CC BY
37
CV
us
и ш U
X ш
и
HIFa как объект воздействия различных онкобелков
при канцерогенезе
В.А. Кобляков
НИИ канцерогенеза ФГБУ«Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Блохина» Минздрава России; Россия, 115478 Москва, Каширское шоссе, 24
Контакты: Валерий Александрович Кобляков kobliakov@rambler.ru
Основные свойства злокачественности — инвазия и метастазирование — реализуются благодаря разрушению межклеточного матрикса. В этом процессе принимают участие металлопротеазы, активация которых вызвана подкислением межклеточного пространства, обусловленного переходом опухолевых клеток с тканевого дыхания на гликолиз. Переключение на гликолиз в опухолевых клетках происходит не только в условиях гипоксии, что наблюдается и в нормальной ткани, но и при оксигенации (эффект Варбурга). Считается, что в процессе канцерогенеза происходит активация онкогенов и/или дезактивация генов-супрессоров, вызывающие в конечном итоге развитие опухоли. Трансформация и последующая пролиферация клеток опосредована функциональным действием целого ряда онкобелков, являющихся компонентами различныхрегуляторных сигнальных цепей. Можно предположить, что онкобелки не всегда конечные факторы, вызывающие развитие опухолевого процесса, а конечным звеном является некий общий для всех канцерогенных воздействий элемент, активируемый различными онкогенами.
В данном обзоре обсуждается возможность того, что при функционировании многих онкогенных факторов таким звеном является транскрипционный фактор HIFa (hypoxia-inducible factor a), и рассматриваются механизмы его активации при действии онкогенов, участвующих в регуляции различных сигнальных систем.
Ключевые слова: канцерогенез, гипоксия, эффект Варбурга, транскрипционный фактор HIFa, воспаление, ras, src
Для цитирования: Кобляков В.А. HIFa как объект воздействия различных онкобелков при канцерогенезе. Успехи молекулярной онкологии 2018;5(4):64—71.
DOI: 10.17650/2313-805X-2018-5-4-64-71
HIFa as a target for different oncoproteins during carcinogenesis
КА. Kobliakov
Research Institute of Carcinogenesis, N.N. Blokhin National Medical Research Center of Oncology, Ministry of Health of Russia;
24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115478, Russia
The basic characteristics of tumours are ability for invasiveness and metastasis. These properties are realized due to destruction of intercellular matrix caused with acidification of intercellular area stimulated with transition from tissue respiration to glycolysis. The transition to glycolysis in tumor cells is observed not only during hypoxic state how is realized in normal cells but also during oxygenation (Warburg effect). It is accepted that by any carcinogenic action the activation of oncogenes or inactivation of genes — supressors occurs. As a result it is permanent expression of oncoproteins and stimulation of tumour development. Different oncoproteins operate in different regulation systems at that they cause the same effect — tumour development. It is assumed that oncoproteins are not the ultimate factor in tumour development but there are existed some common element which is activated by different oncoproteins.
In this review it is assumed that common element is HIFa (hypoxia-inducible factor a) transcription factor and it is discussed the mechanisms its activation by oncoproteins takes place in different signal systems.
Key words: сarcinogenesis, hypoxia, Warburg effect, HIFa, inflammation, ras, src
For citation: Kobliakov V.A. HIFa as a target for different oncoproteins during carcinogenesis. Uspekhi molekulyarnoy onkologii = Advances in Molecular Oncology 2018;5(4):64—71.
Введение
Процесс развития опухоли может быть вызван различными воздействиями: химическими веществами, отличающимися по структуре и механизму действия, облучением, биологическими факторами (бактериальной и вирусной инфекцией), а также случайными спонтанными мутациями. По современным представлениям, независимо от канцерогенного воздействия,
в клетках происходит активация протоонкогенов и/или дезактивация генов-супрессоров. Образующиеся нерегулируемые онкобелки вызывают появление общих свойств у опухолевых клеток, характеризующих злокачественность: нерегулируемую пролиферацию, инвазию и метастазирование. Инвазия — разрушение клеточного матрикса с последующим прорастанием опухоли в окружающую ткань и метастазированием —
нарушением межклеточных связей, приводящим к отрыву опухолевых клеток от основной массы опухоли, способностью этих клеток выживать в жидкой среде, избегая анойкиса, и размножаться в отдаленном чужеродном органе. Эти процессы идут рука об руку и определяют злокачественность опухоли. Можно заключить, что хотя бы на начальном этапе инвазия и метастазирование реализуются по общему механизму, в котором задействованы одни и те же гены и ассоциированные с ними сигнальные пути.
Следует отметить, что в зависимости от канцерогенного воздействия активируются различные онкогены, функционирующие в разных сигнальных цепях. Для реализации опухолевого процесса необходима экспрессия многих генов, которые в нормальных клетках взрослого организма, как правило, не активированы: кодирующие теломеразу, антиапоптотические белки семейства bcl2, белки гликолиза, антидиффе-ренцировочные факторы, металлопротеазы и др. Все эти и другие гены экспрессируются с помощью факторов транскрипции. Однако многие протоонкогены не являются транскрипционными факторами. Так, продукты генов src, raf и ряда других являются фосфо-киназами, продукты генов ras — малыми ГТФазными белками. Гипотетически можно предположить, что активированные онкогены, видимо, не являются непосредственными факторами, вызывающими опухолевый процесс, а в конечном счете активируют общий для всех них клеточный элемент, транскрипционный фактор, реализующий опухолевый потенциал онкогенов. По нашему мнению, основной точкой «схождения» всех путей злокачественной трансформации клетки может быть транскрипционный фактор HIFla (hypoxiа-inducible fаctor la).
