Аноики с
Хотя зависимость клеток от прикрепления к внеклеточному матриксу была известна давно, явление аноикиса в современном понимании было описано в начале 1990-х, когда исследовательские группы Мартина Шварца (англ. Martin Schwartz) и Стива Фриша (англ. Steve Frisch) практически одновременно опубликовали результаты своих исследований, в которых показали, что клетки, утратившие прикрепление к внеклеточному матриксу, подвергались программируемой гибели по типу апоптоза[2].
Содержание
1 Молекулярные механизмы
1.1 Внутренний путь
1.2 Внешний путь
2 Физиологические функции и защита от аноикиса
3 Роль в патогенезе
4 Примечания
5 Литература
Молекулярные механизмы
Обобщённая схема апоптоза млекопитающих
Несмотря на особенное название, аноикис по сути представляет собой апоптоз. Инициация и дальнейший ход аноикиса могут запускаться различными путями, которые в конечном счёте приводят к активации каспаз и фрагментации ДНК[en] (отличительные черты апоптоза). Как и классический апоптоз, аноикис может запускаться внутренним образом, через повреждение митохондрий, и внешним, в ответ на активацию поверхностных рецепторов смерти. Ключевую роль во внешнем и внутреннем пути аноикиса играют белки Bcl-2[en]. Среди них есть и антиапоптотические белки, такие как Bcl-2, Bcl-XL[en] и Mcl-1[en], и проапоптотические, такие как Bax[en], Bak[en] и Bok[en] (мульти-ВН3-доменные белки) и Bid[en], Bik[en], Bmf[en], Noxa[en], Bad[en], Bim[en] и Puma[en] (белки, содержащие только домен ВН3, или только-ВН3 белки (англ. BH3-only proteins))[1].
Внутренний путь
При внутреннем пути аноикиса активация каспаз происходит вследствие нарушения целостности митохондриальной мембраны, которая обусловлена формированием олигомеров про-апоптотических белков семейства Bcl-2 на внешней митохондриальной мембране[en]: они формируют каналы в мембране и резко увеличивают её проницаемость. Важную роль в формировании каналов в митохондриальной мембране играют потенциалзависимые анионные каналы[en]. Разрушение внешней митохондриальной мембраны приводит к высвобождению цитохрома с, который вместе с каспазой 9 и фактором активации апоптотических протеаз (англ. apoptosis protease activating factor, APAF) формирует апоптосому. Финальная инициаторная стадия заключается в активации эффекторной каспазы 3 и начале эффекторного этапа апоптоза. За активацию аноикиса по внутреннему пути отвечает в основном белок Bim, хотя, возможно, в этом также участвует Bid. Bim активируется при откреплении клеток от ЕСМ и быстро запускает сборку олигомеров Bax–Bak на внешней митохондриальной мембране. В состоянии покоя Bim связан с динеинами и актиновыми микрофиламентами, пока потеря связи интегринов с ЕСМ не приведёт к его высвобождению и транслокации в митохондрии, где он взаимодействует с Bcl-XL, сводя на нет его активность по стимуляции выживания клетки. Утрата связи интегринов с ЕСМ подавляет фосфорилирование Bim внеклеточной киназой, регулируемой сигналом[en] (англ. extracellular signal-regulated kinase, ERK), и фосфоинозитид-3-киназой (PI3K)/Akt. Благодаря этому Bim перестаёт угрожать разрушение в протеасомах, и начинается его накопление в клетке. Таким образом, эти два процесса приводят к накоплению Bim в цитоплазме и повышению его доступности[1].
Накапливаются доказательства участия в эффекторной фазе аноикиса других только ВН3-белков в различных типах тканей. Например, транскрипция Noxa и Puma регулируется p53, и было отмечено их участие в аноикисе у фибробластов. Более того, в эпителиальных клетках Bcl-2-модифицирующий фактор (Bmf) выступает как «страж», замечающий нарушения в цитоскелете и преобразующий эту информацию в сигнал смерти. В самом деле, при откреплении клеток от матрикса Bmf высвобождается из моторного комплекса, в котором он находился в связанном с миозином V состоянии, и накапливается в митохондриях, где сводит на нет активность Bcl-2 и приводит к высвобождению цитохрома c, а значит, и дальнейшему развитию аноикиса[1].
Внешний путь
Внешний путь аноикиса начинается со связывания внеклеточных лигандов смерти, например, Fas-лиганда[en] (FasL) или фактора некроза опухоли-; (TNF-;) со своими трансмембранными рецепторами (Fas-рецептором и TNFR соответственно), что приводит к сборке индуцированного смертью сигнального комплекса[en] (англ. death-inducing signalling complex, DISC). DISC через адаптерный белок[en] FADD привлекает и связывает несколько молекул каспазы 8. Аутоактивированная каспаза 8 затем протеолитически активирует каспазы 3 и 7, которые продолжают расщепление различных внутриклеточных белков и в конце концов приводят к гибели клетки. Каспаза 8 может не только активировать эффекторные каспазы (внешний аноикис I типа), но и разрезать только-ВН3-белок Bid (внешний аноикис II типа). Обрезанная форма Bid (tBid) способствует выходу цитохрома с из митохондрий и сборке апоптосомы[1].
