CC BY
183
140
Дискуссионные и общетеоретические работы
дискуссионные и общетеоретические работы
ФАРМАКОГЕНЕТИЧЕСКИЙ И БИОИНЖЕНЕРНЫЙ ПОДХОДЫ К ЛЕЧЕНИЮ ГЛИАЛЬНЫХ ОПУХОЛЕЙ ГОЛОВНОГО МОЗГА
И.С. Брюховецкий, А.С. Брюховецкий, Ю.С. Хотимченко Дальневосточный федеральный университет, Владивосток, Россия
Pharmacogenetic and bioengineering approaches to the treatment of glial tumors of the brain.
I.S. Bryukhovetskiy, АБ. Bryukhovetskiy, Y.S. Khotimchenko Far Eastern Federal University, Vladivostok, Russia
В обзоре проведен анализ существующих представлений о специфике механизмов терапевтической резистентности глиальных опухолей головного мозга, систематизированы основные тенденции в современной химиотерапии глиальных опухолей, предпринята попытка обоснования новых, биоинженерных подходов к созданию персонифицированных клеточных препаратов для терапии глиальных опухолей с учетом молекулярно-биологических характеристик опухолевых стволовых клеток. Показано, что основным инструментом терапевтического воздействия могут быть собственные стволовые клетки онкологического больного, а протеом опухолевой стволовой клетки может рассматриваться как основная мишень клеточной терапии.
Ключевые слова: глиальные опухоли головного мозга, мультиформная глиобластома, стволовые клетки, опухолевые стволовые клетки, геномика, транскриптомика, про-теомика.
Существующие подходы к лечению глиальных опухолей головного мозга практически не эффективны.
Распространённость глиальных опухолей в странах Европы, Азии и Америки варьирует от 5,2—7,5 на 100 000 человек, и только в США ежегодно регистрируется 17 тысяч новых случаев болезни. Глиомы составляют самую большую группу первичных опухолей головного мозга, 52—82% глиом представлены мультиформной глиобластомой — инвазивной злокачественной опухолью с крайне неблагоприятным прогнозом, выживаемость больных составляет 12—24 мес. с момента установления диагноза, пятилетняя выживаемость близка к нулю [1].
Существует несколько объективных причин неудовлетворительных результатов лечения глиальных опухолей. Первая связана с локализацией опухоли в замкнутой полости черепа, которая имеет жесткий, постоянный объем, а ее содержимое практически не сжимаемо. Быстрый рост опухоли в замкнутом пространстве полости черепа сопровождается повышением внутричерепного давления и дислокацией мозговых структур.
Локализация опухоли в глубине вещества мозга ограничивает возможность ее хирургического удаления. Расположение неопластического узла в непосредственной близости от жизненно важных центров мозгового ствола вообще исключает операцию. При этом, характерное для глиом высокой степени злокачественности отсутствие резких границ между тканью опухоли и веществом мозга и выраженная инфильтрацией вещества мозга неопластическими
е-mail: [email protected]
The article analyzes the existing ideas about the specific mechanisms of therapeutic resistance of glial tumors of the brain, systematized the main trends in modern chemotherapy glial tumors, an attempt to justify the new bioengineering approaches to the creation of personalized cell preparations for therapy of glial tumors based on molecular — biological characteristics of tumor stem cells. It is shown that the main tool of the therapeutic effects can be own stem cells of cancer patients and tumor stem cell proteome can be considered as the primary target cell therapy.
Key words: Glial brain tumor, glioblastoma multiforme, stems cells, tumor stem cells, genomics, and proteomics.
клетками, делает неэффективными радикальные приемы, применяемые в онкологии [2].
Вторая группа причин связана с опухолевыми стволовыми клетками (ОСК). Накоплено множество данных, позволяющих считать ОСК глиальных опухолей продуктом патологической эволюции нормальных стволовых клеток человеческого организма. Эволюционные преимущества, в числе которых способность восстанавливать поврежденную ДНК и проходить контрольные точки клеточного цикла, гипоксический тип метаболизма и способность противостоять воздействию химиопрепаратов делают ОСК недосягаемой для традиционных терапевтических воздействий [3].
Требуется разработка новых стратегий лечения глиальных опухолей головного мозга, способных продлить жизнь нейронкологических больных.
Цель настоящей статьи состоит в проведении критического анализа существующих подходов к лечению глиальных опухолей головного мозга и обосновании возможности создания нового класса противоопухолевых средств на базе постгеномных биотехнологий.
Материал
Используя ключевые слова, соответствующие теме исследования, проанализированы статьи, монографии и другие литературные источники, обнаруженные в базах данных eLibrary, PubMed и Scopus за 2004—2014 гг., а также патенты и научные отчеты возглавляемого авторами коллектива.
Гены & Клетки Том IX, № 3, 2014
Дискуссионные и общетеоретические работы
141
Конвенционные подходы к лечению глиом
Хирургическая операция является стратегически важным компонентом лечения глиом [4]. Его эффективность принята междисциплинарным комитетом Всемирной Организации Здравоохранения за основу при определении клинико-морфологических критериев прогноза [5].
К первой степени злокачественности отнесены опухоли с потенциальной возможностью практически полного хирургического излечения. Вторая степень была присвоена инфильтративным опухолям с высокой вероятностью выживаемости не менее 5 лет. К признакам опухолей третьей степени злокачественности были отнесены атипия клеточных ядер в сочетании с высокой пролиферативной активностью, резистентностью к лечению, высокой вероятностью продолженного роста и медианой выживаемости 2—3 года. Четвертая степень злокачественности ассоциирована с высокой митотической активностью, наличием большого числа некрозов и крайне высокой вероятностью рецидива после удаления. Классическим представителем этого типа опухолей является мультиформная глиобластома (МГБ).
Оперативное лечение глиом высокой степени злокачественности всегда дополняется облучением. Химиотерапия может увеличить длительность безрецидивного периода. Наиболее востребованными препаратами для терапии глиальных опухолей является темозоламид, прокарбазин, ломустин (CCNU), карму-стин (BCNU), нимустин (ACNU), фотемустин (Мюсто-форан), дакарбазин, иринотекан, этопозид, винкри-стин, цисплатин, карбоплатин и паклитаксел [6].
Существенным недостатком цитостатиков является неспособность подавлять интерфазные неопластические клетки инфильтрирующие вещество мозга. Выживаемость пациентов с глиомами IV степени злокачественности не превышает 12—24 мес. [1, 5].