Показано, что инвазия происходит из зон опухоли с пониженным уровнем рН, а в зонах опухоли с нормальным уровнем рН инвазия не наблюдается [1]. Введение животным с опухолью слабощелочного буфера (карбонатного или ТРИС) уменьшает метастазирова-ние и рост опухоли [2—4]. Уровень рН в нормальной и опухолевой ткани различен. Среднее значение уровня рН внутри клетки нормальной ткани имеет нейтральное значение, а в межклеточном пространстве — слабощелочное (7,35—7,45). В опухолевой клетке картина противоположная: внутри клетки уровень рН имеет щелочное значение (7,12—7,90), вне клетки — кислое (6,2-6,9) [5].
Подкисление межклеточного пространства стимулирует активность металло- и других протеаз, что вызывает разрушение межклеточного матрикса и межклеточного взаимодействия. Основным фактором подкисления межклеточного пространства в ткани опухоли является процесс гликолиза. Методом пози-тронно-эмиссионной томографии с использованием меченной радиоактивным фтором аналога глюкозы-2-дезокси-глюкозы продемонстрировано, что инвазия происходит из зон опухоли с повышенным
потреблением глюкозы [6, 7], что характеризует гликолиз. Гликолиз — естественный процесс, который реализуется в нормальной ткани при гипоксии. При нормоксии конечным продуктом превращения глюкозы в цитоплазме является пируват, который транспортируется в митохондрии и под действием фермента пируватдегидрогеназы образует ацетилкоэнзим А, являющийся компонентом трикарбонового цикла. При гипоксии конечным продуктом превращения глюкозы является лактат, образующийся из пирувата. Лак-тат, являющийся кислотой с рК 3,9, вместе с протоном транспортируется из клетки мембранным монокарбок-силат транспортером, что и вызывает подкисление межклеточного пространства.
При злокачественном росте гликолиз также наблюдается и в зонах опухоли с достаточной оксигенацией. Впервые способность опухолевых клеток переключаться с тканевого дыхания на гликолиз при достаточном количестве кислорода в клетке описан О. Wаrburg и со-авт. в середине прошлого века [8], и поэтому аэробный гликолиз называют эффектом Варбурга. Регулятором перехода клеток на гликолиз, стимулирующим экспрессию генов гликолиза при гипоксии и блокирующим поступление пирувата — продукта превращения глюкозы, участвующего в трикарбоновом цикле, — в митохондрии является транскрипционный комплекс HIFa-АRNT. Регуляторное звено этого комплекса — белок Н№а, поскольку уровень белка АRNT в клетке постоянен. Одним из объяснений того, что независимо от канцерогенного воздействия происходят однотипные изменения в функционировании образующихся опухолевых клеток, является активация НШа, вызванная различными онкобелками.
Для подтверждения этого предположения в данном обзоре будут рассмотрены механизмы активации Н№а в присутствии кислорода в клетке при действии некоторых онкобелков, участвующих в различных регуля-торных цепях.
HIFa как возможный общий регулятор опухолевого процесса
Известны 3 изоформы белка Н№а — Н№1а, Н№2а и Н№3а. Функционально Н№1а и Н№2а близки между собой, а роль НШЗа в функционировании клетки в настоящий момент недостаточно изучена. Белки Н№а принадлежат к классу транскрипционных факторов, называемых helix—loop—helix (спираль—петля— спираль).
Помимо переключения функционирования клеток с тканевого дыхания на гликолиз и усиления синтеза всех ферментов гликолиза, в том числе глюкозотран-спортера [9, 10], Н№а вызывает экспрессию и других генов, кодирующих белки, участвующие в развитии опухолевого процесса (рис. 1). Так, при активации Н№а экспрессируется теломераза, стимулирующая иммортализацию [11, 12], происходят стимуляция роста сосудов [13—15], ингибирование апоптоза [16, 17],
CV
CS
и ш U
ж ш
и
CV
us
и ш U
Рост сосудов/Vessel growth
Множественная лекарственная устойчивость/ Multiple drug resistance
Иммортализация!Immortalization
А
Переход на гликолиз^йтЛ to glycolysis
Синтез протонных помп/Proton pump synthesis
Синтез лизилоксидазы/'Lysyl oxidase synthesis
Блокирование апоптозаI Inhibition of apoptosis
Остановка дифференцировки/
Differentiation arrest
Экспрессия металлопротеаз/Metalfoprotease expression
Нарушение межклеточных взаимодействий/Breakdown of cell-cell interactions
Рис. 1. Физиологические процессы, активируемые транскрипционным комплексом HIF1a-ARNT Fig. 1. Physiological processes activated by HIFla-ARNT transcription complex
X ш
и
остановка дифференцировки и активация генов дедиф-ференцировки [18—20], синтез металлопротеаз мат-рикса [21], активация генов множественной лекарственной устойчивости [22], синтез лизилоксидазы [23] — фермента, участвующего в образовании метастатических ниш. Происходит синтез различных протонных помп [24], транспортирующих протоны в межклеточное пространство.
