«Білок мідкін, що виділяється меланомою, формує ніші для метастазів»

Навчання 02 серпня 2022 Перегляди: 64

Ріс. 1. Загальна схема шляху, по якому меланома формує метастази у віддалених лімфовузлах та органах. Всупереч раніше прийнятій точці зору, цей процес не включає формування лімфатичних судин в первинній пухлині і навколо неї. Фактор зростання клітин мідкін (MDK), продукований пухлиною, секретується у вільній формі і в складі екзосом. Він досягає віддалених пре-метастатичних лімфовузлів і органів, в яких потім сформуються метастази. Циркулює мідкін у лімфі або/і в крові залишилося невідомим. Мідкін індукує лімфангіогенез у цих місцях, що допомагає підготувати їх до прибуття ракових клітин. Малюнок з популярного синопсису до обговорюваної статті в Nature

Сконструйовані лінії лабораторних мишей, що дозволяють простежити формування нових лімфатичних судин по всьому організму. Показано, що фактор зростання клітин мідкін, що виділяється меланомою, стимулює цей процес і готує ніші для формування метастазів далеко від пухлини. Отримані результати можуть дозволити розробити нові маркери для визначення ризику метастазування, а також нові підходи для запобігання та лікування метастазів.

Рак як причина смерті впевнено виходить на перше місце в світі, а в ряді розвинених країн вже зайняв цю позицію. Первинна ракова пухлина не така небезпечна: її часто можна видалити хірургічним шляхом. Набагато небезпечніше ракові клітини, які розносяться по всьому організму і можуть розвинутися у вторинні пухлини (метастази), іноді навіть в дуже віддалених від первинної пухлини органах і тканинах. Ведуться активні дослідження з метою визначити шляхи міграції ракових клітин по організму і блокувати утворення метастазів. Ці проблеми поки не вирішені, і будь-який помітний крок у їх вирішенні дуже важливий як з точки зору теоретичної, так і практичної онкології.

Меланома шкіри являє собою часто агресивне захворювання з дуже ранньою колонізацією лімфатичних вузлів раковими клітинами, якій передує активне формування нових лімфатичних судин (лімфангіогенез). Видалення первинної пухлини і прилеглих до неї лімфовузлів далеко не завжди продовжує життя пацієнта. Більш того, в ході прогресії меланоми лімфатичні судини пухлини спадаються і втрачають свою функцію. Тому залишалося неясним, чи пов’язаний лімфангіогенез з метастазуванням меланоми, а якщо пов’язаний, то як. Висловлювалося припущення, що білки, секретовані пухлиною і/або її стромою пов’язані з формуванням ніш для метастазуючих клітин меланоми. Вивчення ролі лімфангіогенезу при меланомі та інших злоякісних пухлинах ускладнювалося тим, що не було відповідних експериментальних тварин для візуалізації віддалених пре-метастазних ніш.

Вчені на чолі з Марією Соенгас (Maráa S. Soengas) з іспанського Національного центру з вивчення раку спільно з колегами з ще декількох медичних і наукових установ Іспанії і США зосередили зусилля на простежуванні лімфангіогенезу по всьому організму. Для цього вони скористалися відомою властивістю рецептора 3 фактори зростання ендотелію судин (vascular endothelial growth factor receptor 3, VEGFR3). Його експресія в клітинах лімфатичних судин в нормі сильно придушена, але вона різко активується при патологічних станах, при запаленні і при раку. За допомогою методів генетичної інженерії автори сконструювали лінії модельних мишей, у яких ген флюоресціюючого білка люциферази був поставлений під контроль промотора Vegfr3.

За допомогою сенсора, що реєструє флюоресценцію, вони спостерігали зростання лімфатичних судин по всьому організму миші після пересадки їм під шкіру культивованих клітин меланоми залежно від прогресії метастазування (рис. 2).

Ріс. 2. Емісія люциферази після трансплантації мишам клітин меланоми. Ліворуч показано миші після трансплантації ліній клітин меланоми з меншим потенціалом до метастазування, праворуч — з великим. Цифри на фото — дні після імплантації. Червоним пунктиром обведені первинні пухлини. Малюнок з обговорюваної статті в Nature

Виявилося, що зростання судин по різних віддалених від місця трансплантації ділянках організму відбувається незалежно від їх зростання навколо первинної пухлини. Отже, лімфангіогенез навколо первинної пухлини не визначає метастатичну колонізацію ракових клітин в інших органах і тканинах. Більш того, рівень експресії в пухлині фактора зростання ендотелію судин С (VEGFC), який зв’язується з VEGFR3 і активує його, не корелював з формуванням віддалених метастазів. Тобто лімфангіогенез у віддалених ділянках організму не пов’язаний з продукцією VEGFC пухлиною.

Раніше вже було показано, що пухлина індукує формування ніш для метастазів у віддалених органах до того, як туди прибудуть метастазуючі клітини. Якщо пухлину видалити, в цих нішах все одно можуть утворитися метастази. Автори показали, що навіть ще слабо розвинені пухлини індукували експресію люциферази в лімфатичних вузлах печінки, селезінки і легенів. Через деякий час там утворювалися метастази. Видалення пухлини супроводжувалося значним зниженням рівня люциферази в пре-метастазних ділянках, але пізніше він міг знову зрости, і згодом там формувалися метастази (рис. 3).