Фармако-геномный подход к лечению глиом
Низкая эффективность классических схем лечения глиальных опухолей высокой степени злокачественности сместила акценты поиска новых фармацевтических средств в область опухолевого генома [7].
Известно, что в 40% глиальных опухолей содержат мутацию гена Р53. Данный ген локализован на 17 хромосоме и ответственен за синтез протеина Р53, который активируется при повреждении ДНК и индуцирует процессы апоптоза. Более чем 70% МГБ содержит мутацию Р53, в сочетании с патологией генов MDM2 и p14ARF. На сегодняшний день предложены наносистемы таргетной доставки активной формы гена P53 в клетки МГБ [8] и технологии направленного введения в клетки опухоли биомолекул Mir-34a [9] и циклофилина В и ряда других веществ для запуска процесса клеточной гибели минуя Р53-опосредованный механизм [10, 11].
Гиперэкспрессия гена EGFR в клетках злокачественных глиом всегда сочетается с потерей гете-розиготности в 10q хромосомном регионе. С этой мутацией сопряжена патология гена PTEN белковый продукт, которого тормозит внутриклеточную передачу сигнала по пути PI3K/AKT/mTORb [12, 13]. Одним из первых препаратов, направленных против EGFR стал гефитиниб (Иресса), перспективы другие ингибиторы тирозинкиназы — эрлотиниб (Тарцева)
и лапатиниб (Тайверб). Однако в серии клинических испытаний в комбинации с темозоламидом их эффективность лишь незначительно превосходила стандартную химиотерапию [14—16]. Определенные надежды возлагаются на таргетную доставку микроРНК181с [17] и биомолекул ингибиторов ка-тепсина S [18].
Мутации генов CDKN2A/CDKN2B, локализованных в хромосомном регионе 9p21, выявлены в 40% глиом высокой степени злокачественности, но наиболее характерны для вторичных форм МГБ у пожилых больных [19]. Напротив, мутации генов IDH1/IDH2 более характерны для первичных форм МГБ у молодых пациентов [20]. Мутация гена Гиппеля — Ландау (VHL) — стратегический фактор канцерогенеза МГБ. Ген регулирует реакцию тканей на гипоксию, и является регулятором трафика стволовых клеток и инициатором процессов ангиогенеза [21]. Характерные для МГБ мутации генов NF1 и NF2, CDH1, APC, CTNNB1, SMO, PTCH и Myc дестабилизирует геном, и ведут к нарушению экспрессии других генов [22—24]. Эффективных инструментов для воздействия на эти мишени пока не предложено.
Однако существует возможность таргетного воздействия на рецепторные белки, управляющие процессами экспрессии генов. Более 60% глиом высокой степени злокачественности содержат повышенный уровень рецептора к эпидермальному фактору роста (EGFR). Взаимодействие оси EGF/EGRF активизирует фосфолипазы PI3, PI4 и PIP5, регуляторные киназы pp70, S6, Act\Rac, и JNK, индуцирующих экспрессию генов c-fos, c-myc, c-jun, c-ras, порождающих процессы инвазии и деления клеток [25].
Воздействие на рецепторы трансформирующего ростового фактора (TGFa)-лиганда семейства EGF активизирует путь сигнальной трансдукции Ras-Raf-MEK-ERK, противодействуя индукторам апоптоза [26]. Изучается возможность воздействия на эти мишени с помощью моноклональных антител, определенные клинические перспективы имеет блокатор Ras-киназы типифарниба (Zarnestra). Эффективность противоопухолевых вакцин в отношении EGFRvIII при МГБ можно считать доказанной [14, 27-30].
Фактор роста тромбоцитов (белок PDGF-a) является одним из наиболее значимых лигандов в биологии МГБ. Взаимодействие PDGF со своим рецептором активизирует в клетках МГБ экспрессию генов семейства Akt и резко усиливает пролиферацию неопластических клеток и рост опухоли [31]. Для подавления тирозинкиназной активности фактора роста тромбоцитов предприняты попытки использовать имматиниб (Гливек), тандутиниб (MLN 518) и сунитиниб, угнетающий a- и p-рецепторы тромбоци-тарного фактора роста [32-34].
Концентрация фактора роста нервов (NGF) в ткани МГБ в три раза выше таковой в нормальном, не поврежденном мозге. Взаимодействие NGF/NGFR модулирует сигнальный путь МАРК [35]. Связь между концентрацией NGF и увеличением количества ин-тегрина a9p1 характерна для вторичных форм МГБ. Выработка интегрина a9p1 не свойственна нормальным астрацитам, и его появление следует объяснить высоким уровнем NGF, что отражает особую роль этого лиганда в канцерогенезе МГБ [36].
Фактор, индуцированный гипоксией (HIF) — маркер особо агрессивного типа опухолей и серьезности прогноза. HIF является главным фактором, активи-
Гены & Клетки Том IX, № 3, 2014
142
Дискуссионные и общетеоретические работы
рующим экспрессию максимального числа генов. Ги-пер-экспрессия HIF вследствие инактивации гена VHL в опухолевых клетках ведет к избыточной продукции фактора роста эндотелия (VEGF) и тромбоцитарного фактора роста (PDGF) и стимулирует неопластический ангиогенез [37—39]. В свою очередь, концентрация фактора роста гепатоцитов (HGF) существенно выше в МГБ, чем в других опухолях глиального ряда. Он модулирует процессы миграции и инвазивного роста. Концентрация HGF в МГБ коррелирует с вероятностью рецидива после удаления [40].
Вариантом возможного воздействия на эту систему является применение препаратов, угнетающих активность серин-треониновой киназы рецепторов VEGFR и PDGFR: темсиролимус (Торизел), эвероли-мус (Афинитор), бевацизумаб (Авастин) в комбинации с интерфероном-а. Изучается эффективность ингибитора PKC — энзастаурина [41 — 44].
Таким образом, наличие в опухолевых клетках мутаций генов p53, EGFR, PDFG, NF1, EGFR, PTEN, в сочетании с и повышенным содержанием HIF, HGF, NGF, характерно для злокачественных глиом. Исследование профиля генетических нарушений является обязательным условием при подборе адекватной химиотерапии.
