УДК 576.385.5
ПЛАСТИЧНОСТЬ МЕХАНИЗМОВ МИГРАЦИИ ОПУХОЛЕВЫХ КЛЕТОК: ПРИОБРЕТЕНИЕ НОВЫХ СВОЙСТВ ИЛИ ВОЗВРАТ К «ХОРОШО ЗАБЫТЫМ»
СТАРЫМ?
Обзор
© 2014 А.Ю. Александрова
Институт канцерогенеза Российского онкологического научного центра им. Н.Н. Блохина РАМН, 115478 Москва, Каширское шоссе, 24; электронная почта: tonya_alex@yahoo.com
Поступила в редакцию 08.05.14 После доработки 05.06.14
При развитии злокачественных новообразований опухолевые клетки могут проходить несколько этапов, в процессе которых существенно изменяются их морфология, способности к взаимодействию с другими клетками и внеклеточным матриксом. При этом меняются молекулярные механизмы, регулирующие движение клеток, что в свою очередь приводит к изменению характера и эффективности клеточной миграции. Это так называемые переходы — эпителиально-мезенхимальный и мезенхимально-амебоидный. В результате этих переходов миграция клеток становится все более независимой от окружения, и расселение клеток осуществляется все более агрессивно, что приводит к образованию отдаленных метастазов. Обсуждение особенностей каждого из переходов, специфичности клеточных структур, отвечающих за каждый тип движения, и молекулярных механизмов, их регулирующих, является темой данного обзора.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: эпителиально-мезенхимальный переход, мезенхимально-амебоидный переход, ак-тиновый кортекс, ламеллиподия, филоподия, блеб, малые ГТФазы.
Развитие опухолевого процесса тесно связано с приобретением клетками опухоли способности к усилению миграции, что ведет к выходу этих клеток за пределы больного органа, заселению ближайших органов и тканей (инвазия), а также к расселению опухолевых клеток в отдаленные органы с последующим образованием там новых опухолевых узлов (метастазирова-ние). Именно эти процессы являются основной причиной смерти онкологических больных. Для того чтобы преодолеть межтканевые барьеры, проползти через базальные мембраны и разнообразно организованный внеклеточный мат-рикс (ВКМ), получить возможность проникать в лимфатические или кровеносные сосуды для распространения по организму, опухолевые клетки должны проявить совершенно новые свойства, способствующие их эффективной миграции в условиях очень разнообразного нового окружения, существенно отличающегося
Принятые сокращения: ЭМП — эпителиально-ме-зенхимальный переход, МАП — мезенхимально-амебоид-ный переход, АМП — амебоидно-мезенхимальный переход, ВКМ — внеклеточный матрикс, ММП — матриксные металлопротеазы.
от старого. Считается, что появление у опухолевых клеток новых свойств, поддерживающих их неограниченное деление и способствующих их усиленному расселению и выживанию в новых условиях, связано с нестабильностью их генома [1], что ведет к появлению и закреплению новых адаптаций и, тем самым, к прогрессии опухоли. Каждый из этих шагов (повышенная способность к миграции, неограниченность деления и выживание в неоптимальных условиях) достигается сложным комплексом молекулярных механизмов. Например, приобретение клетками «подвижного» фенотипа сопряжено с существенными изменениями их цитоскелета, разрушением межклеточных контактов, изменениями морфологии клеток, повышением активности выделения протеаз и многими другими свойствами. Конечно, часто приобретение новых свойств происходит постепенно и объясняется количественными изменениями в продукции того или иного белка. Однако можно выделить несколько этапов, которые сопряжены с переходом клеток на новый способ движения, в основе которых лежит смена молекулярных механизмов, регулирующих клеточное движение. Такие изменения несут качественный характер и
8
1169
носят название «переходы». Выделяют два таких этапа.
Эпителиально-мезенхимальный переход (ЭМП)
(раньше также использовалось другое название — «эпителиально-мезенхимальная транзиция» (ЭМТ)), при котором клетки, ранее объединенные межклеточными контактами в единый эпителиальный пласт, теряют эти контакты и начинают двигаться поодиночке на манер, сходный с движением фибробластов (мезенхимальных клеток). При этом клетки переходят от коллективного движения к индивидуальному.
Мезенхимально-амебоидный переход (МАП), при котором клетки, ранее передвигающиеся как фибробласты по мезенхимальному механизму, округляются и начинают передвигаться за счет образования специфических пузырей — блебов, что напоминает движения амебы Б1сИо-з1еИит, т.е. переходят к амебоидному способу движения.
Каждый из этих переходов дает клеткам определенные преимущества в миграции и позволяет увеличить ее эффективность, а, следовательно, и эффективность диссеминации клеток. В основе каждого типа движения лежат различные молекулярные механизмы, и, соответственно, переход обозначает переключение этих механизмов. Способность клеток изменять механизмы движения в зависимости от внешних условий и внутриклеточных регуляций называется пластичностью. Мы рассмотрим подробнее каждый из этих типов движения, морфологические особенности клеток, мигрирующих различными способами, клеточные и молекулярные механизмы, поддерживающие эти способы движения, и регуляторные пути, управляющие переключением с одного способа движения на другой. Пластичность механизмов движения была показана для опухолевых клеток и является адаптацией, возникающей в процессе развития опухоли, которая способствует развитию инвазий и метастазов. Вопрос о том, на каком этапе развития опухоли появляется это свойство, и является ли оно общим биологическим свойством клеток или исключительной особенностью раковых клеток, на мой взгляд, представляет особый интерес и важен для понимания общих механизмов, лежащих в основе движения опухолевых клеток.
