БИОХИМИЯ, 2008, том 73, вып. 5, с. 656 - 660
УДК 576.385.5
перестройки молекулярной морфологии
ЭПИТЕЛИАЛЬНЫХ И СОЕДИНИТЕЛЬНО-ТКАННЫХ КЛЕТОК В НОРМАЛЬНЫХ МОРФОГЕНЕЗАХ И ПРИ КАНЦЕРОГЕНЕЗЕ
Обзор
© 2008 г. Ю.М. Васильев
НИИ канцерогенеза, ГУ Российский онкологический научный центр им. Н.Н. Блохина РАМН, 115478Москва, Каширское ш., 24; электронная почта: yuvasiliev@yahoo.com НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ им. М.В. Ломоносова, 119991 Москва
Поступила в редакцию 21.12.07
Полная или неполная трансформация эпителиоцитов в клетки мезенхимального типа (ЭМТ) постоянно сопровождает многие типы нормальных морфогенезов и эпителиальных канцерогенезов. Перестройки соединительнотканных клеток (фибробластов) также сопровождают соединительно-тканные канцерогенезы; динамика этих перестроек изучена еще недостаточно. Предполагается, что трансформации эпителиоцитов и фибробластов имеют одно общее звено, одного общего клеточного предшественника. Предполагается также, что в процессе многостадийного эпителиального канцерогенеза активируется нормальный сигнальный путь ЭМТ Эта активизация поддерживается отбором, поскольку она может способствовать диссеми-нации опухолевых клеток.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: микротрубочки, микрофиламенты, юный фибробласт, зрелый фибробласт, опухолевая трансформация.
Уже более 100 лет известно, что морфологические перестройки — характерный признак процессов канцерогенеза. На выяснении этих изменений основана вся патогистологическая диагностика опухолей в клинике. Вместе с тем за последние десятилетия коренным образом изменился спектр морфологических методов, применяемых для анализа клеток. Мы научились выявлять очень многие биологические молекулы, их локализацию в фиксированных и в живых клетках, анализировать динамику этих молекул в живой клетке, в культуре и в организме. Поэтому сегодня правомерно говорить о динамической молекулярной морфологии клеток.
Попытаемся рассмотреть в свете новых достижений один важнейший вопрос клеточной биологии и онкологии — вопрос о взаимоотношениях двух основных групп тканей Ме1а2оа: эпителия и тканей внутренней среды (мезенхимы). Переходы между этими двумя группами тканей, как теперь установлено, существуют и в онто-, и в канцерогенезе.
ЭПИТЕЛИАЛЬНО-МЕЗЕНХИМАЛЬНАЯ ТРАНСФОРМАЦИЯ (ЭМТ) В НОРМАЛЬНОМ МОРФОГЕНЕЗЕ
ЭМТ — Один из основных морфогенетичес-ких процессов, являющихся непременной и важнейшей частью практически всех эмбриоге-незов Ме1а2оа. Происхождение Ме1а2оа с несколькими зародышевыми листами из однослойных колониальных Рго1ю2оа также является продуктом полной ЭМТ, согласно теории Мечникова, или неполной ЭМТ, согласно теории Геккеля [1]. Полная или неполная ЭМТ — основа гастру-ляции у разных типов животных. У позвоночных полная ЭМТ является основой первой стадии эволюции нервного гребня [2], а неполная ЭМТ — основой процессов ангиогенеза и многих вариантов органогенеза. Существенным шагом вперед в изучении ЭМТ стала разработка экспериментальной модели этого процесса в клеточной культуре. Оказалось, что если добавить в культуру эпителия белок, называемый
рассеивающим фактором (HGF/SF), то индуцируется ЭМТ: островки тесно спаянных друг с другом дисковидных эпителиоцитов распадаются на множество удлиненных и активно движущихся поодиночке клеток мезенхимального типа [3]. Белок HGF/SF in vivo вырабатывается многими клетками мезенхимального происхождения и, возможно, играет роль в морфогенети-ческих преобразованиях близкорасположенных клеток эпителия. Полная ЭМТ наблюдается при воздействии HGF/SF на эпителиальные островки, растущие в обычных культуральных сосудах с плоским дном. Тот же белок при действии на культуры таких же клеток, растущие в сосудах с дном, покрытым коллагеновым гелем (сетью переплетающихся коллагеновых волокон), вызывает рост эпителия в виде тяжей и трубок [3]. Здесь клетки не отрываются полностью одна от другой, но контакты между ними уменьшаются, клетки вытягиваются, а краевые клетки направленно движутся вперед, удлиняя весь клеточный тяж. Пока неясно, что определяет полный или неполный тип ЭМТ. По-видимому, речь здесь идет о типе взаимодействия клеток с подлежащим матриксом, например о числе интегрино-вых фокальных контактов.
К настоящему времени детально исследованы многие стадии каскада сигнальных путей, активируемого HGF/SF и приводящего к полной ЭМТ [4]. Изучен специфический рецептор HGF/SF — белок Met. Показано, что на промежуточных этапах активируются специфические белки Snail и другие. Естественно, что при ЭМТ исчезают многие специфичные для эпителиев белки, например белки кератиновой группы, из которых построены промежуточные филамен-ты, типичные для всех эпителиев. Эти кератины исчезают и заменяются виментином — белком промежуточных филаментов, типичным для всех клеток мезенхимального происхождения. Аналогично Е-кадхерин (белок эпителиальных межклеточных адгезионных контактов) заменяется N-кадхерином (белком контактов соединительно-тканных клеток) [4]. Меняется и морфология этих контактов. Другие типы эпителиальных контактов (плотные контакты, десмосомы) вообще исчезают вместе с характерными для них специфичными белками (ZO-1, десмопла-кины и многие другие).
