МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОЛОГИЯ, 2014, том 48, № 2, с. 214-222
= ОБЗОРЫ =
УДК 577.1:581.17
КЛЕТОЧНЫЕ МИШЕНИ ПРОТИВООПУХОЛЕВЫХ РИБОНУКЛЕАЗ
© 2014 г. В. А. Митькевич1, А. А. Макаров1, О. Н. Ильинская12*
Институт молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта Российской академии наук, Москва, 119991 2Казанский федеральный (Приволжский) университет, Казань, 420008 Поступила в редакцию 26.09.2013 г.
Принята к печати 30.09.2013 г.
Известно, что некоторые рибонуклеазы (РНКазы) оказывают селективное токсическое действие на опухолевые клетки, однако механизм их противоопухолевой активности во многом остается неясным. В представленном обзоре обсуждено взаимодействие РНКаз с клеточными компонентами, последствием которого является индукция апоптоза опухолевой клетки. Рассмотрены структуры клеточной поверхности, потенциальные акцепторы экзогенных РНКаз — кислые липиды и гликопротеины, гепаран-сульфат-содержащие протеогликаны, актин и ассоциированные с РНК белки. Клеточные мембраны нормальных и злокачественных клеток отличаются по составу этих компонентов, что во многом определяет избирательность действия РНКаз. В качестве внутриклеточных мишеней РНКаз рассмотрены РНК различного типа, приведены факты, показывающие возможность вмешательства экзогенных РНКаз в процесс РНК-интерференции. Обсуждена роль калиевых каналов, NF-кВ-зависимого сигнального пути и различных каспаз в апоптозе, индуцированном экзогенными РНКазами. Приведены доказательства того, что чувствительность клеток к действию экзогенных РНКаз связана с экспрессией определенных онкогенов, а именно RAS, KIT, AML1-ETO. Предполагается, что детализация механизмов цитотоксических эффектов РНКаз в восприимчивых к их действию малигнизированных клетках послужит основой для создания новых средств направленной противоопухолевой терапии.
Ключевые слова: рибонуклеаза, цитотоксичность, клеточная поверхность, актин, эндоцитоз, РНК-интерференция, онкогены, апоптоз.
CELLULAR TARGETS OF ANTITUMOR RIBONUCLEASES, by V. A. Mitkevich1, A. A. Makarov1, O. N. Ilinskaya1,2 (1Engelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of Sciences, Moscow, 119991 Russia; 2Kazan Federal (Volga-Region) University, Kazan, 420008 Russia; *e-mail: Olga.Ilin-skaya@kpfu.ru). Some ribonucleases (RNases) produce selective toxic effect on the cancer cells. The mechanism of this antitumor activity remains largely unclear. The subject of this review is the RNases interaction with cellular components, resulting in the induction of apoptosis of tumor cells. Cell surface structures, which are potential acceptors of the exogenous RNase are discussed: acidic lipids and glycoproteins, heparansulfate-con-taining proteoglycans, actin, and RNA-associated proteins. Cell membranes of normal and malignant cells differ according to the composition of these components, which largely determines the selectivity of RNases for the latter. Different types of RNA are examined as intracellular targets of the RNases activity, evidence is presented demonstrating the possibility of exogenous RNases intervening in the process of RNA interference. The role of potassium channels, NF-KB-dependent signaling pathway and various caspases in apoptosis induced by exogenous RNases is discussed. Evidence is also presented showing that the sensitivity of cells to exogenous RNases is linked to the expression of certain oncogenes, namely RAS, KIT, AML1-ETO. It is suggested that discovering the details of the mechanisms of RNases cytotoxic effect in malignant cells susceptible to their activity, will in the future serve as a foundation to developing new tools of targeted anticancer therapy.
Keywords: ribonuclease, cytotoxicity, cell surface, actin, endocytosis, RNA-interference, oncogenes, apoptosis. DOI: 10.7868/S002689841402013X
Ферменты, гидролизующие РНК — РНКазы — не только выполняют свои основные функции в клетке, но и вызывают ряд биологических эффектов, если действуют на клетку извне. Особое внимание уделяется таким потенциально примени-
* Эл. почта: Olga.Ilinskaya@kpfu.ru
мым в медицине свойствам РНКаз, как стимуляция роста кровеносных сосудов, токсичность по отношению к клеткам опухолей, противовирусная активность. Накопленные сведения о роли и функциях РНКаз позволяют рассматривать их как мно-
гообещающую альтернативу используемым в настоящее время средствам химиотерапии злокачественных новообразований. На сегодняшний день изучено значительное количество РНКаз, обладающих селективным цитотоксическим действием по отношению к клеткам опухолей [1—5]. Наиболее известна РНКаза лягушки Rana pipiens — онконаза, которая проходит III стадию клинических испытаний как препарат для комплексной терапии злокачественных новообразований легких [4, 5]. Поиск терапевтически значимых ферментов среди РНКаз млекопитающих не всегда оправдан в связи с эволюционно сформировавшейся системой защиты клетки от собственных РНКаз, опосредованной действием специфического цитозольного ингибитора РНКаз [6]. Бактериальные РНКазы не инактивируются ингибитором РНКаз, что, в сочетании с неограниченными возможностями биоинженерии этих ферментов, делает их особо привлекательными для разработки новых терапевтических средств. Необходимо отметить, что современные требования к противоопухолевым препаратам должны включать знания о механизме их действия, чтобы обеспечить эффективность и селективность индуцируемой гибели опухолевых клеток. В связи с этим в настоящем обзоре мы рассматриваем возможные клеточные мишени противоопухолевой активности РНКаз.
