CC BY
48
ОБЗОРЫ ЛИТЕРАТУРЫ АУТОСОМНЫЕ РАКОВО-ТЕСТИКУЛЯРНЫЕ ГЕНЫ 77
УДК 616-006:575.18+615.37+611.013.1
В.А. Мисюрин
АУТОСОМНЫЕ РАКОВО-ТЕСТИКУЛЯРНЫЕ ГЕНЫ
ФГБНУ «Российский онкологический научный центр им. H.H. Блохина» ФАНО, Москва Контактная информация
Мисюрин Всеволод Андреевич, младший научный сотрудник лаборатории экспериментальной химиотерапии НИИ ЭДиТО
адрес: 115478, Москва, Каширское ш., 24; тел. +7(985)436-30-19 e-mail: [email protected]
Статья поступила 01.08.2014, принята к печати 08.09.2014.
Резюме
Существует группа генов, экспрессия которых в норме характерна для только герминогенных и эмбриональных клеток. По причине эпизодически наблюдаемой экспрессии при онкологических заболеваниях эти гены получили название РТГ. Согласно особенностям локализации этих генов в человеческих хромосомах, выделяют группу X-хромосомных и не-Х-хромосомных, или аутосомных РТГ. Биологические характеристики этих генов рассматриваются в сравнении этих групп между собой. В отличие от Х-хромосомных, аутосомные РТГ представлены в виде единственной копии, не образуют кластеров. Если функции Х-хромосомных РТГ только предполагаются, как кодирование транскрипционных факторов, то для белков, кодируемых аутосомными РТГ, характерно огромное разнообразие по морфологии и функциям кодируемых белков. Большая часть данных о биологии аутосомных РТГ была собрана при изучении их роли в гаметогенезе. Некоторые белки, кодируемые не-Х-хромосомными генами, способны связываться с регуляторными областями в ДНК и модулировать транскрипцию целевых генов. Среди контролируемых генов могут быть и другие РТГ. Аутосомные РТГ JARID1B, BORIS и BRDT важны для остановки одних программ транскрипции и запуска других. Так, JARID1B кодирует белок, который опосредованно подавляет экспрессию многих Х-хромосомных РТГ. Транскрипционный фактор BORIS, напротив, способствует экспрессии ряда РТГ, в том числе аутосомного TSP50 и Х-хромосомных MAGE-A1, SPANX и NY-ESO-1. Фактор BRDT активирует экспрессию аутосомного РТГ DDX43 и соматических SFRS2, DDX5, HNRPK и TARDBP. Синаптонемный комплекс формируется из белков SCP-1, SCP-2, SCP-3 и SPO11, которые также кодируются аутосомными РТГ. Белки PRM1 и PRM2 предназначены для конденсации хроматина и определяют реализацию экспрессии отцовских генов. Белок TPX1, экспонированный на внешнюю мембрану созревающей герминогенной клетки, обеспечивает её выживание. SP17 и АКАР3, взаимодействуя друг с другом, активируют движение жгутика сперматозоида. Другие мембранные белки - ACRBP, ADAM2 и SLLP1 - способствуют успешному оплодотворению. Наконец, секреторный белок SEMG1 создаёт среду для выживания и движения сперматозоидов. Нокаут хотя бы одного из представителей данного семейства генов оказывается фатальным при гаметогенезе, так как аутосомные и Х-хромосомные РТГ экспрессируются одновременно в большом числе, составляя собственные биологические программы для каждой стадии развития гамет. Какие преимущества получает опухолевая клетка при экспрессии аутосомных РТГ, сказать сложно, так как при трансформации реализуется только отдельные элементы общей программы экспрессии РТГ. В наши дни роль аутосомных РТГ в медицине определена только иммуногенностью белков, кодируемых ими. Но в будущем, возможно, свойства аутосомных РТГ, экспрессирующихся в опухолевой клетке, будут учтены при прогнозировании течения заболевания.
Ключевые слова: аутосомные раково-тестикулярные гены, иммунотерапия, гаметогенез.
V.A. Misyurin
AUTOSOMAL CANCER-TESTIS GENES
FSBSI «N.N. Blokhin Russian Cancer Research Center» FASO, Moscow Abstract
There is a group of genes whose expression is normally specific only for the germ cell and embryonic stem cells. These genes are called cancer-testis genes (CTG), because their expression is observed in cancer. According to location of these genes in human chromosomes, CTG are separated into two groups: X-chromosomal and non-X-chromosomal or autosomal CTGs. Biological characteristics of CTG are discussed taking into account differences between these groups. In contrast to X-chromosomal CTGs, autosomal genes exist only in a single copy in human chromosomes and they don't form any genomic clusters. While X-chromosomal CTGs encode only hypothetical transcription factors, proteins encoded by autosomal CTGs are characterized by a variable morphology and functions. A majority of a current knowledge about biology of autosomal CTGs has been collected from studies devoted to gametogenesis. Some proteins encoded by non-X-chromosomal genes are capable to bind with regulatory regions of DNA and modulate transcription of target genes. Among controlled genes can be other CTGs. Autosomal CTG's JARID1B, BORIS and BRDT play an important role in blocking of some transcriptional programs and activation of others. Thus, JARID1B encodes a protein which indirectly inhibits the expression many of X-chromosomal CTGs. In contrast, transcription factor BORIS can lead to expression of some CTGs, including autosomal TSP50 and X-chromosomal MAGE-A1, SPANX and NY-ESO-1. Factor BRDT activates an expression of autosomal DDX43 and somatic SFRS2, DDX5, HNRPK and TARDBP CTGs. Proteins SCP-1, SCP-2, SCP-3 and SPO11, which are also encoded by autosomal CTG, form a synaptonemal complex during meiosis. Proteins PRM1 and PRM2 designed for chromatin condensation and define implementation expression of paternal genes. Protein TPX1, exposed on the outer membrane of maturing germ cells, provides its survival. SP17
№ 3/tom 13/2014 РОССИЙСКИЙ БИОТЕРАПЕВТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ
ОБЗОРЫ ЛИТЕРАТУРЫ
АУТОСОМНЫЕ РАКОВО-ТЕСТИКУЛЯРНЫЕ ГЕНЫ
can interact with AKAP3, resulting in activation of sperm flagellum movement. Other membrane proteins - ACRBP, ADAM2 and SLLP1, contribute to successful fertilization. Finally, a secretory protein SEMG1 provides a favorable environment for sperm survival and movement. Knockout at least one of non-X-chromosomal CTG-family member is fatal event for gametogenesis. Many of autosomal and X-chromosomal CTGs are expressed simultaneously, implementing their own biological programs in each stage of gametes development. It's difficult to say which benefits achieve tumor cells in case of autosomal CTGs expression, because in a way of malignant transformation only some elements of CTGs expression program are realized. Nowadays, a role of autosomal CTGs in medicine is only defined by immuno-genicity of proteins encoded by them. Probably in future, properties of autosomal CTGs expressing in tumor cell will be taken into account to predict a course of malignant disease.