Эпигеномные нарушения в терапии глиом
Метилирование ДНК — фундаментальный механизм инактивации генов в эукариотических клетках. Мутации в генах DNMT1, DNMT3a, DNMT3b, кодирующих синтез специфических метилтрансфераз, снижает уровень глобального метилирования ДНК в ткани глиом на 50% ниже нормальной ткани мозга [45]. Гипометилированными часто оказываются онкогены SOCS3, PCDH-gamma-11, Sox2, MAGEA1, MGMT, что ассоциируется с резистентностью к лечению [46—48]. Уровень гипометилирования во вторичных формах МГБ всегда существенно выше первичного неопластического узла [49].
Гиперметилирование генов — онкосупрессоров SLC5A8, RB1, VHL, EMP3, RASSF1A, CITED 4, BlU, GATA4, NDRG2, регуляторов клеточного цикла DAPK, TIMP3, TMKS1/ASK, WWOX и генов семейства PCDH-g-A11, TMS1/ASC важнейшее условие роста глиом [50]. Высокая агрессивность МГБ ассоциирована с гиперметилированием генов p14ARF, IDH1 и гена каспазы-8 [51-53].
Изменения уровня активности гистонов H2A, H2B, H3 и H4 вызывают в клетках глиом глобальные нарушения уровня экспрессии генов, и изменения активности отдельных генов. Эти процессы вызваны мутациями специфических генов, кодирующих синтез трансфераз HDAC2, HDAC9, деметилаз JMJD1A, JMJDIB и метилтрансфераз SET7, SETD7, MILL, MILL3, MILL4 гистонов [54-56].
Терапия эпигенетических нарушений при МГБ и других злокачественных глиальных опухолях пока не получила широкого распространения в клинике. На фармацевтическом рынке представлены ингибиторы гистондеацетилазы — вориностат (Золинза), ромидепсин (Истодакс), антагонист процесса гиперметилирования ДНК, антиметаболит — азацитидин (Вайдаза) и ингибитор ДНК — медилтрансферазы, антиметаболит — децитабин [57-60]. Эти препараты ограниченно эффективны в отношении инфильтрирующих паренхиму мозга интерфазных клеток МГБ. Их комбинация с классическими цитостатиками и
темозоламидом имеет определенные перспективы, однако достоверных доказательств эффективности таких сочетаний в комплексной терапии глиом пока не существует.
Малые, не кодирующие молекулы РНК играют важнейшую роль в эпигенетической регуляции экспрессии генов в клетках глиальных опухолей. Микро РНК подавляют экспрессию генов супрессоров опухолевого роста miR-34/ген с-Met, miR-146a/ген Notch, miR-7/ген EGFR, miR-128/ген Bmi1, miR-195/ ген E2F3, ген CCND3, стимулируют активность онкогенов miR-21/ген RECK, miR-26a/гены PTEN и RB1, miR-221 и 222/ гены p27Kip1, PTP/J, PUMA [61]. Все эти биомолекулы могут рассматриваться как потенциальные мишени для воздействия на неопластический транскриптом.
Стволовые клетки глиальных опухолей
В последние годы проблему терапевтической резистентности глиом высокой степени злокачественности связывают с опухолевыми стволовыми клетками (ОСК) [62]. О существовании ОСК впервые заговорили в 1997 г. в контексте острого ми-елоидного лейкоза. В 2006 г. была идентифицирована группа клеток МГБ, которые по способности порождать опухоли in vivo превосходят другие клетки новообразования, in vitro активно формируют глио-масферы, а при добавлении в культуральную среду VEGF, NGF, BMP способны дифференцироваться в клетки других типов [62, 63].
Ключевыми свойствами ОСК является неограниченные возможности самообновления, миграции в пределах паренхимы мозга, гипоксический тип метаболизма и локализация в максимально гипоксич-ных зонах опухоли, что нивелирует терапевтические эффекты облучения. В свою очередь, продукция специфических белков (ABCG2 и ABCA3), активно выводящих из клетки химиопрепараты, и способность восстанавливать поврежденную ДНК позволяет клетке с поврежденным геномом проходить контрольные точки клеточного цикла [62—64].
Основным маркером ОСК глиом высокой степени злокачественности длительно считался белок CD133 (Promin 1). Сегодня изучены другие маркеры ОСК глиобластомы: L1CAM, CD15, CD44, CD81, TPT1 и А2В5 [65]. Считается, что количество ОСК в злокачественной солидной опухоли составляет 1—2% от общего числа клеток. Однако исследования последних лет убедительно свидетельствуют, что от 50% до 90% клеток МГБ являются стволовыми и способны легко воспроизводить и до бесконечности поддерживать однотипную опухоль [62, 66].
На сегодняшний день фармацевтических препаратов для воздействия на ОСК практически не существует. Предложен ряд фармацевтических средств, поражающих отдельные мишени в ОСК. Лапатиниб (Тикерб) разрушая белок HEU2/neu, уменьшает содержание ОСК в опухолях с 11 до 5% [67]. Имати-ниб (Гливек) ингибирует сигнальные пути BCR-ABL в ОСК, что повышает эффективность воздействия других противоопухолевых средств [68]. Рапамицин подавляет активность ОСК, инактивируя сигнальный путь PI3K/AKT/mTOR в ОСК [69]. Циклопамин подавляет их пролиферацию в ОСК глиобластомы, прерывая сигнальный путь Wnt\Sonichedgehod [70]. Антитела к CD133 и современные противоопухолевые вакцины только временно обездвиживают ОСК [71].
Гены & Клетки Том IX, № 3, 2014
Дискуссионные и общетеоретические работы
143
Необходимо отметить, что в случае глиальных опухолей такой подход нельзя назвать полностью рациональным. С высокой долей вероятности можно считать ОСК мультиформной глиобластомы продуктом патологической эволюции здоровой стволовой клетки организма человека. Единство иммуноцитохимических маркеров клеточной поверхности, родство ключевых генов, управляющих основными жизненными процессами, и сигнальных путей, используемых для пролиферации Notch, hedgehog-Gli, RTK-Akt, BMPs/TGFp, Wnt-p-Catenin, STAT3, и идентичность 63,2% клеточных белков являются весомыми аргументами в пользу происхождения ОСК глиальных опухолей от собственных нейральных стволовых клеток головного мозга [62, 72-74].
