БИОХИМИЯ, 2015, том 80, вып. 7, с. 967 - 979
УДК 577.124
ГАНГЛИОЗИДЫ ПРИ РАКЕ МОЛОЧНОЙ ЖЕЛЕЗЫ: НОВЫЕ ПЕРСПЕКТИВЫ
Обзор
© 2015 С. Гру-Дегрут, Й. Герардель, С. Жульен, П. Деланной*
Structural and Functional Glycobiology Unit, UMR CNRS 8576, University of Lille, 59655 Villeneuve d'Ascq, France; E-mail: philippe.delannoy@univ-lille1.fr
Поступила в редакцию 16.01.15 После доработки 01.04.15
Ганглиозиды являются неотъемлемыми компонентами плазматической мембраны и участвуют в процессах адгезии, пролиферации и распознавания клеток, а также в модуляции путей передачи сигналов. За эти функции в основном отвечает гликановая составляющая; при патологиях, включая раковые заболевания, в структуре ганглиозидов происходят изменения. Благодаря прогрессу в анализе ганглиозидов методами масс-спектрометрии недавно была выявлена роль ганглиозидов в прогрессировании рака молочной железы. В данном обзоре мы собрали актуальные данные по биосинтезу ганглиозидов и роли дисиалоганглиози-дов в прогрессировании и образовании метастазов трижды негативного рака молочной железы. Обсуждаются также новые возможности терапии рака молочной железы, использующие в качестве мишеней ганглиозиды.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: ганглиозиды, рак молочной железы, масс-спектрометрия, метастаз, синтаза c-Met, GD3.
Ганглиозиды представляют собой подкласс гликосфинголипидов (ГСЛ), отличительной чертой которого является присутствие одного или нескольких остатков сиаловых кислот в углеводной части. У млекопитающих они являются неотъемлемыми компонентами внешнего слоя плазматической мембраны, в которой они взаимодействуют с другими сфинголипидами, холестерином и трансмембранными белками, включая рецепторы или переносчики сигналов, образующие липидные рафты. Было показано, что ганглиозиды являются ключевыми молекулами в плазматической мембране, участвующими в процессах адгезии, пролиферации и распознавания клеток, а также в модуляции путей
Принятые сокращения: ГСЛ — гликосфинголипи-ды, ГТ — гликозилтрансфераза, MS — масс-спектрометрия, MALDI — матрикс-ассоциированная лазерная десорбция-ионизация, DHB — дигидроксибензойная кислота, IMS — масс-спектрометрия с визуализацией, ТСХ — тонкослойная хроматография, ВЭЖХ — высокоэффективная жидкостная хроматография, т.п.н. — тысячи пар нуклеотидов, а.о. — аминокислотные остатки, ЭР — рецептор эстрогена, миРНК — малые интерферирующие РНК, шРНК — шпилечные РНК, ESI — ионизация электрораспылением, мАт — моноклональные антитела.
* Адресат для корреспонденции.
передачи сигналов [1, 2]. За эти различные функции в основном отвечает гликановая составляющая; в патологических условиях, включая атеросклероз, нейродегенеративные расстройства и рак, в структуре ганглиозидов могут происходить изменения [3—5]. В частности, для ряда опухолей нейроэктодермального происхождения была показана неоэкспрессия дисиа-логанглиозидов, которые играют ключевую роль в инфильтрации опухолевых клеток и образовании метастазов [6], что делает дисиалоганг-лиозиды привлекательными молекулярными мишенями для иммунотерапии рака [7, 8].
