Американские ученые выяснили, при каких условиях спящие раковые клетки пробуждаются, начинают активно делиться и метастазировать.
Исследователи в экспериментах с мышами проследили путь, который приводит от зарождения воспаления к пробуждению раковых клеток и выяснили, что важнейшую роль в этом процессе играют нейтрофилы и продукты их распада. Для того, чтобы вызвать воспаление у мышей, ученые использовали липополисахарид и табачный дым, говорится в статье, опубликованной в Science.
Терапия рака после образования метастазов зачастую менее эффективна, чем его лечение на более ранних стадиях. Так называемые рассеянные раковые клетки, из которых впоследствии развиваются метастазы, могут появиться в организме за много лет до первых внешних признаков рака. Все это время они пребывают в состоянии спячки, в котором они неподвижны и не делятся. Более того, они незаметны для иммунной системы, которая обычно помогает вычищать злокачественные клетки и по возможности контролировать рост опухоли, если защитный механизм по каким-то причинам не сработал. Считается, что эти же спящие клетки ответственны за рецидивы ранее вылеченных опухолей. При этом причины, провоцирующие переход клеток из одного состояния в другое, пока недостаточно изучены, но считается, что это может быть связано с воспалительными процессами.
Жан Альбренге (Jean Albrengues) и его коллеги из лаборатории Колд Спринг Харбор выяснили, что воспаление действительно может разбудить раковые клетки, причем запускает этот процесс один из типов клеток нашей иммунной системы — нейтрофилы. Они активно участвуют в воспалительном ответе на повреждение организма и способны захватывать и переваривать чужеродных ему микробов. Кроме того, нейтрофилы могут выделять в межклеточное пространство токсичные вещества, находящиеся обычно у них в специальных гранулах, или же действовать как камикадзе — погибая, клетки формируют из своих остатков ловушки для микробов.
Этот специфический способ самоубийства получил специальное название нетоз (от аббревиатуры Neutrophil Extracellular Trap, «внеклеточная ловушка нейтрофилов»), по аналогии с некрозом и апоптозом, другими видами клеточной смерти. В этом случае нейтрофил оставляет после себя сеть из спутанных молекул собственной ДНК, покрытую токсичным содержимым гранул. Микроорганизм запутывается в сети из ДНК и погибает от воздействия присутствующих в ней ферментов. Теперь выяснилось, что если в ловушку нейтрофила вместо микроба попадет спящая раковая клетка, это может привести к ее пробуждению и пролиферации.
Чтобы проверить воздействие воспаления на спящие раковые клетки, исследователи поставили эксперимент на мышах. Десяти особям вкололи клетки специальных раковых линий, способных к свечению. Благодаря этому по увеличению флуоресцентной активности можно было судить о приросте количества клеток без операционного вмешательства.
Воспаление и, соответственно, активацию нейтрофилов пробовали вызывать двумя способами: закапывая мышам в нос липополисахарид, входящий обычно в состав бактериальной клеточной стенки, и подвергая животных воздействию табачного дыма. В первом случае оказалось, что пары-тройки закапываний липополисахарида вполне достаточно для активации нейтрофилов и пробуждения спящих раковых клеток: средняя интенсивность свечения выросла за месяц наблюдений больше чем в тысячу раз. Табачный дым вызывал аналогичный эффект: у мышей, живших в прокуренных помещениях, раковые клетки просыпались и начинали активно делиться. В контрольной группе из десяти мышей (получавших в нос безвредный солевой раствор или живших в помещениях без табачного дыма) по окончании эксперимента были обнаружены только спящие раковые клетки.
Также ученые продемонстрировали, что в пробуждении раковых клеток были виноваты именно нейтрофильные ловушки, а не другие реакции воспаления. Оказалось, что если препятствовать их формированию у мышей, например, разрезая ДНК ловушек на кусочки специальным ферментом, то количество метастазов сильно сокращается и клетки продолжают спать. Это же было показано и in vitro в 3D-системе культуры спящих раковых клеток, включающей в себя не только клетки, но и поддерживающий матрикс, имитирующий их обычное положение и окружение в теле человека.
Следующим этапом исследования стало выяснение связи между устройством нейтрофильных ловушек и пробуждением клеток. Раньше было показано, что многие процессы, сопровождающие пробуждение раковой клетки, запускаются протеазами, — ферментами, режущими белки. Исследователи предположили, что ферменты, сидящие в нейтрофильных ловушках, могут выполнять эту функцию. Действительно, блокировка двух из трех имеющихся в ловушках протеаз предотвращала пробуждение культуры спящих раковых клеток in vitro и in vivo препятствовала развитию рака у мышей.
Далее исследователи попытались найти молекулы, на которые действуют непосредственно протеазы. Оказалось, что они запускают целую цепь реакций, конечным результатом которой и является пробуждение раковой клетки. Первым веществом в цепочке оказался белок внеклеточного матрикса ламинин-111. Его молекулы, последовательно обработанные двумя разными протеазами ловушек, взаимодействуют с белком интегрином α3β1, заякоренным в мембране клетки. Последний запускает целый ряд внутриклеточных ферментов, которые в конечном итоге и запускают процесс пробуждения.
Помимо прочего, вышеупомянутые протеазы дополнительно разрушают еще один белок внеклеточного матрикса — тромбоспондин-1, который в обычном состоянии подавляет активацию раковых клеток.
Также выяснилось, что протеиназы являются необходимым, но не достаточным условием для пробуждения клеток. ДНК-составляющая ловушки тоже играет немаловажную роль в этом процессе. Предназначенная для поимки микробов, она хорошо удерживает и раковые клетки и, таким образом не позволяет им уйти от действия протеаз. Как уже упоминалось выше, разрезание ДНК ловушек на кусочки существенно снижало появление метастазов у мышей, хотя никак не влияло на протеазы.
Таким образом исследователи подробно изучили всю цепь событий от воспаления до пробуждения раковых клеток. Авторы считают, что в будущем, следя за основными звеньями этой цепи можно будет оперативно отслеживать новообразования и рецидивы, и, возможно, использовать их как мишени для лечения. В частности, ученые нашли антитела, блокирующие связь модифицированного ламинина-111 с интегрином раковой клетки и, соответственно, останавливающие ее активацию. Авторы статьи считают, что подобную стратегию можно будет взять на вооружение не только в борьбе с раком, но и при других заболеваниях, связанных с нейтрофильными ловушками.
Иногда в борьбе с онкологическими заболеваниями помогают препараты, уже использующиеся для других целей. Например, группа ученых из Чехии выяснила, что лекарство дисульфирам, которое обычно назначают для лечения алкоголизма, помогает сдержать рост раковых опухолей. Его метаболит подавляет деградацию внутриклеточных белков путем ингибирования фермента p97.
Автор: Вера Мухина