Эволюционные преимущества делают ОСК резистентной ко всем видам традиционных терапевтических воздействий. Будучи продуктом эволюции, ОСК глиальных опухолей на каждую новую форму агрессивного воздействия отреагирует формированием лекарственной резистентности, что демонстрирует огромные возможности адаптации эукариотической клетки к неблагоприятным условиям среды.
В случае МГБ численное превосходство ОСК над другими клетками новообразования полностью нивелирует значимость таких воздействий. В этом аспекте проблема лечения МГБ представляется как проблема контроля над ключевыми функциями ОСК, что требует разработки новых терапевтических подходов и инструментов для воздействия на ОСК глиальных опухолей.
Клеточные и постгеномные подходы
к лечению глиом
В настоящее время можно с уверенностью заявить, что новым биотерапевтическим инструментом для воздействия на ОСК злокачественных глиом могут быть собственные гемопоэтические стволовые клетки [74]. Клетки мезенхимального ряда наименее вовлечены в неопластический процесс в головном мозге, а наиболее полно сохранили свой биотерапевтический потенциал [72].
Гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) способны самостоятельно мигрировать в очаг опухоли, преодолевать гематоэнцефалический барьер и активно взаимодействовать с опухолевыми клетками. Идентифицировано 79 цитокинов, хемоаттрактантов, факторов роста и более 20 типов рецепторов, управляющих процессами направленной миграции ГСК. Центральная роль отводится взаимодействию фактора стромальных клеток (SDF-1a) c рецептором CXCR4 клеточной поверхности ГСК. Фактор стромальных клеток (CDF-1a) — белковый продукт гена CXCL12, активно продуцируется в ответ на повреждение органов и тканей. Биологическим смыслом этого процесса является взаимодействие лиганда с CXCR4 — рецептором клеточной поверхности ГСК и других типов стволовых клеток и активное привлечение их в область повреждения. Однако взаимодействия, индуцированные фактором стволовых клеток fSCF), фактором роста гепатоцитов (HGF), фактором роста сосудистого эндотелия (VEGF), белком хемо-атрактантом моноцитов (MCP-1), ядерным белком амфотерином (HMGB1) и тканевым активатором плазмогена (uPA) с соответствующими рецепторами клеточной поверхности стволовых клеток выступают
стратегическими важными модераторами миграционного процесса [64].
Взаимодействие CDF-1a/CXCR4 активизирует в поврежденных клетках внутриклеточные пути сигнальной трансдукции Nck, Crk, Crk-L, MARK p42\44-ELK-1 и PI3K-AKT-NF-kB, STAT, что выражается в выживании, пролиферации и активной продукции противовоспалительных и ангиогенных молекул [75—77]. Экспрессия белка CXCR4 в стволовых клетках всех типов позитивно контролируется фактором, индуцированным гипоксией (HIF-1a). Гипоксия стимулирует гиперпродукцию высокоактивных молекул многочисленных факторов семейства HIF, ответственных за биосинтез веществ, инициирующих процессы направленной миграции ГСК [64, 78, 79].
Однако феномен направленной миграции не следует рассматривать только как механизм репарации. Исследования позволяют утверждать, что источником цитокинов, привлекающих ГСК, могут быть не только поврежденные ткани, но и собственно сами опухолевые клетки [80]. Логично предположить, что мигрируя в паренхиму мозг по градиенту концентрации цитокинов, ГСК могут воздействовать на интерфазные неопластические клетки, недосягаемые для традиционных терапевтических воздействий.
Специфика противоопухолевого межклеточного взаимодействия ГСК с клетками глиомы позволяет выделить два ключевых механизма — активизация рецепторов клеточной поверхности и протеомный обмен. Способность ГСК подавлять рост глиом отчасти можно объяснить активизацией в опухолевых клетках рецепторов семейства TNF, NGFR, CARI, TRAIL, CD 95, рецепторов смерти DR3, DR4, RD5. Активизация рецепторов EGFR, IGF1R ведет к запуску в опухолевой клетке апоптоза, кроме того, с сигнал клеточной гибели может быть передан через щелевые межклеточные контакты посредством BMP7 и интерлейкина-18 [81—85]. Однако противоопухолевые эффекты ГСК нельзя объяснить только активизацией рецепторов клеточной поверхности опухолевых клеток.
В наших исследованиях совместное культивирование ГСК с клетками глиомы сопровождалось накоплением в опухолевых клетках флуоресцентного красителя, изначально присутствовавшего в ГСК и тесно связанного с белками их цитоплазмы. Протеомный обмен замедлял скорость пролиферации клеток глиомы и сдвигал во времени фазу их логарифмического роста [86]. Возможно, этот феномен следует объяснить эффектом клеточной фузии, формированием структурного-функционального синцития, или другими механизмами межклеточной коммуникации, которые делают возможным обмен интерлейкинами IL3, IL4, IL10, IL12, IFN-a, циклинами E, D2, и регуляторными белками p27KIPl , BMP4, p53 [87, 88].
В фундаментальном обзоре по проблеме межклеточного взаимодействия Доминик Абрози (2005) называет эффект клеточной фузии исключительно важным механизмом модификации белкового профиля опухолевой клетки, что, однако, станет возможным после создания биотерапевтических систем аутогенных репрограмированных стволовых клеток [89].
Однако технологии репрограммирования клеток, основанные на трансфере ядра соматической клетки в цитоплазму овоцита, слияния двух соматических клеток с приобретением плюрипотентных свойств,
Гены & Клетки Том IX, № 3, 2014
144
Дискуссионные и общетеоретические работы
методы трансфекции клеток с использованием вирусов и ряд других генно-инженерных технологий делают только первые шаги в клинической медицине. Возможный риск для пациента от применения данных клеточных систем «приглушает» все их достоинства и не позволяет рассматривать их в ближайшей перспективе как стратегию выбора в лечении глиом. Не менее туманными представляются перспективы клинического использования эмбриональных стволовых клеток в связи с серьезными морально-этическими проблемами их получения [90, 91].
Однако соотношения транскриптома, протеома, метаболома и секретома в здоровой постнатальной стволовой клетке заданы генетически и отличаются высокой степенью стабильности. Длительная пролиферация нормальной стволовой клетки в условиях перманентного воздействия проканцерогенных влияний приводит к накоплению мутаций в геноме, и как закономерное следствие, к необратимым нарушениям в транскриптоме, протеоме, секретоме и метаболоме. Процесс формирования ОСК из нормальной стволовой клетки приводит к появлению принципиально новых, онкоспецифических белков и нарушению специфических клеточных функций [92].