HIFa и гипоксия
Регуляция активности Н№а происходит на уровне белка. При нормоксии НШа окисляется ферментом пролилоксидазой по пролинам в положениях 402 и 405
[25—27]. Окисленный НШа взаимодействует с убик-витинлигазным комплексом VHL, убиквитинируется и направляется в протеасомы, где разрушается. Известны 3 изоформы пролилоксидазы. Наиболее эффективной в отношении Н№а является изоформа пролилок-сидаза-2 [28]. Окисление НШа сопровождается одновременным соокислением 2-оксоглутарата до сук-цината. Образующийся сукцинат является ингибитором пролилоксидазы [29].
«Классический» путь активации НШа при гипоксии обусловлен образованием активных форм кислорода (АФК) в дыхательной цепи митохондрий (рис. 2). При гипоксии АФК в форме супероксида образуются
Hормоксия!Normoxifl ОН
ОН
Гипоксия/Hypoxia
АФК/ROS Дыхательная цепь митохондрий/Mitochondrial respiratory chain
HIFa О, + пролилоксидазаЮ2+prolyl oxidase HIFa + ARNT
HIFa- ARNT
Сукцинат/ Succinate
2-оксоглyтарат!2-oxoglutarate +VHL (убиквитинлигазаЦ+ИМ (ubiquitin ligase)
Транскрипция генов/Gene transcription
Деградация в протеасомаx!Proteasomal degradation
Рис. 2. Регуляция активности HIFa в клетке. При нормоксии HIFa окисляется пролилоксидазой по пролинам. Окисленный HIFa взаимодействует с убиквитинлигазой VHL (von Hippel—Lindau) и направляется в протеосомы на деградацию. Окисление HIFa сопровождается соокислением 2-оксоглутарата до сукцината. При гипоксии образующиеся в дыхательной цепи митохондрий активные формы кислорода (АФК) окисляют пролилоксидазу по SH-группам, делая ее неактивной. Происходят накопление HIFa, связывание его с другим компонентом транскрипционного комплекса — белком ARNT с последующей экспрессией генов
Fig. 2. Regulation of HIFa activity in the cells. In normoxia, HIFa'sprolines are oxidized by prolyl oxidase. Oxidized HIFa interacts with ubiquitin ligase VHL (von Hippel—Lindau) and is directed in proteasomes for degradation. HIFa oxidation is accompanied by co-oxidation of 2-oxoglutarate to succinate. In hypoxia reactive oxygen species (ROS) formed in the mitochondrial respiratory chain oxidize prolyl oxidase's SH-groups rendering it inactive. HIFa is accumulated, binds to another component of the transcription complex, ARNT protein, with subsequent gene expression
комплексами I и III дыхательной цепи митохондрий. Благодаря структурным особенностям комплекса I образовавшийся АФК направляется в митохондриаль-ный матрикс, а образовавшийся в комплексе III — к митохондриальной мембране [30]. Под действием митохондриальной супероксиддисмутазы супероксид превращается в перекись водорода, которая свободно проходит через митохондриальную мембрану в цитоплазму. В цитоплазме перекись водорода окисляет SH-группы пролилоксидазы с образованием -S-S-групп и димеризацией фермента [31], что дезактивирует фермент и ведет к накоплению HIFa [26, 27]. Подтверждением сказанного является то, что в клетках с отсутствием митохондриальной ДНК, которая кодирует компоненты дыхательной цепи, при гипоксии не происходит активация HIFa [32]. В клетках с нокаутированном геном цитохрома С, в которых не образуется АФК, также не наблюдалась активация HIFa в условиях гипоксии [33]. Предотвратить активацию HIFa при гипоксии может только антиоксидант, проникающий в митохондрии, Mito-Q, а не «классические» антиоксиданты типа ацетилцистеина, функционирующие в цитоплазме [34, 35].
О том, что повышенная постоянная экспрессия HIFa является канцерогенным фактором, свидетельствуют эпидемиологические данные. Известны случаи наследственных раков в семьях с герминальной инак-тивирующей мутацией в гене убиквитинлигазы VHL, ответственного за деградацию белка HIFa [36, 37].
Переход клеток на гликолиз увеличивает активность HIFa благодаря положительной обратной связи. Так, фермент пируваткиназа, экспрессия которого регулируется, как и всех генов гликолиза HIFa, катализирует протекание реакции образования пирувата из фосфоенолпирувата и одновременно увеличивает связывание HIFa с узнающим участком ДНК, усиливая способность экспрессировать соответствующие гены [38]. Лактат, являющийся конечным продуктом превращения глюкозы при гликолизе, стабилизирует HIFa и увеличивает его активность [39, 40].