Утрата связи с ЕСМ приводит к повышению экспрессии Fas и FasL и понижению экспрессии FLIP[en] — эндогенного ингибитора сигнальных путей Fas. Кроме того, изменения формы клетки, которые происходят при её откреплении (округление клетки), могут запускать внешний путь аноикиса, в основном через Fas. Наконец, активация рецепторов смерти может в конечном счёте привести к повреждению митохондрий, так что внешний и внутренний пути аноикиса пересекаются[1].
Активация каспазы 3 — событие, общее для внутреннего и внешнего путей аноикиса. Она запускает каскад протеолитических реакций, разрушающих такие сигнальные молекулы, как киназа фокальной адгезии[en] (FAK), Cas и паксиллин[en]. Разрушение FAK сводит на нет её способствование выживанию и разрушает фокальные контакты. Разрезание p130Cas даёт С-концевой фрагмент, который регулирует транскрипцию ингибитора циклин-зависимых киназ p21; таким образом, он обеспечивает дальнейший ход аноикиса, блокируя клеточный цикл. Открепившиеся клетки, у которых каспаза 3 разрезала FAK и p130Cas, могут далее претерпеть последующие стадии аноикиса[1].
Физиологические функции и защита от аноикиса
Аноикис не даёт возможности эпителиальным клеткам, по какой-либо причине покинувшим своё изначальное место, обосноваться где-либо ещё. Нормальные же эпителиальные клетки защищены от аноикиса несколькими механизмами, в частности, они неподвижны и имеют непрерывные контакты с ЕСМ. Более серьёзная защита от аноикиса необходима высоко подвижным и делящимся клеткам, например, мезенхимным клеткам; в самом деле, они, как правило, оказываются более устойчивыми к аноикису, чем эпителиальные клетки. Кроме того, мощную защиту от аноикиса имеют постоянно неприкреплённые клетки, например, зрелые гематопоэтические клетки и лейкоциты[1].
Вообще, клетки защищены от аноикиса прежде всего тогда, когда связаны с белками ЕСМ. Представление о роли ЕСМ как о мощном ингибиторе аноикиса широко распространено, и некоторые интегрины (;1;1, ;2;1, ;3;1, ;5;1, ;6;1, ;6;4, ;v;3) оказывают значительный эффект на выживание как нормальных, так и претерпевших перерождение клеток. Ключевые белки, обеспечивающие интегрин-опосредованную передачу сигналов, приводящую к защите от аноикиса — FAK, интегрин-связанная киназа[en] (англ. integrin-linked kinase, ILK), тирозинкиназа Src, PI3K, ERK и адаптерный белок Shc. Когда интегрины связаны с правильными белками ЕСМ, FAK и ILK рекрутируют и активируют сигнальные пути PI3K/Akt, ERK и Jun-киназы (JNK[en]). PKB/Akt — необходимый элемент клеточных сигнальных путей выживания, поскольку получает соответствующие сигналы выживания от интегринов, факторов роста и межклеточных контактов. Активация PKB/Akt делает невозможными ряд этапов аноикиса, например, она вызывает инактивацию каспазы 9 и фосфорилирование проапоптотического белка Bad, активацию фактора NF-;B и ингибирование транскрипционных факторов Fork head[en]. ILK получает интегрин-опосредованные сигналы выживания независимо от FAK, кроме того, адаптерный белок Shc тоже может независимо передавать на ERK сигналы адгезии. ERKs и PI3K могут отрицательно регулировать Bim через его фосфорилирование, что направляет его на деградацию. Это предотвращает подавление работы Bcl-2 посредством Bim и активацию Bax, что обеспечивает защиту от аноикиса[1].
В исследованиях 2008 и 2010 годов была выявлена связь между устойчивостью эпителиальных клеток к аноикису и аутофагии. Действительно, киназа PERK[en] облегчает выживание открепившихся от ЕСМ клеток, стимулируя аутофагию и образование АТР. Потеря связи с ЕСМ активирует канонический путь аутофагии, поддерживает постоянный уровень АТР в клетке и вызывает задержку аноикиса. Аутофагия позволяет выживать эпителиальным клеткам тогда, когда они временно утрачивают связь с ЕСМ и потом вновь прикрепляется к нему. Возможно, этот же механизм используют и опухолевые клетки для защиты от аноикиса[1].