Целенаправленное регуляторное воздействие на конкретные цели в ядре ОСК для получения адекватного ответа от ее генома, требует поиска нужной мишени. Полагаем, что потенциальной мишенью в ОСК могут быть только те пути внутриклеточной сигнальной трансдукции, которые на всем своем протяжении (в мембране, цитоплазме, органеллах и ядре) не изменены неопластическим процессом и будут способны донести регуляторный сигнал с клеточной поверхности до конкретных целей в ядре ОСК.
Выявление функционально значимых путей внутриклеточной сигнальной трансдукции в ОСК открывает перспективы воздействия на эти мишени белками-лигандами, что модифицирует транскрип-томно-протеомный профиль ОСК и ведет к нарушению ее репродуктивных и репаративных функций. Продукция белков — лигандов постнатальными стволовыми клетками, в данном случае ГСК, после обработки ремоделирующим агентом (пертурбоге-ном) обеспечит выработку этими клетками необходимого регуляторного белка-партнера, способного воздействовать на акцепторные белки — мишени в ОСК. Поиск ремоделирующего агента для обработки стволовых клеток может быть осуществлен в базе данных Национального института здоровья США [93].
Литература:
1. Omuro A., DeAngelis L.M. Glioblastoma and other malignant gliomas: a clinical review. JAMA 2013; 310(17): 1842-50.
2. Perez-Barcena J., Llompart-Pou J.A., O'Phelan K.H. Intracranial Pressure Monitoring and Management of Intracranial Hypertension. Crit. Care Clin. 2014; 30(4): 735-50.
3. Rispoli R., Conti C., Celli P. et al. Neural stem cells and glioblastoma Neuroradiol. J. 2014; 27(2): 169-74.
4. Rutka J.T., Kim B., Etame A. et al. Nanosurgical resection of malignant brain tumors: beyond the cutting edge. ACS Nano 2014; 8(10): 9716-22.
5. Louis D.N., Ohgaki H., Wiestler O.D. et al. The 2007 WHO classification of tambours of the central nervous system. Acta Neuropathol. 2007; 114(2): 97-109.
6. Переводчикова Н.И. Руководство по химиотерапии опухолевых заболеваний. Москва; 2005.
7. Louis D.N., Perry A., Burger P. et al. International Society of Neuropathology-Haarlem Consensus Guidelines, for Nervous System Tumor Classification and Grading. Brain Phatol. 2014; 24(6): 671-2.
8. Kim S.S., Rait A., Kim E. et al. A nanoparticle carrying the p53 gene targets tumors including cancer stem cells, sensitizes
Сопоставив протеомные профили НСК и мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток костного мозга человека с профилем белков ОСК, выделенной из глиобластомы человека, мы идентифицировали 10 путей внутриклеточной трансдукции сигнала, не пострадавших в результате неопластической трансформации [72, 73, 92—94]. Прогнозируя возможный ответ на регуляторный стимул, мы исключили девять из десяти сигнальных путей, сосредоточившись на пути интегринов — трансмембранных гетеродимерных белков, высокий уровень которых характерен именно для ОСК и других типов стволовых клеток [95, 96]. Поскольку этот путь частично совпадает с путем фокальной адгезии, мы рассматриваем его как один сигнальный путь.
Поиск пертурбогенов для модификации транскриптомного профиля ГСК в отношении продукции специфических белков для таргетного воздействия на выявленные пути трансдукции внутриклеточного сигнала с использованием международных баз бе-лок-белковых взаимодействий позволил получить список соединений, оказывающих таргетное воздействие на ГСК. Однако методика еще не вышла из стадии эксперимента.
Заключение
Особые свойства ОСК глиальных опухолей делают неэффективными практически все конвенционные терапевтические подходы, применяемые в общей онкологии. Феномен направленной миграции и хоуминга здоровых стволовых клеток в неопластический очаг в головном мозге стал критически важным шагом к созданию принципиально новых, биоинженерных способов для воздействия на ОСК.
Безусловно, стандарт лечения глиальных опухолей должен включать хирургическую операцию, облучение и химиотерапию с обязательным применением современных таргетных препаратов для коррекции генетических нарушений и эпигенетических сбоев, культур цитотоксических лимфоцитов и индивидуализированных противоопухолевых вакцин. Создание клеточных биомедицинских препаратов для направленного воздействия на ОСК приведет к повышению эффективности конвенционных методов лечения и существенно продлит жизнь онкологических больных.
Благодарности
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект №14-15-00084).
glioblastoma to chemotherapy and improves survival. ACS Nano 2014; 8(6): 5494-514.
9. Sasaki A., Udaka Y., Tsunoda Y. et al. Analysis of p53 and miRNA expression after irradiation of glioblastoma cell lines. Anticancer Res. 2012; 32(11): 4709-13.
10. Rathod S.S., Rani S.B., Khan M. et al. Tumor suppressive miRNA-34a suppresses cell proliferation and tumor growth of glioma stem cells by targeting Akt and Wnt signaling pathways. FEBS Open Bio. 2014; 4: 485-95.
11. Choi J.W., Schroeder M.A., Sarkaria J.N. et al. Cyclophilin B supports Myc and mutant p53-dependent survival of glioblastoma multiforme cells. Cancer Res. 2014; 74(2): 484-96.
12. Alentorn A. Labussiere M. Sanson M. et al. Genetics and brain gliomas. Presse Med. 2013; 42(5): 806-13.
13. Labussiere M., Boisselier B., Mokhtari K. et al. Combined analysis of TERT, EGFR, and IDH status defines distinct prognostic glioblastoma classes. Neurology 2014; 83(13): 1200-6.
14. Liu X.J., Wu W.T., Wu W.H. et al. A minority subpopulation of CD133( + ) /EGFRvIII( + ) /EGFR(-) cells acquires stemness and contributes to gefitinib resistance. CNS Neurosci. Ther. 2013; 19(7): 494-502.
Гены & Клетки Том IX, № 3, 2014
Дискуссионные и общетеоретические работы
145
15. Parker J.J., Dionne K.R., Massarwa R. et al. Gefitinib selectively inhibits tumor cell migration in EGFR-amplified human glioblastoma. Neuro Oncol. 2013; 15(8): 1048-57.