Воспаление
Общеизвестно, что хроническое воспаление является фактором, способствующим развитию опухолевого процесса [41]. При воспалении происходят образование АФК, активация различных провоспали-тельных цитокинов. Исследования более раннего времени связывали опасность развития опухоли при хроническом воспалении преимущественно с мутагенным действием АФК [41, 42]. В настоящий момент взгляд на механизм канцерогенного действия хронического воспаления изменился, и образующиеся АФК рассматриваются не только как потенциальные мутагены, но и как факторы, стимулирующие аэробный гликолиз. При воспалении основным производителем АФК является лейкоцитарный мембраноассоциированный ферментный комплекс семейства NАDРH-оксидазы
(NOX). NOX синтезирует АФК в форме супероксида. Образование супероксида происходит в результате переноса электрона с NADPH на флавин NOX, находящийся в комплексе с цитохромом b, который осуществляет одноэлектронный перенос на кислород с образованием АФК [43]. В неактивном состоянии компоненты «разобраны», а при необходимости происходит их сборка в единый функциональный комплекс. Образовавшийся супероксид превращается в перекись водорода или под воздействием суперок-сиддисмутазы, или спонтанно. АФК направляются как в межклеточное, так и внутриклеточное пространство. В настоящее время показано наличие 7 изоформ NOX (NOX1-5, DUOX1, DUOX2) в мембранах различных как иммунных, так и неиммунных клеток. Одним из механизмов активации NOX является образование комплекса с малыми ГТФазными белками семейства гас [44]. Показано, что при воспалении происходит активация HIFa [45].
Активация HIFa обусловлена образующимися при воспалении АФК. В пользу этого говорит то, что ингибитор различных изоформ NOX — дифенилен-эиодониум хлорид (diphenyleneiodonium chloride) — или воздействие siРНК препятствует активации HIFa [46]. Ксенографт опухолевых клеток кишечника HT-29, нокаутированных по NOX1, демонстрирует замедленный рост сосудов, что, как авторы считают, связано с падением уровня HIFa [47]. Постоянная экспрессия NOX5 в клетках различных опухолей человека вызывает экспрессию HIFa в оксигенированных клетках. Нокаут NOX5 в этих клетках приводит к падению в них уровня HIFa и уменьшению злокачественности [48]. Таким образом, образующиеся при воспалении АФК увеличивают в клетках уровень HIFa. Высокий уровень экспрессии различных изоформ NOX обнаружен во многих опухолях человека [43, 49, 50].
Другой механизм увеличения уровня HIFa при воспалении связан с активацией транскрипционного фактора NF-kB. Последний представляет собой димер, связанный с ингибирующим участком, называемый ингибиторным белком (inhibitory protein, I-кЬ) [51, 52]. При воспалении различные участники воспалительного процесса активируют киназы семейства IKK, которые фосфорилируют участок I-кЬ, что приводит к его деградации, а освободившаяся часть белкового комплекса транспортируется в ядро, где функционирует как транскрипционный фактор, вызывая экспрессию различных генов, в том числе HIFa [53].
эффекты онкогенных белков семейства РАБ
Наиболее часто встречающимися мутациями в онкогенах опухолей человека являются мутации в генах семейства RAS. Известны 3 основных представителя семейства RАS: N-RAS, K-RAS, H-RAS. Белки семейства RАS принадлежат к большой группе белков, носящих общее название «малые ГТФазы». При активации белки этого семейства взаимодействуют с ГТФ,
CV
CS
и ш u
X ш
и
CV
US
и ш U
ж ш
и
образуя функционально активный комплекс, взаимодействующий с белками-мишенями, активируя их. Для прекращения их активности и прерывания сигнала необходимо взаимодействие с соответствующими ГТФазами, которые дефосфорилируют ГТФ, превращая его в ГДФ. Комплекс RAS-ГДФ неактивен, и для последующей активации RAS необходимо вытеснение ГДФ специальным регуляторным белком (GDF-exchаnge fаctor), что делает возможным взаимодействие RAS с ГТФ и его активацией.
Показано, что в большинстве опухолей легкого, желудка, кишечника, поджелудочной железы наблюдаются мутации генов RAS [54]. Распространенными онкомутациями в генах белков RAS являются мутации в кодонах 12, 13 и 61, не позволяющие ГТФазе взаимодействовать с белком RAS, что приводит к постоянной активности последнего [55, 56]. Постоянно активный белок RAS вызывает экспрессию ферментов гликолиза, блокируя активность митохондрий [57, 58]. При исследовании механизма канцерогенного действия RAS с мутацией в кодоне 12 показано, что его трансформирующее действие связано с образованием АФК [59, 60] и аккумуляцией HIFa [31]. Аккумуляция HIFa происходила в условиях оксигенации, т. е. реализуется эффект Варбурга. Подтверждением того, что аккумуляция HIFa происходит в результате образования АФК, являются эксперименты с введением антиоксиданта N-ацетилцистеина, который препятствовал трансформирующему действию мутированного RAS и накоплению HIFa. Образование АФК происходит в результате активации NOX1 белком RAS, поскольку ингибитор NOX дифенилен иодониум (diphenylene iodonium) препятствовал образованию AФК [59].
Aктивация NOX при действии мутированного белка RAS определяется 2 факторами. Во-первых, мутированный RAS активирует ГТФазу Яас [61—63], которая, как говорилось выше, является активатором NOX. Делеция гена гас у мышей предотвращала развитие опухоли кожи, поджелудочной железы, легкого при введении животным мутантного K-ras [64]. У мышей инактивирующая мутация в гене Tiaml, кодирующий белок-активатор гас, предотвращает кожный канцерогенез, вызванный ras [65]. Помимо активации гас одновременно при действии онкогенного белка H-ras наблюдается повышение экспрессии NOX1 через активацию транскрипционного фактора GATA-6 [50, 66, 67]. Aктивация происходит в результате фосфори-лирования GATA-6 серин-треониновой киназой ERK, активируемой постоянным функционированием H-ras в регуляторной цепи RAS-RAF-MEK-ERK [50]. Подтверждением роли GATA-6 в активации NOX1 является то, что инактивирующая мутация в гене GATA-6 препятствовала накоплению NOX1 при действии мутированного H-ras [66]. Для белка К-RAS показано, что помимо активации белка гас он способен активировать образование AФК не только через активацию
NOX, но и благодаря способности взаимодействовать с мембраной митохондрий, изменяя функционирование дыхательной цепи митохондрий.
