При розвитку ракової пухлини клітинам необхідно мігрувати

Ріс. 1. З декількох білків, що беруть участь у канцерогенезі, тільки ERBB2 викликає розвиток пухлини з однієї клітини в 3D-культурах. Отримана пухлина переповзає в просвіт «дольки». Довжина масштабної лінійки 10-м. Зображення з обговорюваної статті в Nature

Розвиток ракової пухлини може початися з однієї-єдиної ненормальної клітини, оточеної абсолютно доброчесними і невинними сусідами. Ці сусідні клітини постійно виділяють певні речовини, які регулюють правильну життєдіяльність тканини і придушують в ній всяку онкогенну активність. Як мутантна клітина — злочинець може дати початок пухлині в такому «пристойному оточенні»? Клітинні біологи з Гарвардської медичної школи скрупульозно вивчили цю проблему. Їх результати не тільки проливають світло на молекулярні механізми початкових етапів раку, але і можуть допомогти в припиненні розвитку пухлин.

Для своїх експериментів вчені використовували тривимірні органотипічні культури — тобто клітинні культури, які не розпластані на чашці, а мають шароподібну форму з порожниною посередині і складаються з більш-менш диференційованих клітин (такі тривимірні структури ще називають «дольками»). З цими культурами доводиться багато возитися, зате вони більше схожі на справжню тканину, і клітинні та молекулярні події, що відбуваються в них, набагато ближче до тих, що відбуваються в живому організмі.

Схема експерименту була проста. Дослідники змусили невелику частину (менше 0,5%) клітин культури експресувати різні «підозрілі» білки (тобто ті, які беруть участь у початкових стадіях канцерогенезу) і стали дивитися, експресія якого з них призведе до розвитку пухлини. Серед цих білків були, можна сказати, «зірки»: знаменитий транскрипційний фактор Myc, який регулює експресію близько 15% всіх людських генів і помічений у запуску безлічі різних пухлин, а також представник великого сімейства циклінів — циклін D1 (див. cyclin D1), який займається регулюванням клітинного циклу і чия неправильна активність теж може бути причиною раку.

Тим дивнішими виявилися результати. Ці «злочинні» молекули в даному випадку були абсолютно невинні, оскільки експресуючі їх клітини не показували характерного для ракових пухлин клонального зростання, а спокійно і бездіяльно сиділи на своєму місці, практично нічим не відрізняючись від контролю.

Тоді дослідники змусили клітини експортувати ERBB2 — клітинний рецептор, який часто буває оверекспресованим при деяких видах раку грудей. І ось тут картина була зовсім іншою: навантажені ERBB2 клітини стрімко починали ділитися, даючи початок пухлинним утворенням (рис. 1). При цьому «пухлина» завжди переповзала всередину порожнини дольки (рис. 2) — це нагадує поведінку справжніх ракових пухлин грудей на ранніх стадіях: вони теж завжди лізуть у просвіт залози. Причому блокування клітинного поділу, зупинивши зростання пухлини, ніяк не впливало на її переміщення. Це говорить про те, що міграція пухлини регулюється незалежно від її зростання, хоча і запускається, мабуть, все тим же ERBB2.

Ріс. 2. Пухлина мігрує в просвіт «дольки» (нижній ряд), тоді як контроль залишається на місці (верхній ряд). Білі цифри в правому нижньому куті кожної картинки позначають час у годинах після індукції онкогену. Довжина масштабної лінійки 10-м. Зображення з обговорюваної статті в Nature

Така одноманітна поведінка отриманих пухлин свідчила про те, що їх розвиток — процес чітко і жорстко регульований. А раз так — можна було покопатися в каскадах, що викликаються експресією ERBB2, і розібратися з тим, які процеси онкогенезу від чого залежать і чи немає якогось способу ці процеси зупинити.

Ріс. 3. Пухлина розвивається, коли клітини експресують і myrAKT1 (myrAKT1 — це постійно активна форма AKT1 — одного з білків згаданого в тексті PI (3) K-шляху), який індукує ненормальний клітинний поділ, і MT1-MMP, одну з матриксних металопротеїнастів, що викликає міграцію клітин (права верхня картинка). Експресія цих білків окремо або використання Myc замість myrAKT1 не викликають розвитку пухлини. Іншими словами, для появи пухлини потрібні і активація клітинного ділення, і міграція ненормальних клітин. Довжина масштабної лінійки 10-м. Зображення з обговорюваної статті в Nature

Експресія ERBB2 в клітині запускає два важливих каскади реакцій — MAPK-шлях (див. MAPK/ERK pathway) і PI (3) K-шлях (див. PI3K/AKT/mTOR pathway). Дослідники спробували заблокувати кожен з цих шляхів, щоб подивитися, якою з них забезпечує міграцію пухлини. Результати швидше говорили на користь MAPK-шляху. Вченим навіть вдалося змусити клітини мігрувати, просто запустивши в них експресію одного з білків цього шляху. Клітини тільки переміщалися, ніякого ненормального поділу, що призводить до зростання пухлини, не спостерігалося. Однак коли вчені на самому ранньому етапі заблокували міграцію онкогенної клітини в просвіт дольки, клітини перестали ненормально ділитися, і зріст пухлини зупинився. У той же час, блокування переміщення клітин на кілька днів пізніше вже не чинить ніякого впливу на розвиток пухлини. Іншими словами, існує такий момент, коли для розвитку пухлини необхідно, щоб клітини не тільки несамовито ділилися, але і могли безперешкодно мігрувати (рис. 3).

Взагалі-то вважається, що міграція пухлинних клітин — це захисний механізм, що «проганяє» ненормальні клітини геть з епітелію. Однак отримані результати свідчили, що на певному етапі ця міграція може до того ж забезпечити ділення пухлинних клітин. Подальші експерименти показали, що міграція не стільки сама по собі впливає на зростання пухлини, скільки полегшує його, «випускаючи» ненормальні клітини з переважного їх активність оточення. У світлі цього стає зрозумілішим механізм, за яким розвиток пухлини може початися після механічного пошкодження цілісності тканини (наприклад, через садна або подряпини) — структура тканини зіпсована, процеси збиті, міжклітинні зв’язки порушені, і ось тут-то онкогенна клітина пускається в безконтрольний поділ. До речі, уявіть собі, наскільки ж сильно нормальна епітеліальна тканина пригнічує в собі всяку онкогенну активність, якщо навіть такі «монстри», як Myc, не можуть її перебороти.

А взагалі-то, дослідження міжклітинних взаємодій і міграцій на культурах клітин — справа дуже тонка і неоднозначна. Хоча 3D-культури і є однією з найбільш коректних моделей реальної тканини, але і вони мають занадто велику кількість припущень і обмежень. Цілком можливо, що отримані результати, якими б блискучими вони не були, виявляться всього лише слабким (і, може бути, спотвореним) відображенням того, що відбувається насправді. Так чи інакше, тема явно вимагає подальших досліджень.

Джерело: Cheuk T. Leung, Joan S. Brugge. Outgrowth of single oncogene-expressing cells from suppressive epithelial environments // Nature. 2012. V. 482. Pp. 410–413.

Віра Башмакова