидной железы по сравнению с цитологическим методом. Однако из этих данных ясно и то, что диагноз того или иного числа новообразований все равно будет неверным. Необходим совершенно иной подход к созданию высокоточного метода дооперационной или интраоперационной диагностики этого онкологического заболевания. Разработка такого подхода стала возможна благодаря открытию протеасом, отмеченному Нобелевской премией в 2004 г.
ПРОТЕАСОМЫ: СТРУКТУРА И ФУНКЦИИ
Термин "протеасома" (протеазы в соме) отражает наличие протеолитических активностей в дискретной частице — соме. Протеасомы организованы так, что протеолитически активные центры обращены внутрь протеолитической камеры, чтобы предотвратить случайное расщепление белков. Все клетки эукариот содержат множественные формы протеасом, различающиеся структурой и спецификой гидролиза белков (Sharova, Za-kharova, 2008). Наименьшая функциональная единица, 20S-протеасома, представляет собой цилиндрическую структуру длиной 15—17 и диаметром 11—12 нм, состоящую из двух внутренних и двух наружных колец (Groll et al., 1997; Sharova, Za-kharova, 2008). У эукариот каждое из двух внутренних колец образовано семью различными ß-субъ-единицами, окружающими полость, в которой происходит протеолиз. Три ß-субъединицы каждого кольца содержат треониновые протеолитиче-ские сайты. Субъединицы X(ß5), Y(ß1) и Z(ß2)
проявляют химотрипсин-, каспаза- и трипсин-подобную активности, которые расщепляют пептидные связи белка-субстрата после гидрофобных, дикарбоновых или положительно заряженных аминокислот соответственно (Ротанова и др., 2005). Каждое из двух внешних колец образовано семью различными а-субъединицами, которые окружают входное отверстие для белковых субстратов. Гидрофобные N-концы а-субъединиц служат своеобразной пробкой и препятствуют проникновению белков внутрь протеолитической камеры. 20S-протеасомы не способны распознавать и связывать убиквитинированные белки, однако они расщепляют некоторые белки независимо от убиквитина. К их числу относятся белки с поврежденной третичной структурой, некоторые вирусные антигены (Grune et al., 1996; Voigt et al., 2007; Yuksek et al., 2009).
Белки, меченные цепочкой из четырех и более молекул убиквитина, расщепляются 26S-протеа-сомами, отличительный признак которых — наличие в их структуре активатора РА700, состоящего из 17 субъединиц (Cascio et al., 2002; Naujokat, Hoffmann, 2002; Rechsteiner, Hill, 2005). Активатор РА700 отвечает за распознавание убиквитиниро-ва
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.