Показано также, что K-ras взаимодействует с ми-тохондриальной мембраной, что вызывает падение примерно на 50 % митохондриального потенциала, уменьшение потребления кислорода, ингибирование комплекса I дыхательной цепи, но при этом происходит значительное увеличение образования АФК, видимо в комплексе III дыхательной цепи [58, 68, 69]. Rаs вызывает также уменьшение уровня антиоксидант-ных ферментов каталазы и супероксиддисмутазы-2 [68], что способствует накоплению АФК в клетке. Подтверждением важности функционирования митохондрий в канцерогенезе, вызванном К-ras, является то, что нарушение функций митохондрий различными воздействиями препятствует злокачественной трансформации клеток. Так, нарушение функционирования фактора транскрипции в митохондриях (ткоЛо^па1 transcription fаctor А) препятствует канцерогенезу, вызванному K-ras [69]. При ингибировании функционирования дыхательной цепи митохондрий ротеноном уменьшается субстрат-независимый рост опухолевых клеток в культуре и перевитых подкожно клеток опухоли кишечника мыши CT26 с мутированным геном K-ras [70].
Онкогенные белки семейства SRC
Повышенная активность семейства нерецепторных тирозинкиназ SRC наблюдается во многих опухолях человека, таких как опухоли молочной железы, кишечника, предстательной железы [71], гематологические новообразования [72].
Тот факт, что белок SRC способен активировать аэробный гликолиз, впервые продемонстрирован еще в 1978 г. Показано, что введение клеткам цыпленка термозависимого гена v-src переводило клетки на гликолиз при пермиссивной температуре, а при выключении v-src при запрещающей температуре отменяло гликолиз и клетки переходили на тканевое дыхание [73]. Наиболее вероятной казалась возможность прямого фосфорилирования пролилоксидазы белком src с инактивацией ее активности. Однако результаты специально проведенного исследования показали, что белок src не фосфорилирует пролилоксидазу [74]. Активированный src видимо может увеличивать уровень HIFa по нескольким различным механизмам. Одним из механизмов действия белка src, связанным с переводом клетки на аэробный гликолиз, является то, что он фосфорилирует по положению 289 тирозин в ферменте пируватдегидрогеназы, делая его неактивным. В результате в цитоплазме накапливается пируват, отключается митохондриальное дыхание, уменьшается потребление кислорода и клетка вынуждена переключиться на гликолиз, независимо от уровня кислорода в ней [75]. Другой путь переключения клеток на гликолиз связан с тем, что src фосфорилирует белок
VHL по тирозину 185, после чего он направляется в протеасомы на деградацию [76]. Поскольку белок VHL является убиквитинлигазой для белка HIFa, последний накапливается в клетке. По-видимому, некоторые клеточные факторы реализуют свою способность накапливать в клетке HIFa, активируя SRC. Примером может служить активация аэробного гликолиза при действии глюкокортикостероидов. Глюкокорти-костероиды активируют с-src, что в конечном итоге приводит к накоплению в клетке HIFa по механизму, как считают авторы, связанному с разрушением белка VHL, благодаря его фосфорилированию тирозинки-назой src [77].
Заключение
Важнейшим элементом опухолевого роста является изменение метаболизма глюкозы в клетке. При нормальном уровне кислорода в клетке основной путь энергообеспечения связан с функционированием дыхательной цепи митохондрий, в которой образующийся из глюкозы пируват включается в трикар-боновый цикл. В опухолевых клетках происходят физиологические перестройки в метаболизме. Переход на гликолиз обусловлен двумя факторами. С одной
стороны, быстрое увеличение количества опухолевых клеток, характеризующих опухолевый рост, и неспособность существующей кровеносной системы обеспечить достаточное поступление кислорода вызывают гипоксию и переход клеток на гликолиз. С другой стороны, в опухолевой ткани наблюдается аэробный гликолиз (эффект Варбурга), что во многом определяет развитие опухолевого процесса. В обоих случаях основным элементом, переводящим клетки на гликолиз, является транскрипционный фактор HIFa. Как показано в данном обзоре на примере белков RAS и SRC, эти постоянно функционирующие онкобелки активируют HIFa. Экспрессия HIFa влечет за собой экспрессию многих генов, необходимых для реализации злокачественного роста. О важности HIFa в развитии опухолевого процесса говорит то, что повышенный уровень экспрессии HIFa в различных типах опухолей является плохим прогностическим фактором [45, 78, 79]. Поэтому создание ингибиторов функционирования HIFa может иметь важное клиническое значение. Создаются препараты, ингибирующие функционирование HIFa, и они позиционируются в качестве веществ, обладающих противоопухолевой активностью [80, 81].
CV
CS
и ш u
ЛИТЕРАТУРА/REFERENCES
1. Estrella V., Chen T., Lloyd M. et al. Acidity generated by the tumor microenvironment drives local invasion. Cancer Res 2013;73(3):1524-35. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-12-2796. PMID: 23288510.
