ОНТОГЕНЕЗ, 2004, том 35, № 4, с. 254-272
== ОБЗОРЫ
УДК 576.355:577.95+616.006
ПОЛИПЕПТИДНЫЕ ФАКТОРЫ РОСТА В ПРОЦЕССАХ ЭМБРИОНАЛЬНОГО РАЗВИТИЯ И ОПУХОЛЕВОГО РОСТА
© 2004 г. Р. С. Стойка, Р. Р. Панчук, Б. Р. Стойка*
Институт биологии клетки НАН Украины 79005 Львов, ул. Драгоманова, д. 14/16 Львовский национальный университет им. Ивана Франко 79005 Львов, ул. Грушевского, д. 4 *Львовский государственный медицинский университет им. Данила Галицкого 79010 Львов, ул. Пекарская, д. 52
Поступила в редакцию 10.03.03 г. Окончательный вариант получен 03.09.03 г.
Полипептидные факторы роста, принадлежащие к разным семействам (эпидермальные факторы роста, инсулиноподобные факторы роста, факторы роста фибробластов, трансформирущие факторы роста типа ß и некоторые другие) охарактеризованы с учетом их специфической роли в эмбриональном развитии и опухолевом росте. Отмечены различия и параллелизм в функционировании факторов роста в этих антагонистических процессах. Обсуждается потенциальное значение представленных факторов роста для направленной модуляции эмбрионального развития и опухолевого роста.
Ключевые слова: полипептидные факторы роста, эмбриональное развитие, опухолевый рост.
Поскольку сходство эмбриональных и опухолевых клеток во многом объясняется специфическим действием локально синтезируемых ими полипептидных факторов роста (ПФР) (Стойка и др., 2003), вначале будет рассмотрена роль этих биорегуляторов в процессах эмбрионального развития и опухолевого роста. Практически все ПФР представлены в организме животных и человека семействами структурно и функционально родственных белков (Кусень, Стойка, 1985). В нашем обзоре краткая характеристика того или иного семейства базируется на свойствах ПФР, являющегося его родоначальником. В то же время особенности функционирования ПФР в процессах, происходящих в эмбрио- или канцерогенезе, рассмотрены на примере разных ПФР. Кстати, именно "семейственность" многих ПФР, по-видимому, является причиной того, что нокаутная инактивация отдельных генов ПФР не всегда вызывает гибель организма. Функция одного из генов, являющегося членом семейства ПФР, может быть частично или полностью компенсирована функцией другого гена, относящегося к тому же семейству. В то же время дефицит некоторых генов ПФР несовместим с нормальной жизнедеятельностью, и, хотя организм в ряде случаев может завершить процесс эмбрионального развития, однако его дальнейшему выживанию препятствуют много-
численные патологии. В обзоре в сравнительном аспекте рассмотрена роль разных ПФР во время эмбрионального развития и опухолевого роста. При этом отмечены как различия, так и сходство в функционировании отдельных ПФР в этих антагонистических процессах. Приведенные данные могут быть полезными для разработки новых подходов направленного влияния на процессы эмбрионального развития и опухолевого роста.
СЕМЕЙСТВО ЭПИДЕРМАЛЬНЫХ ФАКТОРОВ РОСТА
Общая характеристика. Семейство эпидер-мальных факторов роста (ЭФР) включает ПФР, объединенные по признаку наличия в них ЭФР-подобного структурного домена (Фильчен-ков и др., 1994). Характерной особенностью этого домена являются шесть высококонсервативных остатков цистеина, с помощью которых формируется трехмерная структура молекулы ЭФР, необходимая для проявления его биологической активности. Кроме самого ЭФР в семейство входят: трансформирующий фактор роста а (ТФР-а); амфирегулин; ЭФР, связываемый гепарином (Ие-рагт-Ьтёт§ БОБ, НВ-БОБ); Р-целлюлин; эпире-гулин; томорегулин и подсемейства неурегулина и ЭФР-подобного полипептида СпрЮ. Большин-
ство этих ПФР синтезируются в виде ассоциированных с клеточной мембраной биологически активных предшественников. Они способны взаимодействовать с внеклеточными лигандами, используя для этого юкстакринный принцип, при котором лиганд, так же как и его специфический рецептор, является интегральным белком плазматической мембраны клетки.
ЭФР был впервые идентифицирован в подчелюстных железах мышей как белок, способствующий преждевременному прорезанию зубов и открыванию глаз у новорожденных мышат (Cohen, 1962). ЭФР также выделен из мочи беременных женщин и вначале охарактеризован как ингибитор секреции соляной кислоты в желудке (урогастрон). В норме у взрослых людей ЭФР экспрессируется в клетках подчелюстных желез, Брюннеровых желез тонкого кишечника и в почках. Он обладает сильным митогенным действием на клетки эпителия и соединительной ткани и может выполнять трофическую функцию in vivo.
ЭФР является полипептидом (молекуляр. масса 5.6 кДа), состоящим из 53 аминокислотных остатков. Он синтезируется в виде большого предшественника (1217 остатков аминокислот), который обладает биологической активностью, поскольку способен связываться со специфическими рецепторами ЭФР и их активировать.
