Новости искусства

Бoльшaя группa eврoпeйскиx учeныx oткрыл вaжнoй oсoбeннoстью кoнструкции нeкoтoрыx глиoм (нeизлeчимыx, рaк, oпуxoли гoлoвнoгo мoзгa). Oпуxoлeвыe клeтки глиoм были oбъeдинeны в eдиный «oргaн» длинныx микрoтрубкaми зaдaч иx прoникнoвeния в oкружaющиe ткaни и пoвысить устoйчивoсть oпуxoлeй к лучeвoй тeрaпии. Учeныe изучaли мexaнизмы фoрмирoвaния oпуxoлeвыx микрoтрубoк, иx свoйствa и функции, a тaкжe иx oтнoшeния с oпуxoлeй, устoйчивыx к тeрaпии и oпрeдeлeны пoтeнциaльныe мишeни для тeрaпии, вoздeйствиe нa кoтoрыe мoжeт стaть эффeктивным пoдxoдoм для лeчeния тaкиx глиoм.

Aстрoцитoмы и нaибoлee aгрeссивнoй фoрмoй глиoблaстoмы (или глиoмы, рис. 1) oтнoсится к нaибoлee смертельных раковых опухолей. Они возникают из стволовых клеток глиальной ткани, обычно совместимый с архитектурой мозга и защищает нейроны головного мозга от повреждения. Глиомам странно диффузного прорастания в окружающие ткани, что приводит к повреждению нервных клеток и смерти, нарушения функций центральной нервной системы. Морфологические особенности этих опухолей, чтобы сделать неэффективным хирургическое вмешательство и радиотерапию. Глиомы почти всегда летальны (только в США от них ежегодно умирают около 14 000 человек).

Рис. 1. Глиома левой теменной доли (компьютерная томограмма с контрастным усилением). Изображение на сайте ru.wikipedia.org

В то же время, как известно, довольно редко встречающаяся форма глиомы — олигодендроглиома, которая сравнительно хорошо обрабатывается, как радио-и химиотерапия. Отличительной чертой олигодендроглиомы — наличие сочетанных делеций участков хромосом 1p/19q. Какие механизмы, связанные с этой функцией, пока не известно с уверенностью.

Выяснение различных причин, чувствительность к терапии этих форм глиомы посвятила свои работы большая группа ученых из институтов и клиник в Германии, в сотрудничестве с коллегами из Австрии, Норвегии и Канады. Ведущая роль в исследовании принадлежала Германскому центре онкологических исследований (Deutsche Krebsforschungszentrum). Это делается в лучших европейских традициях научных школ и по-настоящему красиво и стильно.

Клетки, полученные из различных глиобластом человека, метили флюоресцирующими белками и пересаживают в мозг мышей. С помощью лазерного сканирующего микроскопа ученые наблюдали за развитие и морфология опухолей in vivo, через специальные окна, сделанные в головы животных. По мере роста опухоли (рис. 2) были замечены сначала короткие выпячивания из клеток проникает в нормальные ткани, затем появились длинные волокна, которые связывают отдельные клетки опухоли.

Рис. 2. С лазерной сканирующей микроскопии in vivo. Рост в течение 60 дней (D20, D40, D60) клеток глиобластомы, пересаженные в мозг мыши. Стрелки показывают выпячивания опухолевых клеток, внедряющиеся нормальная ткань, наконечниками стрел, длинные подключение опухолевых клеток. Красный цвет окрашены сосуды. Изображение из обсуждаемых статей в Nature

Подробное лазерной и электронной микроскопии эти волокна показали, что они представляют собой сечения микротрубки, в среднем, 1,6 мкм2 и длиной 500 мкм или более. По белковому составу, размерам и длительности существования, они значительно отличаются от ранее известных межклеточных соединений — туннельных нанотрубок, мембраны из нанотрубок (см. Мембраны nanotube) или цитонем (см. Cytoneme). Таким образом, авторы пришли к выводу, что эта новая структура для межклеточной коммуникации и распространения опухоли, и назвали их «опухолевыми микротрубками» (tumor microtubes, TM). По опухолевым микротрубкам может мигрировать от клетки к клетке различные клеточные структуры, даже таких больших, как основные.