2. McCarty M.F., Whitaker J. Manipulating tumor acidification as a cancer treatment strategy Altern Med Rev 2010;15(3): 264-72. PMID: 21155627.
3. Martin N.K., Robey I.F., Gaffney E.A. et al. Predicting the safety and efficacy of buffer therapy to raise tumour pHe:
an integrative modelling study. Br J Cancer 2012;106(7):1280-7. DOI: 10.1038/ bjc.2012.58. PMID: 22382688.
4. Fais S., Venturi G., Gatenby B. Microen-vironmental acidosis in carcinogenesis and metastases: new strategies in prevention and therapy. Cancer Metastasis Rev 2014;33(4):1095-108. DOI: 10.1007/ s10555-014-9534-0. PMID: 25430903.
5. Harguindey S., Arranz J.L., Polo Oroz-co J.D. et al. Cariporide and other new and powerful NHE1 inhibitors as potentially selective anticancer drugs-an integral molecular/biochemical/metabolic/clinical approach after one hundred years of cancer research. Transl Med 2013;11:282. DOI: 10.1186/1479-5876-11-282. PMID: 24195657.
6. Guan Z.W., Xu B.X., Wang R.M. et al. Hyperaccumulation of (18)F-FDG in order to differentiate solid pseudopapillary
tumors from adenocarcinomas and from neuroendocrine pancreatic tumors and review of the literature. Hell J Nucl Med 2013;16(2):97-102. DOI: 10.1967/ s002449910084. PMID: 23687644.
7. Schlaepfer I.R., Glodé L.M., Hitz C.A.
et al. Inhibition of lipid oxidation increases glucose metabolism and enhances 2-de-oxy-2-[(18)F]fluoro-D-glucose uptake in prostate cancer mouse xenografts. Mol Imaging Biol 2015;17(4):529-38. DOI: 10.1007/s11307-014-0814-4. PMID: 25561013.
8. Warburg O., Posener K., Negelein E. Über den Stoffwechsel der Karzinomzellen. Biochemische Zeitschrift 1924;152: 309-44.
9. Lu H., Forbes R.A., Verma A. Hypoxia-inducible factor 1 activation by aerobic glycolysis implicates the Warburg effect in carcinogenesis J Biol Chem 2002;277(26):23111-5. DOI: 10.1074/jbc. M202487200. PMID: 11943784.
10. Marín-Hernández A., Gallardo-Pérez J.C., Ralph S.J. et al. HIF-1alpha modulates energy metabolism in cancer cells by inducing over-expression of specific glyco-lytic isoforms. Mini Rev Med Chem 2009;9(9):1084-101. PMID: 19689405.
11. Lou F., Chen X., Jalink M. et al. The opposing effect of hypoxia-inducible factor-2alpha on expression of telomerase reverse transcriptase. Mol Cancer Res
2007;5(8):793-800. DOI: 10.1158/1541-7786.MCR-07-0065. PMID: 17699105.
12. Yatabe N., Kyo S., Maida Y. et al. HIF-1-mediated activation of telomerase in cervical cancer cells. Oncogene 2004;23(20):3708-15. DOI: 10.1038/sj. onc.1207460. PMID: 15048086.
13. Wang M., Kirk J.S., Venkataraman S. et al. Manganese superoxide dismutase suppresses hypoxic induction of hypoxia-in-ducible factor-1alpha and vascular endothelial growth factor. Oncogene 2005;24(55):8154-66. DOI: 10.1038/sj. onc.1208986. PMID: 16170370.
14. Jeon H., Kim H., Choi D. et al. Quercetin activates an angiogenic pathway HIF-1-VEGF by inhibiting HIF-prolyl hydroxylase: a structural analysis of quercetin for inhibiting HIF-prolyl hydroxylase.
Mol Pharmacol 2007;71(6):1676-84. DOI: 10.1124/mol.107.034041. PMID: 17377063.
15. Khromova N.V., Kopnin P.B., Stepanova E.V. et al. p53 hot-spot mutants increase tumor vascularization via ROS-mediated activation of the HIF1/VEGF-A pathway. Cancer Lett 2009;276(2):143-51.
DOI: 10.1016/j.canlet.2008.10.049. PMID: 19091459.
16. Peng X.H., Karna P., Cao Z. et al. Crosstalk between epidermal growth factor receptor and hypoxia-inducible factor-1al-pha signal pathways increases resistance
X ш
и
to apoptosis by up-regulating survivin gene 0 expression. J Biol Chem
ej 2006;281(36):25903-14. DOI: 10.1074/
jbc.M603414200. PMID: 16847054. ■5T 17. Liu X.H., Yu E.Z., Li Y.Y., Kagan E.
HIF-lalpha has an anti-apoptotic effect in human airway epithelium that is mediated via Mcl-1 gene expression. J Cell Biota chem 2006;97(4):755-6. DOI: 10.1002/ g= jcb.20683. PMID: 16229017.
18. Rankin E.B., Giaccia A.J. The role of hy-poxia-inducible factors in tumorigenesis. =9 Cell Death Differ 2008;15(4):678-85.
u DOI: 10.1038/cdd.2008.21.
es PMID: 18259193.
E 19. Axelson H., Fredlund E., Ovenberger M.
et al. Hypoxia-induced dedifferentiation of tumor cells — a mechanism behind Jjj heterogeneity and aggressiveness of solid
tumors. Semin Cell Dev Biol 2005; ä 16(4-5):554-63. DOI: 10.1016/j.
g semcdb.2005.03.007. PMID: 16144692.