Ріс. 3. Кількісна оцінка емісії люциферази після трансплантації мишам клітин меланоми і видалення первинної пухлини (синіми цифрами позначені моменти: 1 — вживлення пухлини, 2 — перед видаленням первинної пухлини, 3 — після видалення, 4 — після виявлення метастазів). Показано дані для метастазів у лімфовузлах, легенях і шкірі. Малюнок з обговорюваної статті в Nature

Ці дані показують, що активація дистального лімфангіогенезу, індукована клітинами пухлини, є індикатором формування пре-метастазної ніші.

Оскільки виявилося, що VEGFC не є причиною віддаленого лімфангіогенезу і утворення метастазів, автори досліджували інші секретовані пухлиною фактори, які могли бути пов’язані з цими процесами. За допомогою рідинної хроматографії та мас-спектрометрії вони провели порівняння наборів пептидів, які отримуються при розщепленні білків, що секретуються культурами меланомних клітин з різною здатністю утворювати метастази. Порівняння з каталогами «пептидних підписів» показало, що найімовірнішим кандидатом на роль індуктора лімфангіогенезу є мідкін (MDK). Цей невеликий білок відомий як Фактор зростання клітин, зокрема, стимулюючий ріст кровоносних судин, але про його участь у лімфангіогенезі раніше не було відомо.

Імуногістологічний аналіз показав, що мідкін активно виробляється клітинами меланоми з високим потенціалом до утворення метастазів, і дуже слабо — в клітинах з низьким потенціалом (рис. 4).

Ріс. 4. Зліва направо показані гістологічні препарати клітин трансплантованих мишам меланом з зростаючим потенціалом до метастазування. Мідкіна видно у вигляді червоних прожилок і плям. Малюнок з обговорюваної статті в Nature

Придушення експресії та секреції мідкіна за допомогою спеціально підібраної «шпилічної» РНК (shRNA) не впливало на експресію VEGFC або VEGFD. Більш того, воно не впливало і на зростання кровоносних судин у ксенографтних (викликаних меланомними клітинами людини) пухлинах. Але формування лімфатичних судин у них пригнічувалося. Найбільш яскравий ефект придушення мідкіна — припинення люмінесценції та утворення метастазів у віддалених лімфовузлах та органах (рис. 5). У мишей з пригніченою експресією мідкіна після видалення первинної пухлини метастази не утворювалися взагалі. При цьому посилення експресії мідкіна, індуковане введенням в клітини лентивірусного вектора, що несе кодуючий мідкін ген, перетворювало клітини зі слабким потенціалом до метастазування в активно метастазуючі.

Ріс. 5. Ліворуч: емісія люциферази (колір позначає інтенсивність) після трансплантації миші клітин меланоми. Використання спеціальних «шпилічних» РНК, які вимикають ген, кодуючий мідкін, придушують лімфангіогенез (показано результати застосування двох з п’яти використаних у роботі таких РНК). Малюнок з обговорюваної статті в Nature

Культуральне середовище клітин, які активно виділяють мідкін, стимулювало проліферацію ендотелію лімфатичних судин. А в організмі миші мідкін накопичувався в лімфатичних судинах (рис. 6). Це призводило до активації в ендотелії білка mTOR, що стимулює проліферацію. Крім того, мідкін не тільки стимулював лімфангіогенез, але і як такий сприяв адгезії ракових клітин у знову сформованих лімфатичних судинах.

Ріс. 6. Мідкін (зелений) накопичується в місцях формування нових лімфатичних судин і їх входження в лімфовузли (показані стрілками). Зірочками відзначені клітини строми. Червоним контрастовано лімфатичні судини. Малюнок з обговорюваної статті в Nature

Таким чином, проведені дослідження розкрили механізми, за допомогою яких секретуюча мідкін первинна пухлина меланоми викликає зростання лімфатичних судин. Це, в свою чергу, призводить до формування пре-метастазних ніш за допомогою досі невідомих процесів.

Ретроспективне дослідження доброякісних родимок і меланоми людини також показало зв’язок експресії мідкіна з клінічною картиною захворювання. Для прооперованих пацієнтів, у яких у вільних від пухлинних клітин лімфовузлах спостерігався високий рівень мідкіна, прогноз тривалості життя без рецидивів виявився істотно гіршим, ніж для пацієнтів з низьким рівнем мідкіна.

Результати обговорюваної роботи мають велике значення і для теоретичної, і для практичної онкології. Але ряд важливих питань поки залишився без відповіді. Якими шляхами по кровоносних та/або лімфатичних судинах мідкін потрапляє у віддалені ділянки організму? Який з рецепторів клітин ендотелію лімфатичних судин пов’язаний з лімфангіогенезом? В якій мірі результати, отримані на меланомі, можуть бути поширені на інші ракові пухлини?

З практичної точки зору мідкін і лімфангіогенез можуть служити хорошими молекулярними і функціональними маркерами ризику метастазування. Лімфангіогенез і його драйвери (мідкін, mTOR та інші) можуть стати мішенями для нових методів і засобів запобігання метастазування.

Джерела:

1) D. Olmeda et al. Whole-body imaging of lymphovascular niches identifies pre-metastatic roles of midkine // Nature. 2017. V. 546. P. 676–680.

2) A. Hoshino, D. Lyden. Metastasis: Lymphatic detours for cancer // Nature. 2017. V. 546. P. 609–610. (Популярний синопсис до обговорюваної статті).

В’ячеслав Калінін