16. Wang F., Xiao W., Sun J. et al. MiRNA-181c inhibits EGFR-signaling-dependent MMP9 activation via suppressing Akt phosphorylation in glioblastoma. Tumour Biol. 2014; 35(9): 8653-8.
17. Addeo R., Zappavigna S., Parlato C. et al. Erlotinib: early clinical development in brain cancer. Expert Opin. Investig. Drugs 2014; 23(7): 1027-37.
18. Zhang L., Wang H., Xu J. et al. Inhibition of cathepsin S induces autophagy and apoptosis in human glioblastoma cell lines through ROS-mediated PI3K/AKT/mTOR/p70S6K and JNK signaling pathways. Tox. Lett. 2014; 228(3): 248-59.
19. Inoue R., Moghaddam K.A., Ranasinghe M. et al. Infectious delivery of the 132 kb CDKN2A/CDKN2B genomic DNA region results in correctly spliced gene expression and growth suppression in glioma cells. Gene Ther. 2004; 11 (15): 1195-204.
20. Liu X.Y., Gerges N., Korshunov A. et al. Frequent ATRX mutations and loss of expression in adult diffuse astrocytic tumors carrying IDH1/IDH2 and Tp53 mutations. Acta Neuropathol. 2012; 124(5): 615-25.
21. Chen L., Han L., Zhang K. et al. VHL regulates the effects of miR-23b on glioma survival and invasion via suppression of HIF-1a/VEGF and p-catenin/Tcf-4 signaling. Neuro Oncol. 2012; 14(8): 1026-36.
22. McGillicuddy L.T., Fromm J.A., Hollstein P.E. et al. Proteasomal and genetic inactivation of the NF1 tumor suppressor in gliomagenesis. Cancer Cell 2009; 16(1): 44-54.
23. Nakuseva-Martic T., Berros V., Pecina — Slaus N. et al. Genetic changes of CDH1, APC, and CTNNB1 found in human brain tumors. Pathol. Res. Pract. 2007; 203(11): 779 — 87.
24. Santoni M., Burattini L., Nabissi M. et al. Essential role of Gli proteins in glioblastoma multiforme. Curr. Protein. Pept. Sci. 2013; 14(2): 133-40.
25. Gini B., Mischel P.S. Greater than the sum of its parts: singlenucleus sequencing identifies convergent evolution of independent EGFR mutants in GBM. Cancer Discov. 2014; 4(8): 876-8.
26. Hewson C.A., Edbrooke M.R., Johnston S.L. PMA induces the MUC5AC respiratory mucin in human bronchial epithelial cells, via PKC, EGF/TGF-alpha, Ras/Raf, MEK, ERK and Sp1-dependent mechanisms. J. Mol. Biol. 2004; 344(3) :683-95.
27. Ducassou A., Uro-Coste E., Verrelle P. et al. avp3 Integrin and Fibroblast growth factor receptor 1 (FGFR1): Prognostic factors in a phase I-II clinical trial associating continuous administration of Tipifarnib with radiotherapy for patients with newly diagnosed glioblastoma. Eur. J. Cancer. 2013; 49(9): 2161-9.
28. Lustig R., Mikkelsen T., Lesser G. et al. Phase II preradiation R115777 (tipifarnib) in newly diagnosed GBM with residual enhancing disease. Neuro Oncol. 2008; 10(6): 1004-9.
29. Del Vecchio C.A., Li G., Wong AJ. Targeting EGF receptor variant III: tumor-specific peptide vaccination for malignant gliomas. Expert Rev. Vaccines. 2012; 11(2): 133-44.
30. Del Vecchio C.A., Wong A.J. Rindopepimut, a 14-mer injectable peptide vaccine against EGFRvIII for the potential treatment of glioblastoma multiforme. Curr. Opin. Mol. Ther. 2010; 12(6): 741-54.
31. Cobbs C., Khan S., Matlaf L. et al. HCMV glycoprotein B is expressed in primary glioblastomas and enhances growth and invasiveness via PDGFR-alpha activation. Oncotarget 2014; 5(4): 1091-100.
32. Dong Y., Jia L., Wang X. et al. Selective inhibition of PDGFR by imatinib elicits the sustained activation of ERK and downstream receptor signaling in malignant glioma cells. Int. J. Oncol. 2011; 38(2): 555-69.
33. Velghe A.I., Van Cauwenberghe S., Polyansky A.A. et al. PDGFRA alterations in cancer: characterization of a gain-of-function V536E transmembrane mutant as well as loss-of-function and passenger mutations. Oncogene 2014; 33(20): 2568-76.
34. Mathew P., Tannir N., Tu S.M. et al. Accelerated disease progression in prostate cancer and bone metastases with platelet-derived growth factor receptor inhibition: observations with tandutinib. Cancer Chemother. Pharmacol. 2011; 68(4): 889-96.
35. Li J.T., Yan Q., Yu H.L. Expression of VEGF and NGF in gliomas of human. Sichuan Da Xue Xue Bao Yi Xue Ban. 2009; 40(3): 408-11.
36. Veeravalli K.K., Ponnala S., Chetty C. et al. Integrin a9p1-mediated cell migration in glioblastoma via SSAT and Kir4.2 potassium channel pathway. Cell Signal 2012; 24(1): 272-81.
37. Clara C.A., Marie S.K., de Almeida J.R. et al. Angiogenesis and expression of PDGF-C, VEGF, CD105 and HIF-1a in human glioblastoma. Neuropathol. 2014; 34(4): 343-52.
38. Fan Y., Potdar A.A., Gong Y. et al. Profilin-1 phosphorylation directs angiocrine expression and glioblastoma progression through HIF-1a accumulation. Nat. Cell Biol. 2014; 16(5): 445-56.
39. Marampon F., Gravina G.L., Zani B.M. et al. Hypoxia sustains glioblastoma radioresistance through ERKs/DNA-PKcs/HIF-1a functional interplay. Int. J. Oncol. 2014; 44(6): 2121-31.
40. Murray D.W., Didier S., Chan A. et al. Guanine nucleotide exchange factor Dock7 mediates HGF-induced glioblastoma cell invasion via Rac activation. Br. J. Cancer. 2014; 110(5): 1307-15.
41. Piha-Paul S.A., Shin S.J., Vats T. et al. Pediatric patients with refractory central nervous system tumors: experiences of a clinical trial combining bevacizumab and temsirolimus. Anticancer Res. 2014; 34(4): 1939-45.