ТФР-а, структурно и функционально родственный ЭФР, также синтезируется в форме активного профактора и его действие опосредуется рецептором ЭФР. ТФР-а был идентифицирован в кондиционированной среде, полученной от трансформированных вирусом и опухолевых клеток человека. Он представляет собой полипептид, состоящий из 50 аминокислотных остатков с общей молекуляр. массой 5.6 кДа (Derynck, 1992). Вместе с ТФР-ß, не относящимся к семейству ЭФР (см. ниже), он вызывает фенотипическую трансформацию нормальных фибробластов млекопитающих, препятствуя контактному ингиби-рованию и индуцируя рост клеток, независимый от прикрепления к субстрату. ТФР-а также экспрессируется в некоторых нормальных тканях взрослых организмов, в первую очередь в эпителиальных клетках регенерирующих тканей (Yasui et al., 1992).
Биологическое действие ЭФР и ТФР-а опосредуется одинаковыми специфическими рецепторами, которые также известны как ErbB1/HER1 и принадлежат к семейству тирозинкиназных рецепторов 1-го типа. Рецептор ЭФР представляет собой гликопротеин с молекуляр. массой 170 кДа и высокой структурной гомологией с онкобелком v-ErbB вирусного эритробластоза птиц (Wells, 1999). Он состоит из внеклеточного, гидрофобного трансмембранного и внутриклеточного доменов, при этом последний обладает тирозинкиназ-
ной активностью (Normanno et al., 2001). Три других представителя семейства белков ErbB (ErbB2, ErbB3 и ErbB4) характеризуются высокой степенью структурной гомологии с ErbBl в области ти-розинкиназного домена.
Несмотря на то что в организме млекопитающих ЭФР и ТФР-а обладают очень похожей биологической активностью и связываются с одним и тем же рецептором - ErbBl, все же между ними существуют определенные различия в экспрессии в эмбрио- и канцерогенезе.
Роль в эмбриогенезе. Информационные РНК ЭФР, ТФР-а и рецептора ЭФР (в дальнейшем ErbBl) обнаруживаются уже в яйцеклетках, 8-клеточных зародышах и бластоцистах человека (Normanno et al., 2001), что предполагает экспрессию соответствующих генов еще в ооците. Экспрессия ЭФР, ТФР-а и рецептора ЭФР в яйцеклетках и зародышах человека несколько отличается по своим пространственно-временным характеристикам от экспрессии этих белков у других видов млекопитающих. Так, в эмбрионах мыши, коровы, свиньи и овцы ЭФР отсутствует вплоть до стадии имплантации (Watson et al.,
1994). У мыши ТФР-а детектируется лишь со стадии 8-клеточного зародыша (Rappolee et al., 1988), несмотря на то что мРНК рецептора ЭФР присутствует уже в зиготе.
Роль ЭФР, других родственных ему ПФР и их рецептора в клетках предымплантационных зародышей человека до конца не выяснена. Считается, что они непосредственно участвуют в имплантации зародыша в эндометрий матки. Это подтверждается как фактом имплантации блас-тоцист при внутриматочном или внутривенном введении ЭФР (Johnson et al., 1993), так и тем, что бластоцисты, полученные от мышей, нокаутных по гену ErbBl, во время имплантации погибают (Das et al., 1994).
Экспрессия ТФР-а сосредоточена во внутренней клеточной массе зародыша, что предполагает его аутокринную роль в развитии бластоцисты, опосредуемую рецепторами ЭФР на базолате-ральных мембранах. В отсутствие протеаз, необходимых для расщепления предшественников и формирования зрелых форм ЭФР и ТФР-а, эти незрелые ПФР могут проявлять свои биологические функции с помощью юкстакринной регуляции, тем самым совместно контролируя рост тро-фобласта и внутренней клеточной массы. Не менее важна их роль, особенно рецептора ЭФР, и в дальнейшем развитии зародыша. В среднем периоде беременности рецептор ЭФР экспрессируется во многих тканях и органах (Derynck, 1992). Его функции, так же как и функции связываемых им ТФР-а и ЭФР, были наглядно продемонстрированы на нокаутных линиях мышей (Miettinen et al.,
1995). Большинство зародышей, нуль-зиготных
по гену ЕгЬВ1, гибнут еще до рождения, а у выживших наблюдаются масштабные отклонения от нормы в органах эпителиального происхождения (кожа, волосяные фолликулы, глаза и легкие), что демонстрирует его важную роль в пролиферации и/или дифференцировке эпителиальных клеток (М1еШиеи е! а1., 1995). Кроме уменьшения массы тела у таких мышей наблюдались серьезные нарушения в развитии головного мозга, проявляющиеся в прогрессивной нейроде-генерации фронтальной коры, обонятельных луковиц и таламуса (БМНа е! а1., 1998). Этот процесс вызывает массовый апоптоз нейронов и сопровождается повышенной экспрессией протоонко-гена c-fos.
В то же время показано, что дефицит экспрессии генов ЭФР и ТФР-а вполне совместим с жизнью, хотя у животных, нокаутных по гену ТФР-а, наблюдаются аномалии в развитии волосяных фолликулов и росте волос, уменьшается масса тела, а также происходит задержка в открытии глаз и ряд других офтальмологических аномалий (Биейеке е! а1., 1993). Это может быть связано с задержкой миграции и деления клеток век во время поздних стадий эмбрионального развития. У му-тантных организмов, гомозиготных по дефектному гену ЭФР или амфирегулина, также не выявлено существенных морфологических и физиологических аномалий и нарушений фертильности. Более того, нуль-зиготные по генам ЭФР, ТФР-а и амфирегулина мыши вполне жизнеспособны и не имеют значительных фенотипических отклонений от нормы. Однако более детальный анализ все же показал, что у самок таких м
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.