На поверхности опухолевых клеток обнаружены также отдельные соединения, не встречающиеся или редко встречающиеся в мембранах нормальных клеток, например, отрицательно заряженный фос-фатидилсерин, экспонированный на внешней мембране эпителиальных клеток сосудов в опухолях [9], поверхностные ганглиозиды клеток мелкоклеточного рака легкого, содержащие М-гликолилнейра-миновую кислоту [10], трансмембранный глико-протеин CD133 — маркер субпопуляций стволовых опухолевых клеток, обнаруженный недавно в клетках гастроэнтеропанкреатических нейроэндокрин-ных опухолей, но не в нормальных нейроэндокрин-ных клетках пищеварительной системы [11]. Эти соединения могут выступать в роли компонентов, акцептирующих РНКазы, однако экспериментальные данные получены пока только для анионного гепарансульфата в составе протеогликанов клеточной поверхности, который связывает катионный белок эозинофилов (ЕСР) [12]. Интересно, что снижение содержания одного из видов гепаран-сульфатпротеогликанов, глипикана-3, за счет блокирования его синтеза с помощью микроРНК miR-520c-3p приводило к вступлению клеток ге-патокарциномы в апоптоз [13]. Возможно, что сходный эффект будет наблюдаться и при блокировании функциональной активности гепаранс-ульфат-содержащих протеогликанов РНКазами.
КОМПОНЕНТЫ КЛЕТОЧНОЙ ПОВЕРХНОСТИ, С КОТОРЫМИ ВЗАИМОДЕЙСТВУЮТ ЭКЗОГЕННЫЕ РНКазы
На поверхности опухолевых клеток постоянно протекают различные процессы: появляется складчатость, образуются микровыросты, пузырьки и микроворсинки, что необходимо для активного потребления веществ из окружающей среды и дает преимущество в скорости роста. Различия в составе компонентов нормальных и малигнизированных клеток лежат в основе избирательного действия РНКаз.
Фосфолипиды и гликопротеины
Мембрана опухолевых клеток содержит больше кислых гликопротеинов и фосфолипидов, чем мембрана нормальных клеток; в ней увеличено также общее количество фосфолипидов при возрастании доли кислых и снижении щелочных функциональных групп молекул [7]. Отличается и качественный состав мембранных гликоконъ-югатов. Профиль мембранных гликанов эндометрия, установленный в результате анализа их связывания с различными лектинами, различается не только в нормальных и опухолевых клетках, но и в опухолях яичников разной степени диффе-ренцировки [8].
Белковые рецепторы
Анализ рецепторных и сигнальных белков 62 нормальных и 14 опухолевых клеточных линий показал, что только 6% рецепторов специфичны для определенного типа клеток и 4% сигнальных каскадов обогащены именно клеточноспецифич-ными белками, которые индуцируются в ответ на активацию рецепторов [14]. Дисфункция сигнальных путей в раковых клетках сопровождается снижением их "компонентной комплектации" по сравнению с нормальными клетками [14]. Отсутствие на клеточной поверхности специальных рецепторов РНКаз означает, что первичное взаимодействие экзогенной РНКазы с опухолевой клеткой неспецифично, и основную роль в нем играет электростатическое притяжение разноименно заряженных групп. Действительно, все РНКазы, обладающие противоопухолевой активностью, — онконаза, ECP, РНКаза семенников быка (BS-РНКаза), бина-за (РНКаза Bacillus intermedius, или B. pumilus в соответствии с международной классификацией [15]), барназа (РНКаза B. amyloliquefaciens), 5К мутант РНКазы Sa из Streptomyces aureofaciens — это основные белки [16].
Можно привести всего несколько примеров специфического связывания РНКаз с поверхностью клеток. Известны рецепторы колицина Е3, служащие структурной платформой для транслокации этой РНКазы через мембрану клеток
Escherichia coli [17], но такие структуры отсутствуют в клетках эукариот. Эндотелиальные клетки человека содержат рецепторы ангиогенина, фактора, индуцирующего рост сосудов и относящегося к семейству панкреатических РНКаз [18]. Установлено, что ангиогенин связывается с актином [19]. С актином может взаимодействовать также РНКаза Aspergillus niger (ACTIBIND), входящая в семейство микробных и растительных РНКаз Т2, причем в молекуле ACTIBIND за связывание с актином отвечают два консервативных негликози-лированных участка [20]. Рецепторной структурой для РНКаз может выступать и вирусный T-антиген (TAg), онкобелок, представленный на поверхности пневмоцитов MLE-12, поскольку он ковалент-но связан с РНК фосфодиэфирной связью между ß-гидроксилом серина и 5'-фосфатом. Гидролиз выделенного из трансформированных клеток мыши TAg РНКазой приводит к образованию стандартных рибонуклеозидфосфатов [21]. Нами показано, что пневмоциты MLE-12 подвергались цитотоксич
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.