Мы еще мало знаем об изменениях актино-вого цитоскелета при ЭМТ Характерные для индивидуальных дисковидных эпителиальных клеток кольцевые актин-миозиновые прикрае-вые пучки исчезают уже на ранних этапах ЭМТ. Тонкие прямые актин-миозиновые пучки в небольшом количестве при ЭМТ сохраняются. Исчезают и зрелые интегриновые фокальные кон-
такты с матриксом. О механизмах этих перестроек цитоскелета и адгезионных структур почти ничего не известно. Естественным казалось предположение о том, что одной из ранних мишеней каскада, вызываемого активизацией Met, являются межклеточные контакты. Однако эта гипотеза не подтверждается, так как Е-кад-хериновые адгезионные структуры сохраняются вплоть до поздних стадий ЭМТ [5]. Одно из ранних проявлений воздействия HGF/SF на чувствительный эпителий — индукция образования по краю клетки участков полимеризации актино-вых микрофиламентов. Возможно, это как-то связано с диссоциацией межклеточных контактов, но детально не изучено. Об изменениях системы микротрубочек при ЭМТ практически ничего не известно. Резких видимых изменений микротрубочек при ЭМТ не наблюдается.
ЭМТ ПРИ ЭПИТЕЛИАЛЬНОМ КАНЦЕРОГЕНЕЗЕ
В начале прошлого столетия исследователями Лондонского института рака было замечено, что эпителиальные опухоли молочных желез (аденокарциномы) мышей при многократных пересадках от одной мыши другой часто меняют морфологию, превращаются в саркоматозную ткань, состоящую из клеток соединительнотканного типа [6]. Это явление объясняли чаще всего малигнизацией стромы опухолей, но теперь можно утверждать, что речь идет об ЭМТ опухолевых эпителиальных клеток, поскольку такое «саркоматозное» превращение многократно воспроизведено в клеточной культуре, где клеток стромы вообще нет. При этом ЭМТ индуцируется разными агентами: опухолеродными вирусами и химическими канцерогенами [7]. Очень удобной моделью такой ЭМТ оказалась одностадийная трансформация, вызываемая трансфекцией онкогена И-газ в клетки эпителиальной линии 1АЯ [8]. Линии, получаемые из таких клеток, точно соответствуют по морфологии клеткам, находящимся на средних или поздних стадиях фенотипической ЭМТ, вызываемой HGF/SF (чаще всего это удлиненные фибро-бластоподобные клетки, лишенные Е-кадхери-на). Больших актин-миозиновых пучков и зрелых интегриновых фокальных контактов с мат-риксом в этих клетках нет, но обычно есть тонкие актиновые пучки и малые фокальные инте-гриновые комплексы. Многие из этих линий приводят к образованию опухоли при трансплантации [7], но вопрос о связи опухолерод-ности со степенью утраты эпителиальных маркеров неясен.
Большинство эпителиальных злокачественных опухолей (карцином) у человека и животных сохраняют эпителиальные черты, что служит основой диагностики их тканевого происхождения. Наличие в таких опухолях кист, тяжей, трубок и иных сходных структур позволяет сравнивать эти опухоли по морфологии со структурами, индуцируемыми HGF/SF в эпителиальных культурах, которые растут в коллаге-новом геле. Иными словами, есть основания полагать, что клетки этих опухолей находятся в состоянии «застывшей» неполной ЭМТ
ИЗМЕНЕНИЯ МОЛЕКУЛЯРНОЙ МОРФОЛОГИИ ФИБРОБЛАСТОВ
(МЕЗЕНХИМОЦИТОВ) В НОРМАЛЬНОМ МОРФОГЕНЕЗЕ
Культивируемый фибробласт — морфологический прототип всех вариантов клеток мезен-химального происхождения (остеобластов, хондробластов и многих других), а также близких к ним клеток нейронального происхождения (глиоцитов). Такие фибробласты — резко уплощенные клетки, максимально распластанные на плоской неограниченной подложке [9]. На ограниченной площади подложки или на неплоских, а также малоадгезивных подложках эти клетки приобретают цилиндрическую форму. Широкая ламелла на одном из концов удлиненных клеток имеет активный край, где происходят полимеризация актиновых микрофила-ментов и образование плоских псевдоподий (ла-меллиподий). Маркером активного края служит комплекс белков, участвующих в такой полимеризации (Arp 2/3, WASP, VASP и др.).
Нормальные фибробласты характеризуются наличием стресс-фибрилл-пучков — фибрилл, состоящих из комплекса актиновых микрофи-ламентов с миозином II. Стресс-фибриллы оканчиваются соединенными с ними адгезионными комплексами (фокальными контактами), где посредством интегринов и многих других белков фибробласт прикрепляется к фибриллам матрикса. Стресс-фибриллы и фокальные контакты ответственны за натяжение фибробласта на матриксе.
В культуре in vitro и в соединительной ткани in vivo существуют разные варианты фиброблас-тов (по-видимому, один переходит в другой). Среди этих вариантов выделяется крупный фибробласт с большим числом стресс-фибрилл, многие из которых кроме обычного для фибро-бластов немышечного актина содержат также гладкомышечный актин [10, 11]. Такие фибро-бласты называют миофибробластами. Другие ва-
рианты фибробластов меньше по площади и по числу стресс-фибрилл. Возможно, миофибро-бласты играют какую-то ос
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.