Key words: cancer-testis genes, immunotherapy, gametogenesis.
Введение
Раково-тестикулярные антигены (РТА, в некоторых источниках - раково-гаметные антигены) представляют собой группу опухолеассоциирован-ных белков. Экспрессия этих белков в норме характерна только для клеток репродуктивных тканей взрослого человека, для эмбриональных тканей, но не происходит, за редкими исключениями, во всех других соматических клетках. Тем не менее, при злокачественной трансформации наблюдается спонтанная экспрессия РТА, и генов, кодирующих их, так называемых РТГ [44; 49]. Принимая во внимание данную особенность экспрессии РТА, их можно рассматривать как опухолевые маркеры и мишени для биотерапии опухолей [3].
В целом биологические функции РТГ установлены лишь приблизительно. Опираясь на особенности кодируемых белков, геномную организацию и характер экспрессии этих в нетрансформи-рованных половых клетках, РТГ делят на две группы. В одну группу объединяют все РТГ, кодируемые хромосомой X. На данной хромосоме расположено 120 известных РТГ. Это составляет ~52% от общего числа всех описанных на сегодняшний день представителей РТГ и ~10% от всех генов, картированных на хромосоме X. В другой группе находятся 107 РТГ, кодируемых аутосомными хромосомами.
Ещё один РТГ картирован на У-хромосоме [41]. Информация о единственном У-хромосомном гене очень скудна, и в этом обзоре он рассматриваться не будет.
Большинство экспериментальных работ, касающихся биологии РТГ, посвящены X-хромосомным генам. Многие авторы поясняют выбор именно этой группы в связи с тем, что функции аутосомных РТГ известны лучше, и в данный момент требуется присвоить больший приоритет в изучении генов, кодируемых Х-хромосомой. Таким образом, текущий уровень знаний об аутосомных РТГ представлен результатами отдельных экспериментальных работ, которые пока не были систематизированы, либо упоминались в обзорных работах как фон для описания Х-хромосомных РТГ.
В данном обзоре собрана современная информация об основных характеристиках аутосомных РТГ.
Биологические особенности
аутосомныхраково-тестикулярных генов
Первое фундаментальное отличие между аутосомными и Х-хромосомными РТГ - это структурная организация генов. Если Х-хромосомный ген обычно находится в кластере, содержащем множество высокогомологичных генов, экспрессия которых часто контролируется одним общим эн-хансером, то типичный аутосомный РТГ в основном представлен единственной копией [12].
Второе значимое отличие заключается в предполагаемом происхождении РТГ. Аутосомные РТГ обладают очень консервативной структурой, мало подверженной изменениям в ходе эволюции. Гомологи человеческих генов часто обнаруживаются в геноме других организмов, в том числе - у простейших и высших растений. К примеру, у всех млекопитающих в геноме обнаружены гены, практически полностью соответствующие по структуре гену человека ACRBP (acrosin binding protein) [38; 54]. X-хромосомные РТГ за некоторыми исключениями присутствуют в основном в геноме приматов. Среди исключений - гомологи Х-хромосомных генов группы MAGE обнаружены у некоторых представителей таксономических групп, не относящихся к млекопитающим [15].
Аутосомные РТГ распределены неравномерно в геноме. В 21-й хромосоме эти гены составляют ~1,6% от общего числа кодируемых генов [41]. В других хромосомах РТГ составляют ещё меньшую долю от общего числа генов. Например, в 1-й хромосоме РТГ занимают около 0,3% среди всех остальных кодируемых генов, а в хромосоме 7 их ещё меньше - всего 0,06%. В любом случае, РТГ занимают существенно меньший объём информации в аутосомах, чем в хромосоме X [41].
Функции большинства белков, кодируемых Х-хромосомными РТГ, на текущий момент остаются неизвестными. Но многие исследователи полагают, что эти белки способны связываться с ДНК и имеют функции регуляторов уровня экспрессии генов [37].
Белки, кодируемые аутосомными РТГ, отличаются значительным разнообразием - как по трёхмерной структуре, так и по известным функциям [60]. Часть белков, кодируемых не-Х-хромо-сомными РТГ, являются регуляторными факторами, программирующими различные стадии развития герминогенных клеток от сперматогониальной стволовой клетки до зрелого сперматозоида. Другие белки, кодируемые генами данной группы, имеют структурные и ферментативные функции, предназначение которых состоит в формировании локомоторного фенотипа сперматозоида и возможности его слияния с яйцеклеткой.