ЭПИТЕЛИАЛЬНО-МЕЗЕНХИМАЛЬНЫЙ ПЕРЕХОД
Эпителиально-мезенхимальный переход (ЭМП) — комплексные перестройки, в результате которых малоподвижные эпителиальные клетки различных органов, объединенные в
единый пласт, приобретают способность к индивидуальной миграции. В норме фибробласты (мезенхимальные клетки) передвигаются как индивидуальные (например, при заживлении ран), поэтому такое движение носит название мезенхимальное. Переход от коллективной миграции к индивидуальной, сопровождающийся потерей эпителиальной морфологии и приобретением клетками фибробластоподобных черт, носит название ЭМП [2—4]. ЭМП наблюдается в определенных ситуациях — при заживлении ран, в эмбриональном развитии [5, 6] и при развитии онкологических заболеваний. Основными признаками ЭМП является разборка межклеточных контактов, нарушение базально-апи-кальной полярности клеток, перестройка акти-нового цитоскелета и приобретение клетками «мобильного» фенотипа. ЭМП — довольно интенсивно изучаемый процесс, он сопровождается существенным изменениями в транскрипции разных генов [7, 8]. Эти изменения регулируются транскрипционными факторами, такими как Snail, Twist, Slug, ZEB1, ZEB2, Lef-1, b-катенин и др. ЭМП приводит к появлению у клеток полярного фенотипа с выраженным передним и хвостовым отделами [9]. Движение клеток происходит за счет образования протрузий на переднем конце клеток и сокращения хвостового отдела. При мезенхимальном движении наблюдается секреция протеолитических ферментов матриксных металлопротеаз (MMP) и урокина-зоподобного активатора плазминогена (uPA), которые осуществляют деградацию внеклеточного матрикса (ВКМ) [10—12]. За счет деградации ВКМ трансформированные клетки прокладывают себе путь и преодолевают тканевые барьеры. Основными протрузиями, образующимися при мезенхимальном движении и являющимися морфологическими признаками этого типа движения, являются ламеллиподия (широкий пластинчатый вырост на переднем конце клетки) и филоподии (узкие цилиндрические выросты). Актиновый цитоскелет у клеток, двигающихся по мезенхимальному механизму, представлен в основном пучками микрофила-ментов, стресс-фибриллами. Ниже мы рассмотрим несколько подробнее строение и механизмы формирования различных протрузий, отвечающих за движение клеток (рисунок).
МЕЗЕНХИМАЛЬНО-АМЕБОИДНЫЙ ПЕРЕХОД
Этот этап представляет собой изменение характера движения индивидуальных клеток и основан на принципиальной смене молекулярных
механизмов, регулирующих выдвижение прот-рузий на лидирующем краю клеток. Внешне МАП выражается в том, что, хотя клетки продолжают двигаться индивидуально, изменяется их морфология, строение цитоскелета, структура и динамика протрузий (рисунок). Клетки становятся округлыми, исчезают актиновые стресс-фибриллы, и цитоскелет представлен подмембранным слоем актинового кортекса. Движение по амебоидному механизму осуществляется за счет формирования специфических протрузий — блебов [13, 14]. Клетки, двигающиеся по амебоидному механизму, практически не формируют фокальных адгезий с ВКМ, поэтому этот тип движения не зависит от интегринов [10,
15], при этом не происходит выделения матрикс-ных металлопротеаз (ММП) и, соответственно, протеазной деградации матрикса [11, 16]. При этом, в отличие от ЭМП, МАП основан не на глубоких изменениях активности транскрипционных факторов, а на довольно быстрых фено-типических адаптациях клеток к изменяющимся условиям окружающей среды [17]. Поэтому, во-первых, этот переход осуществляется довольно быстро, и, во-вторых, так же легко осуществляется и обратный переход от амебоидного к мезенхимальному типу движения, если условия среды меняются в обратную сторону. Амебоидное движение описано в основном для трехмерных субстратов, вероятно, потому, что
а б в
Ламеллиподия Филоподия Блебы
Rac, Arp2/3, Cdc42, RIF,Arp2/3, Rho, ROCK, миозин II,
Ena/VASP, профилин, WASP/WAVE, Dia2, ENA/VASP, эзрин, аквапорин 9,
кофилин, WAVE миозин X, фасции, IRSp53, IRSp53, формин
LPR1, аквапорин 9
Организация актинового цитоскелета в разных типах протрузий, обеспечивающих миграцию клеток. а — Подкожный фибробласт человека формирует ламеллиподию (Лп). б — Клетки линии MRC5, трансформированные вирусом SV40 (MRC5V2), образуют множественные филоподии (Фп) (фотография приведена с любезного разрешения М.Е. Ломакиной). в — Стромальная мезенхимальная клетка человека мигрирует с помощью блебов (Б) (фотография приведена с любезного разрешения А.С. Чикиной). В
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.