Роль в патогенезе
Устойчивость к аноикису имеет огромное значение для развития рака. В отличие от нормальных эпителиальных клеток, раковые клетки не нуждаются в связи с ЕСМ для того, чтобы выживать и пролиферировать. Благодаря устойчивости к аноикису раковые клетки могут мигрировать по организму в отсутствие правильных контактов с ЕСМ и образовывать метастазы[1]. В настоящее время разрабатываются противораковые препараты, увеличивающие чувствительность опухолевых клеток к аноикису[3].
Предложено несколько механизмов, обеспечивающих устойчивость к аноикису у раковых клеток[1]:
Изменение паттернов экспрессии интегринов. Многие раковые клетки настраивают экспрессию интегринов таким образом, чтобы выживать в различных микросредах.
Раковые клетки создают свой собственный ЕСМ, отличный от нормального. Например, у мышей клетки карциномы лёгкого демонстрируют сверхэкспрессию коллагена IV типа[en], который постоянно стимулирует сигнальный путь ;2-интегрин–FAK–PI3K и обеспечивает защиту от аноикиса.
Использование активных форм кислорода (АФК). Образование АФК защищает опухолевые клетки от аноикиса через окисление/активацию тирозинкиназы Src и запуск сигнальных путей выживания клетки.
Использование эпителиально-мезенхимального перехода (ЭМП). В частности, при эпителиально-мезенхимальном переходе, сопровождающемся развитием рака, происходит утрата экспрессии E-кадгерина — белка межклеточных контактов. Прекращение экспрессии этого белка предотвращает аноикис у опухолевых клеток и стимулирует ангиогенез.
Использование мезенхимально-амебоидного перехода (МАП). Сверхэкспрессия EphA2[en] — важного индуктора МАП — наблюдается при некоторых видах рака и обеспечивает устойчивость к аноикису.
Постоянная активация сигнальных путей клеточного выживания, например, сигнальных путей киназ семейства Src, а также путей PKB–Akt и ERK.
Сверхэкспрессия TrkB. Сверхэкспрессия родственной тропомиозину киназы В (англ. tropomyosin-related kinase B, TrkB) наблюдается при некоторых видах рака и является сильным и специфичным ингибитором аноикиса.
Гипоксия. Гипоксия может вызывать устойчивость к аноикису у опухолевых клеток посредством описанных выше механизмов.
Вирус. В случае раковых заболеваний, вызванных вирусом, вирус может запускать экспрессию генов, обеспечивающих устойчивость клеток к аноикису. Например, при вирусном раке поджелудочной железы вирус индуцирует экспрессию белка APOBEC3G[en], который активирует киназу Akt и подавляет аноикис[4].
Известны некоторые другие механизмы возникновения и обеспечения устойчивости к аноикису. Например, кавеолин-1[en], ключевой белок кавеол, обеспечивает устойчивость к аноикису клеток гепатоцеллюлярной карциномы, активируя сигнальный путь IGF-1[5]. Важную роль в развитии устойчивости к аноикису в клетках рака яичника играет белок CD24[6]. Белок DBC1[en] стимулирует устойчивость к аноикису в клетках рака желудка, регулируя сигнальный путь NF-;B[7]. Аналогичное действие на клетки рака толстой кишки оказывает интерлейкин 8[8].
Усиление аноикиса, не компенсируемое клеточными делениями или компенсируемое неправильно, возможно, лежит в основе многих сердечно-сосудистых дегенеративных патологий. Примерами может служить открепление кардиомиоцитов при сердечном приступе, разрушение бляшек при атеросклерозе, исчезновение гладких мышечных клеток при аневризмах и варикозном расширении вен, усиленная утрата сосудистых клеток при сердечно-сосудистых инфекциях[1].
Хронические заболевания сосудов являются главными причинами смерти при диабете. Эти заболевания связаны с увеличенным откреплением и смертью аноикисом эндотелиальных клеток, поэтому аноикис играет важную роль в диабете[1].
Аноикис может вызываться патогенами. Например, Pseudomonas aeruginosa вызывает атипичный аноикис в эпителиальных клетках хозяина[9].
В настоящее время трансплантация клеток является привлекательным способом для лечения некоторых заболеваний, например, нейродегенеративных нарушений, сердечного приступа и миопатий. Однако главная проблема, с которой сталкиваются разработчики таких методов лечения, — крайне низкая жизнеспособность пересаженных клеток. Пересаженные клетки, как правило, не могут создать правильные контакты с новым ЕСМ и умирают аноикисом. По этой причине разработка методов, которые усиливают приживаемость клеток при трансплантации, обеспечивая защищённость клеток от аноикиса при циркуляции по кровотоку до попадания в орган-мишень, является важной задачей клеточной терапии[1].
Свидетельство о публикации №220121800844