Подобно белкам, кодируемым Х-хромосомными РТГ, белки, закодированные в аутосомных РТГ, способны модулировать экспрессию других генов. К примеру, такими свойствами обладает белок JARID1B (AT-rich interaction domain, J1B), кодируемый одноимённым геном. Как было показано на модели зародышевой ткани человека, JARID1B, взаимодействуя с другими транскрипционными факторами, способен останавливать экспрессию целевых генов [52]. Пои сперматогенезе JARID1B эксгоессиоуется в оанних спеоматогони-ях. На данной стадии мужские половые клетки ми-тотически делятся для увеличения своего числа. Гены, экспрессия которых стимулирована белком
№ 3/том 13/2014
РОССИИСКИИ БИОТЕРАПЕВТИЧЕСКИИ ЖУРНАЛ
ОБЗОРЫ ЛИТЕРАТУРЫ
АУТОСОМНЫЕ РАКОВО-ТЕСТИКУЛЯРНЫЕ ГЕНЫ
JARID1B, участвуют в поддержании процессов пролиферации, и подавляет экспрессию генов, ответственных за остановку клеточного цикла. После серии делений происходит дифференцировка спер-матогоний в сперматоциты, что сопровождается инактивацией гена JARID1B Г471.
Фактов BORIS (brother of the regulator of imprinted sites), кодируемый геном BORIS, экспресси-руется в сперматопитах. В структуре зрелого белка находится домен для взаимодействия со спиралью ДНК. Связываясь с промоторными областями других генов, BORIS привлекает другие транскрипционные факторы. Таким образом, активируется экспрессия управляемых генов Г281. Показано, что BORIS задействован в процессах выхода половых клеток из митотического цикла и перепрограммирования их к подготовке мейотического деления.
Другой аугосомный РТГ BRDT (bromodomain, testis-specific), кодирует быстродеградируе-мый белок, который присутствует в постмейотиче-ских сперматидах и активирует работу генов, ответственных за созревание клеток. Белок BRDT запускает за конденсацию хроматина и ацетилиро-вание гистонов [10; 39].
Мейотическое деление сперматоцита хорошо известно, и достаточно подробно описаны факторы, необходимые для осуществления этого процесса. Одно из ключевых событий мейоза - образование гомологичными хромосомами хиазм и кроссинго-вер. Сближение хромосом для образования хиазм осуществляется с помощью сложного синаптонем-ного комплекса. В его составе присутствуют белки SCP-1, SCP-2, SCP-3 (synaptonemal complex protein-1, -2 и -3, соответственно) и SPO11. Белки группы SCP образуют и стабилизируют хиазму, a SPO11 вносит двунитевые разрывы в ДНК, что способствует рекомбинации [27; 40].
В зрелых сперматозоидах геном неактивен, и хроматин максимально конденсирован. В соматических клетках первичный уровень конденсации достигается за счёт связывания гистонов непосредственно с молекулой ДНК [9]. В сперматидах, готовящихся к созреванию, экспрессируется два гена, кодирующих два структурно схожих белка прота-мина, кодируемых генами PRM1 (protamine P1) и PRM2. Подобно гистонам, протамины способны связываться с ДНК. Подсчитано, что равный объём ДНК, сконденсированной протаминами, занимает в ~20 раз меньший объём, достигнутый при конденсации гистонами. Структура протаминов такова, что они заполняют собой большую борозду в свободной двухцепочечной молекуле ДНК, что оказывается менее громоздким, чем «бусины на нитке», или нуклеосомы, образованные комплексом ДНК-гистоны. В зрелом сперматозоиде с помощью гистонов сконденсирована только —1/10 часть генома. Весь остальной объём геномной ДНК «упакован» белками PRM1 и PRM2. Высокая плотность упаковки гаплоидного набора хромосом придаёт зрелому сперматозоиду минимальный размер и улучшает его гидродинамические свойства [18]. Протамины играют роль и после оплодотворения в им-принтинге. Эти белки связываются с ДНК неспецифически, и могут оказаться в любых регионах, в том числе и в регуляторных областях генов. Структура протамин-ДНК настолько плотна, что с ней не могут взаимодействовать транскрипционные факторы. Предполагается, что после слияния гамет первыми экспрессируются только те гены, промоторы и энхансеры которых были связаны с помощью гистоновых белков [8; 9].
Созревающие сперматогональные клетки получают сигнальные молекулы от клеток Сертоли, взаимодействие с которыми происходит при посредничестве поверхностного белка TPX1 [11].
Несколько аутосомных РТГ кодируют специальные факторы, обеспечивающие движение сперматозоида и оплодотворение. На внешней стороне мембраны жгутика локализованы белки SP17 (sperm protein 17) и AKAP3 (A-kinase anchoring protein 3) [14; 30; 31]. В структуре белка SP17 выделены домены, предназначенные для связывания с ионами Ca2+ и гепарином [58; 59]. Связавшись с этими лигандами, SP17 активирует AKAP3, который, в свою очередь, стимулирует движение жгутика предполагаемый партнёр SP17, способен связываться с протеинкиназой А, что активирует движение жгутика [14; 30; 34; 54].
Поверхностный белок ACRBP (acrosin-binding protein), расположенный в акросоме зрелого сперматозоида, способствует его капацитации и последующему слиянию с яйцеклеткой [38]. Непосредственно при слиянии гамет функционируют белки ADAM2 (a disintegrin and metalloproteinase domain 2) и SLLP1 (sperm lysozyme-like protein 1), расположенные на акросоме сперматозоида, способны растворять компоненты внешней яйцевой оболочки и способствуют оплодотворению [20; 31].