42. Krueger D.A., Care M.M., Agricola K. et al. Everolimus longterm safety and efficacy in subependymal giant cell astrocytoma. Neurology 2013; 80(6): 574-80.
43. McGee M.C., Hamner J.B., Williams R.F. et al. Improved intratumoral oxygenation through vascular normalization increases glioma sensitivity to ionizing radiation. Int. J. Radiat. Oncol. Biol. Phys. 2010; 6(5): 1537-45.
44. Wick W., Steinbach J.P., Platten M. et. al. Enzastaurin before and concomitant with radiation therapy, followed by enzastaurin maintenance therapy, in patients with newly diagnosed glioblastoma without MGMT promoter hypermethylation. Neuro Oncol. 2013; 15(10): 1405-12.
45. Martinez R., Rohde V., Schackert G. Different molecular patterns in glioblastoma multiforme subtypes upon recurrence. J. Neurooncol. 2010; 96(3): 321-9.
46. Wick W., Weller M., van den Bent M. et al. MGMT testing--the challenges for biomarker-based glioma treatment. Nat. Rev. Neurol. 2014; 10(7): 372-85.
47. Cadieux B., Ching T.T., VandenBerg S.R. et al. Genome-wide hypomethylation in human glioblastomas associated with specific copy number alteration, methylenetetrahydrofolate reductase allele status, and increased proliferation. Cancer Res. 2006; 66(17): 8469-76.
48. De la Rocha A.M., Sampron N., Alonso M.M. et al. Role of SOX family of transcription factors in central nervous system tumors. Am. J. Cancer Res. 2014; 4(4): 312-24.
49. Kreth S., Thon N., Kreth FW. Epigenetics in human gliomas. Cancer Lett. 2014; 342(2): 185-92.
50. Zhang L., Wang M., Wang W. et al. Incidence and prognostic value of multiple gene promoter methylations in gliomas. J. Neurooncol. 2014; 116(2): 349-56.
51. Shinawi T., Hill V.K., Krex D. et al. DNA methylation profiles of long- and short-term glioblastoma survivors. Epigenetics 2013; 8(2): 149-56.
52. Reifenberger G., Weber R.G., Riehmer V. Molecular characterization of long-term survivors of glioblastoma using genome-and transcriptome-wide profiling. Int. J. Cancer 2014; 135(8): 1822-31.
53. Martinez R., Setien F., Voelter C. et al. CpG island promoter hypermethylation of the pro-apoptotic gene caspase-8 is a common hallmark of relapsed glioblastoma multiforme. Carcinogenesis 2007; 28(6): 1264-8.
54. Kondo Y., Katsushima K., Ohka F. et al. Epigenetic dysregulation in glioma. Cancer Sci. 2014; 105(4): 363-9.
55. Nagarajan R.P., Costello J.F. Epigenetic mechanisms in glioblastoma multiforme. Semin. Cancer Biol. 2009; 19(3): 188-97.
56. Kim Y.Z. Altered histone modifications in gliomas. Brain. Tumor. Res. Treat. 2014; 2(1): 7-21.
57. Wei L., Hong S., Yoon Y. Early prediction of response to Vorinostat in an orthotopic rat glioma model. NMR Biomed. 2012; 25(9): 1104-11.
58. Iwamoto F.M., Lamborn K.R., Kuhn J.G. et al. A phase I/II trial of the histone deacetylase inhibitor romidepsin for adults with recurrent malignant glioma: North American Brain Tumor Consortium Study 03-03. Neuro Oncol. 2011; 13 (5): 509-16.
59. Borodovsky A., Salmasi V., Turcan S. et al. 5-azacytidine reduces methylation, promotes differentiation and induces tumor regression in a patient-derived IDH1 mutant glioma xenograft. Oncotarget 2013; 4(10): 1737-47.
60. Turcan S., Fabius A.W., Borodovsky A. et al. Efficient induction of differentiation and growth inhibition in IDH1 mutant glioma cells by the DNMT Inhibitor Decitabine. Oncotarget 2013; 4(10): 1729-36.
61. Floyd D., Purow B. Micro-masters of glioblastoma biology and therapy: increasingly recognized roles for microRNAs. Neuro Oncol. 2014; 16(5): 622-7.
62. Брюховецкий И.С., Брюховецкий А.С., Кумейко и др. Стволовые клетки в канцерогенезе мультиформной глиобластомы. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия 2013; VIII (2): 13—19.
63. Meacham C.E., Morrison S.J. Tumour heterogeneity and cancer cell plasticity. Nature 2013; 501(7467): 328-37.
64. Брюховецкий И.С., Брюховецкий А.С., Мищенко П.В. и др. Роль системных механизмов миграции и хоуминга стволовых клеток в развитии злокачественных опухолей центральной нервной системы и разработке новых методов противоопухолевой терапии. Российский биотерапевтический журнал 2013; 12(4): 3-12.
65. He J., Liu Y., Lubman D.M. Targeting glioblastoma stem cells: cell surface markers. Curr. Med. Chem. 2012; 19(35): 6050-5.
66. Li Z., Lee J.W., Mukherjee D. et al. Immunotherapy targeting glioma stem cells--insights and perspectives. Expert Opin. Biol. Ther. 2012; 12 (2): 165-78.
67. Hamed H.A., Tavallai S., Grant S. et al. Sorafenib/Regorafenib and Lapatinib Interact to kill CNS Tumor Cells. J. Cell. Physiol. 2015; 230(1): 131-9.
Гены & Клетки Том IX, № 3, 2014
146
Дискуссионные и общетеоретические работы
68. Procaccia V., Nakayama H., Shimizu A. et al. Gleevec/imatinib, an ABL2 kinase inhibitor, protects tumor and endothelial cells from semaphorin-induced cytoskeleton collapse and loss of cell motility. Biochem. Biophys. Res. Commun. 2014; 448(2): 134-8.
69. Huang M., Ke Y., Sun X. et al. Mammalian target of rapamycin signaling is involved in the vasculogenic mimicry of glioma via hypoxia-inducible factor-1a. Oncol Rep. 2014; 32t5): 1973-80.
70. Eimer S., Dugay F., Airiau K. et al. Cyclopamine cooperates with EGFR inhibition to deplete stem-like cancer cells in glioblastoma-derived spheroid cultures. Neuro Oncol. 2012; 14(12): 1441-51.