Таким образом, микротрубки, были обнаружены и в опухолях пациентов. Их наличие и длина коррелирует со степенью злокачественности опухоли и прогноз заболевания. Таким образом, опухолевые микротрубки длиной 50 микрон были найдены только в 19% опухолей олигодендроглиомы II степени злокачественности, но в 93% случаев рака, глиобластомы IV степени.

Исследование физиологических характеристик опухолевых микротрубок показало, что через них проходят так называемые межклеточные «кальция волна» (обмен ионов Са2+). В уже упомянутых мембраны нанотрубках и в каналах между соприкасающимися клетками переход Са2+ регулируется специальные структуры — щелевыми контактами (Gap junctions), с помощью которых клетки обмениваются различных молекул и электрических импульсов. Эти щелевые контакты открываются и закрываются с комплексами, построенные из специальных белков — коннексинов (Connexin; рис. 3).

Рис. 3. Структура щелевого контакта между соседними клетками. Рисунок c сайта ru.wikipedia.org

У человека, как известно 21 коннексин. Авторы предположили, что «ворота» опухолевых микротрубок, также формируется коннексинами, и понял, что именно. Они допустили, что не хватает опухолевых микротрубок олигодендроглиомы могут производить коннексины гораздо слабее, чем астроцитомы, богатые в таких микротрубками. Анализ базы данных 250 глиомам применены коннексинам показал, что в астроцитомах резко повышена была выражением только коннексина 43 (GJA1 — Gap junction альфа-1 белок, или Cx43 — connexin 43). Это различие было подтверждено даже у пациентов с опухолями с помощью иммуногистохимического анализа. Кроме того, Cx43 может быть выявлено и на перекрестках опухолевых микротрубок. Чеканка «кальция волны» установлено, что ионы Са2+ могут двигаться из опухоли микротрубки в другой.

Для того чтобы понять роль опухоли микротрубок в развитии резистентности опухоли к лучевой терапии, ядра ее клеток отдельных выбивали лазерного луча. Если ячейка была первоначально частью сообщества, объединенного опухолевыми микротрубками, к ней присоединялись новые микротрубки, которые в течение нескольких дней привезли новую базу. Если пораженная клетка не был связан с другими сетью опухолевых микротрубок, восстановление ядра происходило крайне редко. После облучения лазером участка из нескольких клеток на пораженный участок протягивалось много опухолевых микротрубок, после того, как плотность опухолевых клеток в этом месте заметно растет.

К цитотоксическому действию рентгеновского облучения (обычной терапии опухолей) клеток, соединенных опухолевыми микротрубками, также оказались более устойчивыми, чем несоединенные. Подавление экспрессии Cx43 в клетках сети опухолевых микротрубок делает их более чувствительными к рентгеновскому соответственно; чувствительность, как от клетки без микротрубок это не повлияло. Для того, чтобы изучить возможные механизмы устойчивости, связанные с опухолевыми микротрубками, ученые определили уровень внутриклеточного кальция до и после облучения. Начальный уровень кальция был гомогенным во всех клетках и остался как таковой в клетках, связанные с сеть микротрубок. А в клетки без опухолевых микротрубок он становился очень разным.