Кроме мембраносвязанных и цитоплазмати-ческих белков, продукты экспрессии аутосомных РТГ найдены в семенной жидкости. Основным белком, придающим вязкость эякуляту, является SEMG1 (semenogelin 1) [42]. Белок SEMG1 способен к аутопротолизу, и образующиеся фрагменты регулируют подвижность сперматозоида и обладают антибактериальной активностью [62].
Некоторые белки, кодируемые аутосомными РТГ, способны влиять на внутриклеточные сигнальные пути. РТГ PRAME (preferentially expressed antigen in melanoma) кодирует белок с функциями, значение которых неизвестно при сперматогенезе. Однако в клеточных линиях PRAME выступает как фактор, блокирующий передачу сигнала через RAR-рецепторы [19].
Механизм регуляции экспрессии
аутосомных раково-тестикулярных генов
В качестве основной причины реактивации экспрессии РТГ при неопластической трансформации рассматривают эпигенетические события. Данные события охватывают ненаследуемые изменения в уровне экспрессии генов, такие как статус метилирования нуклеотидных оснований в геномной ДНК, модификации гистоновых белков и посттрансляционные модификации РНК [25; 46].
У млекопитающих метилирование динуклео-тидов CpG ДНК, катализируемое метилтрансфера-зой ДНК, является распространённым способом инактивации экспрессии генов [56]. Метильная группа, перенесённая в положение 5'-углерод в цитозине, препятствует связыванию специфических факторов транскрипции. Кроме того, метилированный участок ДНК является местом посадки мeтил-CpG-cвязывaющиx белков, которые предотвращают экспрессию генов путем сборки ко-репрессорных комплексов [55]. Клетки каждой ткани в организме человека обладают собственным статусом метилирования. Подобным способом не подавлена экспрессия только тех генов, экспрессия которых специфична для данной ткани.
Связь экспрессии РТГ и статуса метилирования ДНК была обнаружена достаточно давно. Ге-
№ 3/том 13/2014
РОССИИСКИИ БИОТЕРАПЕВТИЧЕСКИИ ЖУРНАЛ
ОБЗОРЫ ЛИТЕРАТУРЫ
АУТОСОМНЫЕ РАКОВО-ТЕСТИКУЛЯРНЫЕ ГЕНЫ
ном трансформированных клеток человека в большинстве случаев гипометилирован, а сами клетки экспрессируют различные РТА [22].
Показано, что во всех соматических тканях здорового человека регуляторные области генов, контролирующих экспрессию РТГ, метилированы. В соматических тканях не обнаружены мРНК и белковые продукты, так называемые РТА. Напротив, в клетках тканей человеческого зародыша и в герминогенных клетках присутствуют РТА, а гены, кодирующие их, оказываются в целом деметилиро-ваны [17]. На клеточных линиях меланомы было впервые показано, что гипометилирующий агент 5-аза-2'-дезоксицитидин стимулирует экспрессию РТГ MAGE-A1 [57]. Впоследствии выяснили, что экспрессия MAGE-Al коррелирует со статусом метилирования его промоторных областей в опухолевых клетках различных гистологических типов [16; 17]. Но наиболее веское доказательство того, что статус метилирования промоторов РТГ является ведущим молекулярным механизмом регуляции их экспрессии, было получено после трансфекции с помощью векторов, содержащих РТГ с их промоторами. Экспрессия РТГ после трансфекции наблюдалась только в том случае, когда промотор, встроенный в вектор, был деметилирован [45].
Интересно, что статус метилирования промоторов РТГ оказывается сходным у всех потомков трансформированной клетки. У всех клеток одной линии наблюдается метилирование по сходным позициям в геноме, и профиль экспрессии генов, в том числе и РТГ, оказывается одинаковым [21].
Тем не менее, далеко не во всех случаях ги-пометилирование сопровождается активацией экспрессии РТГ. Так, при колоректальном раке экспрессия РТГ наблюдается очень редко, хотя в геноме опухолевых клеток практически нет метилированных динуклеотидов CpG.
В качестве другого значимого фактора эпигенетической регуляции экспрессии РТГ выделяют модификации гистоновых белков [26]. Гистоны, даже сформировав нуклеосомы, сохраняют выступающие N-концевых участки полипептиных цепей. Эти участки являются мишенью разнообразных посттрансляционных модификаций, включая аце-тилирование и метилирование. Статус ацетилиро-вания гистонов поддерживается в результате сбалансированной работы HAT, добавляющей ацетильные группы в N-концевые остатки лизина, HDAC, удаляющих эти группы. Ацетилирование гистонов приводит к отталкиванию нуклеосом, что облегчает формирование транскрипционных комплексов. В случае деацетилированного хроматина наоборот, требуется большие энергозатраты при инициации транскрипции [23]. Согласно результатам экспериментов в условиях in vitro, ингибирова-ние HDAC приводит к повышению уровня экспрессии РТГ независимо от статуса метилирования их промоторов [61].
Метилирование гистонов также влияет на уровень экспрессии РТГ. Метилирование происходит при добавлении CH3-rpynn к N-концевым остаткам аргинина и лизина. В зависимости от положения и структуры изменённого аминокислотного остатка наблюдается как активация транскрипции, так и репрессия генов [43]. Нокаут генов, кодирующих метилтрансферазы гистонов, сопровождался активацией экспрессии генов группы MAGE в эмбриональных стволовых клетках мыши [51]. Угнетение метилтрансферазы гистонов линии коло-ректального рака и рака молочной железы человека
также приводило к экспрессии ряда РТГ, причём вне зависимости от статуса метилирования ДНК в их промоторных областях [32; 50].