.__ 20. Helczynska K., Kronblad A., Jögi A. et al.
Hypoxia promotes a dedifferentiated phe-3S notype in ductal breast carcinoma in situ.
O Cancer Res 2003;63(7):1441-4.
O PMID: 12670886.
== 21. Shin D.H., Dier U., Melendez J.A., Hem-
pel N. RegulationofMMP-1 expression ®® in response to hypoxia is dependent
on the intracellular redox status of metastatic bladder cancer cells. Biochim Bio-g phys Acta 2015;1852(12):2593-602.
a= DOI: 10.1016/j.bbadis.2015.09.001.
e; PMID: 26343184.
22. Lv Y., Zhao S., Han J. et al. Hypoxia-in-ducible factor-1a induces multidrug resistance protein in colon cancer. Onco Targets Ther 2015;8:1941-8. DOI: 10.2147/
g OTT.S82835. PMID: 26251616.
23. Erler J.T., Giaccia A.J. Lysyl oxidase mediates hypoxic control of metastasis. Cancer Res 2006;66(21):10238-41.
DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-06-3197. PMID: 17079439.
24. Kobliakov V.A. Role of proton pumps
in tumorigenesis. Biochemistry (Moscow) 2017;82(4):401-12. DOI: 10.1134/ S0006297917040010. PMID: 28371597.
25. Lee K.A., Roth R.A., LaPres J.J. Hypoxia, drug therapy and toxicity. Pharmacol. Ther 2007;13(2):229-63. DOI: 10.1016/j.phar-mthera.2006.08.001. PMID: 17046066.
26. Cash T.P., Pan Y., Simon M.C. Reactive oxygen species and cellular oxygen sensing. Free Radic Biol Med 2007;43(9):1219-25. DOI: 10.1016/j.fre-eradbiomed.2007.07.001.
PMID: 17893032.
27. Place T.L. Domann F.E. Prolyl-hydroxy-lase 3: evolving roles for an ancient signaling protein. Hypoxia 2013:13(1):13-27. DOI: 10.2147/HP.S50091.
PMID: 24672806.
28. Berra E., Benizri E., Ginouves A. et al. HIF prolyl-hydroxylase 2 is the key oxygen sensor setting low steady-state levels
of HIF-1alpha in normoxia. Embo J
2003;22(16):4082-90. DOI: 10.1093/em-boj/cdg392. PMID: 12912907.
29. Selak MA., Armour S.M., MacKenzie E.D. et al. Succinate links TCA cycle dysfunction to oncogenesis by inhibiting HIF-al-pha prolyl hydroxylase. Cancer Cell 2005;7(1):77-85. DOI: 10.1016/j. ccr.2004.11.022. PMID: 15652751.
30. Chandel N.S., McClintock D.S., Feliciano C.E. et al. Reactive oxygen species generated at mitochondrial complex III stabilize hypoxia-inducible factor-1alpha during hypoxia: a mechanism of O2 sensing. J Biol Chem 2000;275(33):25130-8. DOI: 10.1074/jbc.M001914200. PMID: 10833514.
31. Lee G., Won H.S., Lee Y.M. et al. Oxidative dimerization of PHD2 is responsible for its inactivation and contributes to metabolic reprogramming via HIF-1a activation. Sci Rep 2016;6:18928. DOI: 10.1038/ srep18928. PMID: 26740011.
32. Chandel N.S., Maltepe E., Goldwasser E. et al. Mitochondrial reactive oxygen species trigger hypoxiainduced transcription. Proc Natl Acad Sci USA 1998;95(20):11715-20. PMID: 9751731.
33. Mansfield K.D., Guzy R.D., Pan Y. et al. Mitochondrial dysfunction resulting from loss of cytochrome c impairs cellular oxygen sensing and hypoxic HIF-a activation. Cell Metab 2005;1(6):393-9. DOI: 10.1016/j. cmet.2005.05.003. PMID: 16054088.
34. Bell E.L., Klimova T.A., Eisenbart J. et al. The Qo site of the mitochondrial complex III is required for the transduction of hypoxic signaling via reactive oxygen species production. J Cell Biol 2007;177(6): 1029-36. DOI: 10.1083/jcb.200609074. PMID: 17562787.
35. Guzy R.D., Schumacker P.T. Oxygen sensing by mitochondria at complex III:
the paradox of increased reactive oxygen species during hypoxia. Exp Physiol 2006;91(5):807-19. DOI: 10.1113/exp-physiol.2006.033506. PMID: 16857720.
36. Henegan J.C. Jr, Gomez C.R. Heritable cancer syndromes related to the hypoxia pathway. Front Oncol 2016;6:68. DOI: 10.3389/fonc.2016.00068. PMID: 27047799.
37. Yang H., Kaelin W.G. Jr. Molecular pathogenesis of the von Hippel-Lindau hereditary cancer syndrome: implications for oxygen sensing. Cell Growth Differ 2001;12(9):447-55. PMID: 11571227.
38. Luo W., Hu H., Chang R. et al. Pyruvate kinase M2 is a PHD3-stimulated coactiva-tor for hypoxia-inducible factor 1. Cell 2011;145(5):732-44. DOI: 10.1016/j. cell.2011.03.054. PMID: 21620138.