СТРУКТУРА И БИОСИНТЕЗ ГАНГЛИОЗИДОВ
Большая часть структурной изменчивости ганглиозидов связана с углеводным доменом, для которого характерно высокое структурное разнообразие. ГСЛ подразделяют на ряд серий на основании их моносахаридных последовательностей, наиболее распространенными из которых для позвоночных являются (изо)глобо, (нео)лакто, (изо)ганглио, (нео)гала и муко-се-рии (таблица) [9]. Хотя некоторые ганглиозиды
Основные серии гликосфинголипидов у животных
Серия Структура Сокращение
Глобо/изоглобо Gala1-4Galpl-4/3Glcpl-Cer Gb/iGb
Лакто/неолакто Galp1-3/4GlcNAcp1-3Galp1-4Glcp1-Cer Lc/nLc
Ганглио/ изоганглио GalNAcp1-4/3Galp1-4Glcp1-Cer Gg/iGg
Муко Galp1-4Galp1-4Glcp1-Cer Mc
Гала Gala1-4Glcpl-Cer Ga
происходят от лакто-, неолакто- и глобо-серий, большинство из них относится к ганглио-серии ГСЛ. Ганглиозиды содержат углеводный кор различной длины, к которому сиаловые остатки могут присоединяться по различным положениям (рис. 1). Основной последовательностью кора является тетрасахарид Galpl-3GalNAcpl-4Galpl-4Glcp (Gg4), но в одном типе клеток, как правило, сосуществуют ди-, три- и тетрасаха-ридные версии, в то время как общее число замещающих сиаловых остатков кислот варьирует от 0 (что формально не соответствует определению ганглиозида) до 5.
Биосинтез ганглиозидов начинается с переноса остатка глюкозы в цис-Гольджи на церамид (Cer) ферментом UDP-Glc: ^ацилсфингозин Р^-глюкозилтрансферазой (GlcCer-синтазой), кодируемой геном иОСО [11]. Глюкозилцера-мидсинтаза высокоспецифична по отношению к церамиду и может ингибироваться Б^-трео-1-фенил-2-деканоиламино-3-морфолино-1-про-панолом (PDMP) или Б^-трео-1-фенил-2-пальмитоиламино-3-морфолино-1-пропанолом (PPMP), блокируя синтез практически всех ГСЛ [12]. Следующим шагом является галактозили-рование глюкозилцерамида (GlcCer) до лакто-зилцерамида (LacCer) ферментом UDP-Gal: GlcCer р1,4-галактозилтрансферазой (LacCer-синтазой) [13, 14]. Последующий перенос остатков сиаловых кислот на LacCer катализируется сиалилтрансферазами ST3Gal V ^М3-синта-зой), ST8Sia I (GD3-синтазой) и ST8Sia V ^Х3-синтазой), каждая из которых обладает высокой специфичностью в отношении гликолипидных субстратов [15]. Было показано, что ST3Gal V человека в качестве субстрата-акцептора для синтеза GM3 (П3Neu5Ac1-Gg2Cer) [16] использует только LacCer. GD3-синтаза (GD3S) SX8Sia I также высокоспецифична к GM3 [17], но фермент человека также может использовать GD3
(II3Neu5Ac2-Gg2Cer) для синтеза GT3 (II3Neu5Ac3-Gg2Cer) [18]. ST8Sia V человека демонстрирует более широкую ферментативную активность в отношении ганглиозидов, используя как GD3, так и GM1b (IV3Neu5Ac1-Gg4Cer), GD1a (IV3Neu5Ac1II3-Neu5Ac1-Gg4Cer) или GT1b (IV3Neu5Ac1II3Neu-5Ac2-Gg4Cer) в качестве акцепторов [19]. Таким образом, LacCer, GM3, GD3 и GT3 являются предшественниками 0-, a-, b- и c-серий ганглиозидов соответственно [10], и биосинтез этих соединений определяет относительное соотношение ганглиозидов в каждой серии (рис. 1).