Упомянутые выше модификации гистонов и CpG-динуклеотидов приводят к неспецифической регуляции экспрессии РТГ. Но для некоторых белков, кодируемых аутосомными РТГ, доказана способность непосредственно модулировать экспрессию других РТГ. Например, JARID1B, экспрессия которого ассоциирована с постоянной пролиферацией, создаёт условия, в которых прекращается экспрессия многих X-хромосомных РТГ, в том числе NY-ESO-1, FTHL17, NXF2, TAF7L, FATE и генов группы MAGE. К сожалению, данные о механизме этого процесса пока неполны [47].
Белок BORIS, который гомологичен белку-активатору экспрессии CTCF (CCCTC-binding factor), известно несколько больше. На ранних стадиях сперматогенеза BORIS индуцирует экспрессию ряда РТГ [33]. Мишенью для BORIS является мотив CCCTC, расположенный в регуляторных некоторых РТГ, причём как аутосомных (TSP50), так и X-хромосомных (MAGE-A1, SPANX и NY-ESO-1) [53]. Интересно, что этот же мотив распознаётся и фактором CTCF, однако CTCF не активирует экспрессию РТГ [53]. После присоединения к промотору субъединица CTCF ассоциируется с белком BORIS, затем диссоциирует, оставляя BORIS на целевом ДНК-мотиве [36]. После этого происходит сборка транскрипционного комплекса с последующей экспрессией РТГ. В нетрансформи-рованных соматических клетках, промоторы РТГ метилированы, и в отсутствие BORIS при наличии фактора CTCF эти гены неактивны. Как было показано на клеточных линиях рака молочной железы, простаты и рака лёгких, экспрессия BORIS на белковом уровне сопровождается деметилированием ДНК в промоторных областях, привлечением ме-тилтрансфераз гистонов и активацией экспрессии РТГ [48; 53].
Активность фактора BRDT приводит к экспрессии ряда белков, осуществляющих сплайсинг РНК и метаболизм. Аутосомный РТГ DDX43 (DEAD Box 43), один из возможных генов-мишений BRDT, обладает подобными функциями. DDX43 и его структурные аналоги (в числе которых соматические белки SFRS2, DDX5, HNRPK и TARDBP), модифицируют за счёт сплайсинга несколько сотен мРНК, меняя функции кодируемых белков [10]. В целом, факторы, экспрессия которых запущена BRDT, проводят конденсацию хроматина. При конденсации понижается либо полностью останавливается экспрессия всех групп генов, в том числе и аутосомных РТГ.
Согласно общим данным, множество не-X-хромосомных РТГ в норме экспрессируются одновременно, и некоторые из них кодируют факторы, предназначенные для смены профиля экспрессии одних групп РТГ в пользу других [47]. Важно понимать, что может произойти в случае активации этих генов не в герминогенных клетках, а при онкозаболеваниях, морфологическим субстратом которых являются соматические клетки. Ожидать, что опухолевая клетка приобретёт фенотип гермино-генной не следует, но можно предположить, что какие-то функции, характерные для сперматозоидов, будут наблюдаться и при неоплазиях.
Иммуногенность
аутосомных раково-тестикулярных генов
Гемато-тестикулярный барьер и отсутствие молекул HLA класса 1 предотвращает иммунопре-
№ 3/том 13/2014
РОССИИСКИИ БИОТЕРАПЕВТИЧЕСКИИ ЖУРНАЛ
ОБЗОРЫ ЛИТЕРАТУРЫ АУТОСОМНЫЕ РАКОВО-ТЕСТИКУЛЯРНЫЕ ГЕНЫ 81
зентацию аутосомных РТА, экспрессируемых гер-миногенными клетками. При этом экспрессия аутосомных РТГ и РТА характерна для опухолевых заболеваний различных гистологических типов [47]. С иммунологической точки зрения аутосомные РТА могут быть рассмотрены как значимые объекты для таргетной терапии онкозаболеваний [3].
Разнообразные белки, кодируемые аутосом-ными РТА, расщепляются и презентируются в комплексе с молекулами HLA классов 1 и 2 точно так же, как и многие белки-ксенобиотики [24]. Поскольку происходит презентация, ничто не должно препятствовать развитию спонтанного иммунного ответа. Действительно, в крови онкологических больных были обнаружены либо T-лимфоциты, либо антитела, распознающие эпитопы не-Х-хромосомных РТГ [58]. Например, у больных с диагнозом "рак молочной железы" были найдены антитела, выработанные против белка SCP-1. У больных множественной миеломой циркулировали T-киллеры, специфичные против SP17 опухолевых клеток [59]. Согласно этим данным можно сказать, что аутосомные РТГ кодируют белки, пригодные для разработки средств для иммунотерапии онкозаболеваний [6; 7].
Но в целом X-хромосомные РТА считаются более иммуногенными [47]. Возможно, по этой причине все официальные клинические испытания, которые проводятся в наши дни, посвящены отработке методов таргетной терапии против антигенов группы MAGE и NY-ESO-1 [13; 35]. Иммуноген-ность аутосомных РТА оказалась применима только в диагностике и наблюдении за прогрессией некоторых заболеваний [1; 2; 4; 5; 29]. Возможно, после накопления экспериментальной и клинической базы в будущем перейдут к созданию поливалентной вакцины, единовременно действующей против множества антигенов, в том числе - и против не-Х-хромосомных РТА.