Рис. 4. Увеличение чувствительности опухолей к лучевой терапии, как результат подавления GAP-43 в пересаженных клеток малых шпилечных РНК (shRNA). Показано отношение объема опухоли к объему мозга мыши, через 60 дней после воздействия (115 дней после пересадки). Из обсуждаемых статей в Nature

В конце концов, авторы смогли найти и охарактеризовать факторы формирования опухолевых микротрубок, определить их роль в прогрессии опухоли и связи микротрубок с опухолей, устойчивых к терапии. Поиск молекулярных различий между глиомами с наличие или отсутствие делеций 1p/19q в литературе и в базах данных позволил предположить, что таким фактором может быть белок GAP-43 (Growth Associated Protein — «белок, связанный с ростом»). Известно, что этот белок присутствует на концах роста аксонов нервных клеток. В экспериментах было показано, что GAP-43 также присутствует на концах развивающихся опухолевых микротрубок. Искусственное подавление экспрессии GAP-43 не влияет на жизнеспособность клеток in vitro. Однако, in vivo , в этом случае наблюдалось нарушение формирования и структуры опухолевых микротрубок, замедление деления клеток и инфильтрации их в здоровые ткани, общее замедление роста опухоли. Таким образом, мышь выжил больше времени. На молекулярном уровне наблюдается ингибирование экспрессии Cx43. Резко увеличивает чувствительность опухолей к лучевой терапии (рис. 4). Если в клетках слабо агрессивные опухоли с делециями 1p/19q искусственно вводят активный ген GAP-43, они приобрели свойства агрессивных астроцитом: начали формировать сеть опухолевых микротрубок, а в случае трансплантации мозга мышей показали высокую способность к инвазивному росту и устойчивость к лучевой терапии.

Функционирование сети опухолевых микротрубок представляет собой важный механизм, который обеспечивает опухоли, роста и устойчивость к терапии. Этот механизм зависит от молекулярных путей, связанные с функционированием генов, локализованных в областях хромосом 1p и 19q. Работа в сети опухолевых микротрубок регулируется коннексинами Cx43. Механизм устойчивости опухоли может заключаться в возможности перераспределять ионы Ca2+ и приемлемого уровня, прежде чем их концентрация смертельна для клеток локальный избыток, который возникает при лучевой терапии. Функция защиты от опухолей, могут выполнять и другие соединения, способные проходить через опухолевым микротрубкам, например, антиоксидант глютатион. Опухолевые клетки размещать GAP-43, которые обычно обеспечивают рост аксонов (отростков нервных клеток), для своих нужд, используя его как фактор формирования опухолевых микротрубок.

Полученные результаты не только вносят существенный вклад в понимание природы и функционирования злокачественных опухолей, но также могут иметь практическое применение для терапии глиобластом. Новая цель терапии, может быть Cx43. Препараты, которые блокируют Cx43, в настоящее время используются для лечения хронической язвы кожи, а в последнее время, показано, что подавление Cx43 может увеличить чувствительность к химиотерапии глиобластом (S. Murphy et al., 2016. Connexin 43 Inhibition Sensitizes Chemoresistant Glioblastoma Cells to Temozolomide). Но здесь могут иметь место побочные эффекты, так как функция Cx43 требуется, например, для синхронизации скидки клеток сердца. Более перспективным кажется цель GAP-43, хотя побочные эффекты не исключены и в этом случае.

Источники:

1) Маттиас Osswald et al. Brain tumour cells interconnect to a functional and resistant сеть // Природа. 2015. Ст. 528. P. 93-98.

2) Harald Sontheimer. Рак мозга: Tumour cells on neighbourhood watch // Природа. 2015. Ст. 528. P. 49-50. (Синопсис к обсуждаемой статье M. Osswald et al., 2015.)

3) Susan F. Murphy, Робин T. Varghese, Сами Lamouille, Sujuan Го, Кевин Дж. Pridham, Pratik Kanabur, Алисса М. Osimani, Shaan Шарма, Джейн Jourdan, Cara. М. Роджерс, Gary R. Simonds, Robert G. Gourdie and Zhi Sheng. Connexin 43 Inhibition Sensitizes Chemoresistant Glioblastoma Cells to Temozolomide // Cancer Research. 2016. Ст. 76. P. 139-149.

Вячеслав Калинин