71. Mohme M., Neidert M.C., Regli L. et al. Immunological challenges for peptide-based immunotherapy in glioblastoma. Cancer Treat. Rev. 2014; 40 (2): 248-58.
72. Брюховецкий А.С., Шевченко В.Е., Чехонин В.П. и др. Сравнительное протеомное картирование опухолевых стволовых клеток, выделенных из глиобластомы линии U87, нейрональных стволовых и мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток человека: от каталогизации клеточных белков к инновационной парадигме протеом-основанной клеточной терапии опухолей. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия 2013; 8(2): 85—92.
73. Bryukhovetskiy A., Bryukhovetskiy I., Shevchenko V. et al. Proteom-modifed anticancer cell systems in neurology: from postgenom technologies of proteome maping and protein profiling to model of gene expression transcriptome profiles and peptide engineering of stem and progenitor cells. Proceedings of the IANR VI and 10th GCNN conference; 2013 April 4 — 7. Bucharest. Romania. Bucharest; IANR; 2013.
74. Брюховецкий А.С., Брюховецкий И.С. Концепция циторегуляторной терапии злокачественных глиальных опухолей головного мозга: новая теоретическая и методологическая платформа применения клеточных технологий в нейроонкологии. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия 2011; VI(2): 93—101.
75. Zhang L., Xu Q. Stem/Progenitor cells in vascular regeneration. Arterioscler. Thromb. Vasc. Biol. 2014; 34(6): 1114-9.
76. Nagasawa T. CXC chemokine ligand 12 (CXCL12) and its receptor CXCR4. J. Mol. Med. (Berl). 2014; 92(5): 433-9.
77. Lin M.L., Lu Y.C., Chen H.Y. et al. Suppressing the formation of lipid raft-associated Rac1/PI3K/Akt signaling complexes by curcumin inhibits SDF-1a-induced invasion of human esophageal carcinoma cells. Mol. Carcinog. 2014; 53(5): 360-79.
78. Li Z., Bao S., Wu Q. et al. Hypoxia-inducible factors regulate tumorigenic capacity of glioma stem cells. Cancer Cell. 2009; 15(6): 501-13.
79. Imtiyaz H.Z., Simon M.C. Hypoxia-inducible factors as essential regulators of inflammation. Curr. Top Microbiol. Immunol. 2010; 345: 105-20.
80. Брюховецкий И.С., Мищенко П.В., Хотимченко Ю.С. и др. Обоснование в эксперименте in vitro феномена направленной миграции гемопоэтических стволовых и прогениторных клеток взрослых млекопитающих к клеткам крысиной глиомы линии С6. Вестник РОНЦ им. Н.Н. Блохина РАМН 2014; 25(1-2): 31-7.
81. Wang L.H., Ni C.W., Lin Y.Z. et al. Targeted induction of apoptosis in glioblastoma multiforme cells by an MRP3-specific TRAIL fusion protein in vitro. Tumour Biol. 2014; 35(2): 1157-68.
82. Peng C.H., Huang C.N., Hsu S.P. et al. Penta-acetyl geniposide-induced apoptosis involving transcription of NGF/p75 via MAPK-mediated AP-1 activation in C6 glioma cells. Toxicology 2007; 238(2-3): 130-9.
83. Park H.J. CARI III inhibits tumor growth in a melanoma-bearing mouse model through induction of G0/G1 cell cycle arrest. Molecules 2014; 19(9): 14383-95.
84. Tang X.J., Lu J.T., Tu H.J. et al. TRAIL-engineered bone marrow-derived mesenchymal stem cells: TRAIL expression and cytotoxic effects on C6 glioma cells. Anticancer Res. 2014; 34(2): 729-34.
85. Eisele G., Wolpert F., Decrey G. et al. APO010, a synthetic hexameric CD95 ligand, induces death of human glioblastoma stem-like cells. Anticancer Res. 2013; 33(9): 3563-71.
86. Брюховецкий И.С., Мищенко П.В., Толок Е.В. и др. Взаимодействие гемопоэтических стволовых и опухолевых клеток in vivo. Тихоокеанский медицинский журнал 2014; 4(58): 31-37.
87. Schichor C., Aibrecht V., Korte B. et al. Mesenchymal stem cells and glioma cells form a structural as well as a functional syncytium in vitro. Exp. Neurol. 2012; 234(1): 208-19.
88. Wurmser A.E., Gage F.H. Stem cells: cell fusion causes confusion. Nature 2002; 416(6880): 485-7.
89. Ambrosi D.J, Rasmussen T.P. Reprogramming mediated by stem cell fusion. J. Cell Mol. Med. 2005; 9(2): 320-30.
90. Lucas D., Frenette P.S. Stem cells: Reprogramming finds its niche. Nature 2014; 511(7509): 301-2.
91. Lee J.H., Maalouf W.E. Nuclear transfer in ruminants. Methods Mol. Biol. 2015; 1222: 25-36.
92. Брюховецкий А.С. Клиническая онкопротеомика: протеом-основанная персонализированная противоопухолевая клеточная терапия. Москва, 2013.
93. Брюховецкий А.С., Брюховецкий И.С., Шевченко В.Е. Противоопухолевый индивидуальный протеом-основанный таргетный клеточный препарат, способ его получения и применения этого препарата для терапии рака и других злокачественных новообразований. Патентная заявка №2012156017; 24 декабря 2012.
94. Bryukhovetskiy A., Shevchenko V., Kovalev S. et al. To the novel paradigm of proteome-based cell therapy of tumors: through comparative proteome mapping of tumor stem cells and tissue-specific stem cells of humans. Cell Transplant. 2014; 23, Suppl. 1: S151-70.
95. Kannan N., Nguyen L.V., Eaves C.J. Integrin p3 links therapy resistance and cancer stem cell properties. Nat. Cell Biol. 2014; 16(5): 397-9.
96. Oliveira-Ferrer L., Wellbrock J., Bartsch U. et al. Combination therapy targeting integrins reduces glioblastoma tumor growth through antiangiogenic and direct antitumor activity and leads to activation of the pro-proliferative prolactin pathway. Mol. Cancer. 2013; 12(1): 144.
Поступила: 09.09.2014
Гены & Клетки Том IX, № 3, 2014