Заключение
Хотя наши знания о функции аутосомных и Х-хромосомных РТГ в нормальных и трансформи-
рованных клетках еще неполны, уже сейчас ясно, что их экспрессия оказывает существенное влияние на ряд клеточных процессов, в том числе сигнализацию, транскрипцию, трансляцию и хромосомную рекомбинацию. Несомненно, такие объекты, как РТГ и кодируемые ими РТА, были и остаются очень значимыми в развитии биологии опухолевой клетки и определении методов воздействия на неё.
Экспрессия аутосомных РТГ при тумороге-незе может быть свидетельством работы некоторых путей передачи сигнала, нехарактерных для не-трансфомированных клеток. Как было сказано выше, герминогенные клетки приобретают свои уникальные черты за счёт реализации программ развития, заложенных во множестве РТГ. Конечно же, клетки любой взятой ткани человека обладают собственным транскриптомом, реализация которого позволяет исполнять собственные специфические функции. Принимая это во внимание, можно ожидать, что в опухолевых клетках, происходящих из одного органа, могут быть наблюдаться работающие фрагменты транскрипционных программ, свойственным клеткам других гистотипов.
Уникальность аутосомных РТГ состоит в том, что в обозримом будущем станет возможно прогнозировать течение заболевания при расширении наших знаний о биологической роли каждого из этих объектов. Давно известно, как влияют на структуру и функции белка точечные мутации или делеции. Как и все гены человека, аутосомные РТГ не защищены от изменений при онкогенезе, и в кодируемых ими белках могут проявляться либо искажения функций, либо их полная утрата, но и никогда не произойдёт смены функций со структурной на каталитическую, либо наоборот. С некоторой вероятностью можно ожидать, что нормальные функции этих белков будут сохранены при их экспрессии в трансформированной клетке. Если это действительно так, можно будет прогнозировать дальнейшие изменения в транскриптоме и фенотипе опухолевой клетки.
Несомненно, что аутосомные РТГ и кодируемые ими РТА будут играть не последнюю роль в медицине будущего.
Литература
1. Абраменко И.В., Белоус Н.И., Крячок И.А. и др. Экспрессия гена PRAME при множественной миеломе // Терапевтический архив. -2004. - Т. 76, № 7. - С. 77-81.
2. Абраменко И.В., Белоус Н.И., Мисюрин А.В. Экспрессия гена PRAME при миеломной болезни // Терапевтический архив. - 2004. - 7. -
3. Барышников А.Ю. Принципы и практика вакцинотерапии рака. Бюллетень Сибирского отделения Российской академии медицинских наук // - 2004. - № 2. - С. 59-63.
4. Гапонова Т.В., Менделеева Л.П., Мисюрин А.В., Варламова Е.В., Савченко В.Г. Экспрессия опухолеассоциированных генов PRAME, WT1 и XIAP у больных множественной миеломой // Онкогематология. - 2009. - № 2. - С. 52-7.
5. Мисюрин В.А., Лукина А.Е., Мисюрин А.В. и др. Особенности соотношения уровней экспрессии генов PRAME и PML/RARA в дебюте острого промиелоцитарного лейкоза // Российский биотерапевтический журнал. - 2014. - Т. 13, № 1. - С. 9-16.
6. Новиков В.В., Евсегнеева И.В., Караулов А.В., Барышников А.Ю. Растворимые формы мембранных антигенов клеток иммунной системы при социально значимых инфекциях // Россииский биотерапевтический журнал. - 2005. - Т. 4., № 2. - С. 100-5.
7. Новиков В.В., Караулов А.В., Барышников А.Ю. и др. Особенности структурного состояния пула растворимых форм мембранных антигенов клеток иммунной системы // Молекулярная медицина. - 2009. - № 4. - С. 27-33.
8. Aoki V.W., Liu L., Jones K.P. et al. Sperm protamine 1/protamine 2 ratios are related to in vitro fertilization pregnancy rates and predictive of fertilization ability // Fertil Steril. - 2006. - 86. - P. 1408-15.
9. BalhornR. The protamine family of sperm nuclear proteins // Genome Biology. - 2007. - 8. - P. 227.
10. Berkovits B.D., Wang L., Guarnieri P., Wolgemuth D.J. The testis-specific double bromodomain-containing protein BRDT forms a complex with multiple spliceosome components and is required for mRNA splicing and 3'-UTR truncation in round spermatids // Nucleic Acids Res. -2012. - 40(15). —P. 7162-75.
11. Busso D., Cohen D.J., Hayashi M. et al. Human testicular protein TPX1/CRISP-2: localization in spermatozoa, fate after capacitation and relevance for gamete interaction // Mol Hum Reprod. - 2005. - 11(4). - 299-305.
12. Chen Y.T., Cao D., Chiu R., Lee P. Chromosome X-encoded Cancer/Testis antigens are less frequently expressed in non-seminomatous germ cell tumors than in seminomas // Cancer Immunity. - 2013. - 13. - P. 10.
13. Cheng Y.—H., Elissa W.P., Yan Cheng C. Cancer/testis (CT) antigens, carcinogenesis and spermatogenesis // Spermatogenesis. - 2011. - 1(3). -P. 209-20.
14. Chiriva-Internati M., Gagliano N., Donetti E. et al. Sperm protein 17 is expressed in the sperm fibrous sheath // J Transl Med. - 2009. - 7. - P. 61-7.
15. Chomez P., De Backer O., BertrandM. et al. An overview of the MAGE gene family with the identification of all human members of the family // Cancer Res. - 2001. - 61. - P. 5544-51.
16. De Smet C., Loriot A., Boon T. Promoter-dependent mechanism leading to selective hypomethylation within the 5' region of gene MAGE-A1 in tumor cells // Mol. Cell Biol. - 2004. - 24. - P. 4781-90.