На следующих стадиях р1,4-^ацетил-га-лактозаминилтрансфераза I ^ш^т-синтаза) [20], р1,3-галактозилтрансфераза IV [21] и различные сиалилтрансферазы (рис. 1) могут последовательно переносить остатки GalNAc, Gal и Neu5Ac. р 1,4^-ацетил-галактозаминилтранс-фераза I активна в четырех сериях ганглиозидов и превращает LacCer, GM3, GD3 и GT3 в GA2 (аси-ало-GM2), GM2, GD2 и GT2 соответственно [22, 23]. Аналогичным образом р1,3-галактозилтранс-фераза IV использует GA2, GM2, GD2 и GT2 в качестве акцепторов [22]. Терминальный остаток Gal может в дальнейшем использоваться как акцептор а2,3-сиалилтрансферазой. Было показано, что как ST3Gal I, так и ST3Gal II переносят остаток сиаловой кислоты на дисахаридную последовательность Galp1-3GalNAc [24, 25]. При этом исходя из кинетических параметров и распределения в тканях, похоже, что основной вклад в терминальное а2,3-сиалилирование ганглиозида вносит ST3Gal II [26]. Наконец, терминальный трисахарид Neu5Aca2-3Galp1-3GalNAc может быть затем замещен еще одним остатком сиаловой кислоты через а2,8-связь ST8Sia V [19] или через а2,6-связь к остатку GalNAc в GM1b, Gd13 или GT1b (рис. 1) с образованием ганглиозидов а-серии. Было показано, что три члена семейства CMP-Neu5Ac: p-N-ацетил-галактозаминид а2,6-сиалилтрансфераз (ST6Gal-NAc III, V и VI) катализируют in vitro перенос остатков сиаловых кислот на GM1b (IV3Neu5Ac1Gg4-Cer) с образованием GDta [27]. Однако исходя из специфичности к субстратам и характера экспрессии, основным ферментом, образующим ганг-лиозиды а-серии, считают ST6GalNAc V [28].
Нормальные ткани человека экспрессируют «простые» ганглиозиды 0- и a-серий, в то время как «сложные» ганглиозиды b- и с-серий практически не встречаются нигде кроме нервных клеток здорового взрослого человека, но могут повторно экспрессироваться при некоторых типах раках, включая меланому и опухоли мозга [29]. Ферменты, участвующие в биосинтезе ганглиозидов, являются типичными гликозилтранс-феразами типа II, заякоренными в мембране (ГТ),
Рис. 1. Пути биосинтеза ганглиозидов. Ганглиозиды синтезируются путем последовательного присоединения моносахаридов к церамиду. Церамид (Cer) является акцептором для UDP-Glc: церамид ß-D-глюкозилтрансферазы. Надстройка GlcCer происходит под действием UDP-Gal: GlcCer ß1,4-галактозилтрансферазы с образованием лактозилцерамида (Ga3). Действие ST3Gal V (GMз-синтазы), ST8Sia I (GDз-синтазы) и ST8Sia V (G-рз-синтазы) приводит к биосинтезу предшественников a-, b- и c-серий ганглиозидов соответственно. Ганглиозиды 0-серии синтезируются напрямую из лактозилцерамида. Удлинение цепи происходит в результате последовательного действия N-ацетилгалактозаминилтрансферазы (ß4GalNAc T1), галактозилтрансферазы (ß3Gal T4) и сиалилтрансфераз (ST3Gal II и ST8Sia V). Ганглиозиды а-серии синтезируются в результате действия ST6GalNAc V на GM1b, GD1a или GT1b. Кодовые названия ганглиозидов приведены по Свеннерхольму [10]
с градиентом распределения внутри аппарата Гольджи, образующими функциональные комплексы, подобные описанным для LacCer-синта-зы, GM3-синтазы и GD3-синтазы в мультифер-ментном комплексе в цис-Гольджи [30]. Предполагается, что эти комплексы действуют без высвобождения промежуточных структур, что позволяет гарантировать биосинтез четко определенных ганглиозидов в качестве конечных продуктов. Регуляция ГТ, участвующих в синтезе ганглиозидов, в основном происходит на уровне транскрипции, кроме того, экспрессия генов ГТ является тканеспецифичной. Например, ген Б40ЛЬМЛСТ1, как правило, экспрессируется в мозгу человека, легких и яичках, в то время как БТ3&ЛЬ5 — во всех тканях человека [16, 31].
ПОСЛЕДНИЕ ДОСТИЖЕНИЯ В МАСС-СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОМ АНАЛИЗЕ ГСЛ
Несмотря на присущее им структурное разнообразие, все ГСЛ можно разделять с использованием широкого набора хроматографичес-ких методов. После выделения гомогенной фракции ганглиозидов в 1940-х гг. большинство разработанных протоколов очистки было основано на использовании экстракции органическими растворителями и в последнее
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.