17. De Smet C., Lurquin C., Lethe B. et al. DNA methylation is the primary silencing mechanism for a set of germ line and tumor-specific genes
№ 3/tom 13/2014 РОССИЙСКИЙ БИОТЕРАПЕВТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ
ОБЗОРЫ ЛИТЕРАТУРЫ
АУТОСОМНЫЕ РАКОВО-ТЕСТИКУЛЯРНЫЕ ГЕНЫ
with a CpG-rich promoter // Mol. Cell Biol. 18. Depa-Martynow M., Kempisty B., Lianeri M., Jagodz,
matid-specific linker histone H1-like protein mRNA levels, fertilization ability of human spermatozoa, and quality of preimplantation embryos
1999. - 19. - P. 7327-35.
, Kempisty B., Lianeri M., Jagodzinski P.P., Jedrzejczak P. Association between fertilin beta, protamines 1 and 2 and sper-
19.
20. 21.
22.
23.
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
40.
41.
42.
43.
44.
45.
46.
47.
48.
49.
50.
51.
52.
53.
54.
55.
56.
57.
58.
59.
60. 61.
62.
Cytobiol. - 2007. - 45(1). » L., Edel M.J. et al. The
P. 79-85.
human tumor antigen PRAME is a dominant repressor of retinoic acid receptor signaling // Cell.
// Folia Histochem Cytobiol. -EppingM.T., Wang
2005. - 122(6). - P. 835-47.
Evans J.P. Fertilin b and other ADAMs as integrin ligands: insights into cell adhesion and fertilization // Bioessays. - 2001. - 23. - 628-39. Fratta E., Sigalotti L., Colizzi F. et al. Epigenetically regulated clonal heritability of CTA expression profiles in human melanoma // J. Cell Physiol. - 2010. - 223. - 352-8.
Gama-Sosa M.A., Slagel V.A., Trewyn R.V. et al. The 5-methylcytosine content of DNA from human tumors // Nucleic Acids Res. - 1983. -11. - P. 6883-94.
IizukaM., SmithM.M. Functional consequences of histone modifications // Curr. Opin. Genet. Dev. - 2003. - 13. - P. 154-60.
KalejsM., Erenpreisa J. Cancer/testis antigens and gametogenesis: a review and "brain-storming" session // Cancer Cell Int. - 2002. - 5. - P. 4.
Karpf A.R. A potential role for epigenetic modulatory drugs in the enhancement of cancer/germ-line antigen vaccine efficacy // Epigenetics. -
2006. - 1. - P. 116-20.
Karpf A.R., Jones D.A. Reactivating the expression of methylation silenced genes in human cancer // Oncogene. - 2002. - 21. - P. 5496-503. Keeney S., Giroux C. N. Kleckner N. Meiosis-specific DNA double-strand breaks are catalyzed by Spo11, a member of a widely conserved protein family // Cell. - 1997. - 88. - P. 375-84.
Kosaka-Suzuki N., Suzuki T., Pugacheva E.M. et al. Transcription Factor BORIS (Brother of the Regulator of Imprinted Sites) Directly Induces Expression of a Cancer—Testis Antigen, TSP50, through Regulated Binding of BORIS to the Promoter // J Biol Chem. - 2011. - 286(31). - P. 27378-88.
Krishnadas D.K., Bao L., Bai F., Chencheri S.C., Lucas K. Decitabine facilitates immune recognition of sarcoma cells by upregulating CT antigens, MHC molecules, and ICAM-1 // Tumour Biol. - 2014. - 35(6). - P. 5753-62.
Lea I.A., Richardson R.T., Widgren E.E., O'RandM.G. Cloning and sequencing of cDNAs encoding the human sperm protein, Sp17 // Biochim Biophys Acta. - 1996. - 17. - 1307(3). - P. 263-6. Lea I.A., Widgren E.E., O'Rand M.G. A - 2004. - 16(2). - P. 57.
Link P.A., Gangisetty O., James S.R. et al. Distinct roles for histone methyltransferases G9a and GLP in cancer germ-line antigen gene regulation in human cancer cells and murine embryonic stem cells // Mol. Cancer Res. - 2009. - 7. —P. 851-62.
Loukinov D.I., Pugacheva E., Vatolin S. et al. BORIS, a novel male germ-line-specific protein associated with epigenetic reprogramming events, shares the same 11-zinc-finger domain with CTCF, the insulator protein involved in reading imprinting marks in the soma // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 2002. - 99. - P. 6806-11.
LuconiM., Baldi E. How do sperm swim? Molecular mechanisms underlying sperm motility // Cell Mol Biol. - 2003. - 49. - P. 357-69. Mikhaylova I.N., Morozova L.F., Golubeva V.A. et al. Cancer/testis genes expression in human melanoma cell lines // Melanoma Research. -2008. - 18(5"). - P. 303-13.
Nguyen P., Bar-Sela G., Sun L. et al. BAT3 and SET1A form a complex with CTCFL/BORIS to modulate H3K4 histone dimethylation and gene expression // Mol. Cell Biol. - 2008. - 28. - P. 6720-9.
ODonnellL., Nicholls P.K., O'Bryan M.K. et al. Spermiation: the process of sperm release // Spermatogenesis. - 2011. - 1. - P. 14-35.
Ono T., Kurashige T., Harada N. et al. Identification of proacrosin binding protein sp32 precursor as a human cancer/testis antigen // Proc. Natl.
Acad. Sci. USA. - 2001. - 98. - P. 3282-7.
Pivot-Pajot C., Caron C., Govin J. et al. Acetylation-dependent chromatin reorganization by BRDT, a testis-specific bromodomaincontaining protein //Mol. Cell Biol. - 2003. - 23. - P. 5354-65.
. Association of sperm protein 17 with A-kinase anchoring protein 3 in flagella // Reprod Biol Endocrinol.
Pousette A., Leijonhufvud P., Arver S. et al. Presence of synaptonemal complex protein 1 transversal filament-like protein in human primary spermatocytes // Hum. Re
ajagopalan K., Mooney
jagnon C. Semenogelin I: a coagulum forming, multifunctional seminal vesicle protein // Cell Mol Life Sci. - 1999. - 55. - P.
4es // Hum. Reprod. - 1997. - 12. - P. 2414-7.
S.M., Parekh N. et al. A majority of the cancer/testis antigens are intrinsically disordered proteins // J Cell Biochem. 2011. - 112(11). - P. 3256-67.
RoRobert M., Ga 944-60.
Santos-RosaH., Caldas C. Chromatin modifier enzymes, the histone code and cancer // Eur. J. Cancer. - 2005. - 41. - P. 2381-402. Scanlan M.J., Simpson A.J., Old L.J. The cancer/testis genes: review, standardization, and commentary // Cancer Immun. - 2004. - 4. - P. 1. Sigalotti L., Coral S., Nardi G. et al. Promoter methylation controls the expression of MAGE2, 3 and 4 genes in human cutaneous melanoma // Int. J. Cancer. - 2002. - 25. - P. 16-26.
Sigalotti L., Fratta E., Coral S. et al. Epigenetic drugs as pleiotropic agents in cancer treatment: iomolecular aspects and clinical applications J. Cell Physiol. - 2007. - 212. - P. 330-44.
Simpson A.J., Caballero O.L., Jungbluth A., Chen Y.T., Old L.J. Cancer/testis antigens, gametogenesis and cancer // Nat Rev Cancer. - 2005. -5(8). - P. 615--25.
Smith I.M., Glazer C.A., Mithani S.K. et al. Coordinated activation of candidate proto-oncogenes and cancer testes antigens via promoter de-methylation in head and neck cancer and lung cancer // PLoS One. - 2009. - 4. - e4961.
Stevenson B.J., Iseli C., Panji S. et al. Rapid evolution of cancer/testis genes on the X chromosome // BMC Genomics. - 2007. - 8. - P. 129. Sun F., Chan E., Wu Z. et al. Combinatorial pharmacologic approaches target EZH2-mediated gene repression in breast cancer cells // Mol. Cancer Ther. - 2009. - 8. - P. 3191-202.
TachibanaM., Ueda J., FukudaM. et al. Histone methyltransferases G9a and GLP form heteromeric complexes and are both crucial for methylation of euchromatin at H3-K9 // Genes Dev. - 2005. - 19. - P. 815-26.
Tan K., Shaw A.L., Madsen B. et al. Human PLU-1 Has transcriptional repression properties and interacts with the developmental transcription factors BF-1 and PAX9 // J. Biol. Chem. - 2003. - 278. - P. 20507-13.
Vatolin S., Abdullaev Z., Pack S.D. et al. Conditional expression of the CTCF-paralogous transcriptional factor BORIS in normal cells results in demethylation and derepression of MAGE-A1 and reactivation of other cancer-testis genes // Cancer Res. - 2005. - 65. - P. 7751-62. Vijayaraghavan S., Liberty G.A., Mohan J. et al. Isolation and molecular characterization of AKAP110, a novel, sperm-specific protein kinase A-anchoring protein // Mol Endocrinol. - 1999. - 13(5). - 705-17.
Wade P.A. Methyl CpG binding proteins: coupling chromatin architecture to gene regulation // Oncogene. - 2001. - 20. - 3166-73.
WattF.M. Epidermal stem cells: markers, patterning and the control of stem cell fate // Philos Trans R Soc Lond, B, Biol Sci. - 1998. - 353. -
P. 831-7.
Weber J., Salgaller M., Samid D. et al. Expression of the MAGE-1 tumor antigen is up-regulated by the emethylating agent 5-aza-2'-deoxycytidine // Cancer Res. - 1994. - 54. - P. 1766-71.
Wen Y., Richardson R.T., O'randM.G. Processing of the sperm protein Sp17 during the acrosome reaction and characterization as a calmodulin binding protein // Dev Biol. - 1999. - 206(2). - P. 113-22.
Wen Y., Richardson R.T., Widgren E.E., O'Rand M.G. Characterization of Sp17: a ubiquitous three domain protein that binds heparin // Biochem J. - 2001. - 1. - 357(1). - P. 25-31.
WhitehurstA.W. Cause and consequence of cancer/testis antigen activation in cancer // Annu Rev Pharmacol Toxicol. - 2014. - 54. - P. 251-72. Wischnewski F., Pantel K., Schwarzenbach H. Promoter demethylation and histone acetylation mediate gene expression of MAGE-A1, -A2, -A3, and -A12 in human cancer cells // Mol. Cancer Res. - 2006. - 4. —P. 339-49.
Zhao H., Lee W.H., Shen J.H., Li H., Zhang Y. Identification of novel semenogelin I—derived antimicrobial peptide from liquefied human seminal plasma // Peptides. - 2008. - 29. - P. 505-11.
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИИ
PTA(PTr) HAT HDAC MAGE
- раково-тестикулярные (анти)гены
- Acetiltransferases of hystons (ацетилтрансферазы гистонов)
- hystondesacetilases (гистондезацетилаз)
- melanoma-associated antigen (меланом-ассоциированный антиген)
№ 3/том 13/2014
РОССИИСКИИ БИОТЕРАПЕВТИЧЕСКИИ ЖУРНАЛ
82