39. Colegio O.R. Lactic acid polarizes macrophages to a tumor-promoting state. Onco-immunology 2015;5(3):e1014774.
DOI: 10.1080/2162402X.2015.1014774. PMID: 27141329.
40. Colegio O.R., Chu N.Q., Szabo A.L. et al. Functional polarization of tumour-associ-
ated macrophages by tumourderived lactic acid. Nature 2014;513(7519):559-63. DOI: 10.1038/nature13490. PMID: 25043024.
41. Ohshima H., Tatemichi M., Sawa T. Chemical basis of inflammation-induced carcinogenesis. Arch Biochem Biophys 2003;417(1):3-11. PMID: 12921773.
42. Schwartsburd P.M. Chronic inflammation as inductor of pro-cancer microenvironment: pathogenesis of dysregulated feedback control. Cancer Metastasis Rev 2003;22(1):95-102. PMID: 12716041.
43. Morry J., Ngamcherdtrakul W., Yantasee W. Oxidative stress in cancer and fibrosis: opportunity for therapeutic intervention with antioxidant compounds, enzymes, and nanoparticles. Redox Biol 2017;11:240-53. DOI: 10.1016/j.re-dox.2016.12.011. PMID: 28012439.
44. Bokoch G.M., Knaus U.G. NADPH oxidases: not just for leukocytes anymore! Trends Biochem Sci 2003;28(9):502-8. DOI: 10.1016/S0968-0004(03)00194-4. PMID: 13678962.
45. Balamurugan K. HIF-1 at the crossroads of hypoxia, inflammation, and cancer. Int J Cancer 2016;138(5):1058-66. DOI: 10.1002/ijc.29519. PMID: 25784597.
46. Block K., Gorin Y., Hoover P. et al. NAD(P)H oxidases regulate HIF-2alpha protein expression. J Biol Chem 2007;282(11):8019-26. DOI: 10.1074/jbc. M611569200. PMID: 17200123.
47. Juhasz A., Markel S., Gaur S. et al. NADPH oxidase 1 supports proliferation of colon cancer cells by modulating reactive oxygen species-dependent signal transduction. J Biol Chem 2017;292(19):7866-87. DOI: 10.1074/jbc. M116.768283. PMID: 28330872.
48. Antony S., Jiang G., Wu Y. et al. NADPH oxidase 5 (NOX5)-induced reactive oxygen signaling modulates normoxic HIF-1a and p27Kip1 expression in malignant melanoma and other human tumors. Mol Car-cinog 2017;56(12):2643-62. DOI: 10.1002/mc.22708. PMID: 28762556.
49. Lambeth J.D. Nox enzymes, ROS, and chronic disease: an example of antagonistic pleiotropy. Free Radic Biol Med 2007;43(3):332-47. DOI: 10.1016/j.fre-eradbiomed.2007.03.027.
PMID: 17602948.
50. Skonieczna M., Hejmo T., Poterala-Hej-mo A. et al. NADPH oxidases: insights into selected functions and mechanisms of action in cancer and stem cells. Oxid Med Cell Longev 2017;2017:9420539. DOI: 10.1155/2017/9420539.
PMID: 28626501.
51. Baeuerle P.A., Baltimore D. NF-kappa B: ten years after. Cell 1996;87(1):13-20. PMID: 8858144.
52. D'Ignazio L., Bandarra D., Rocha S. NF-kB and HIF crosstalk in immune responses. FEBS J 2016;283(3):413-24. DOI: 10.1111/febs.13578. PMID: 26513405.
53. Remels A.H., Gosker H.R., Verhees K.J. et al. TNF-a-induced NF-kB activation stimulates skeletal muscle glycolytic metabolism through activation of HIF-1a. Endocrinology 2015;156(5):1770-81. DOI: 10.1210/en.2014-1591.
PMID: 25710281.
54. Pylayeva-Gupta Y., Grabocka E., Bar-Sagi D. RAS oncogenes: weaving a tumorigenic web. Nat Rev Cancer. 2011;11(11):761-74.
55. Scheffzek K., Ahmadian M.R., Kabsch W. et al. The Ras-RasGAP complex: structural basis for GTPase activation and its loss in oncogenic Ras mutants. Science 1997;277(5324):333-8. PMID: 9219684.
56. Bryant K.L., Mancias J.D., Kimmel-man A.C., Der C.J. KRAS: feeding pancreatic cancer proliferation. Trends Bio-chem Sci 2014;39(2):91-100.
DOI: 10.1016/j.tibs.2013.12.004. PMID: 24388967.
57. Hu Y., Lu W., Chen G. et al. K-ras(G12V) transformation leads to mitochondrial dysfunction and a metabolic switch from oxi-dative phosphorylation to glycolysis. Cell Res 2012;22(2):399-412. DOI: 10.1038/ cr.2011.145. PMID: 21876558.
58. Chesney J., Telang S. Regulation of glycolytic and mitochondrial metabolism by ras. Curr Pharm Biotechnol 2013;14(3): 251-60. PMID: 22201601.
59. Irani K., Xia Y., Zweier J.L. et al. Mitogen-ic signaling mediated by oxidants in Ras-transformed fibroblasts. Science 1997;275(5306):1649-52. PMID: 9054359.
60. Mitsushita J., Lambeth J.D., Kamata T. The superoxidegenerating oxidase Nox1 is functionally required for Ras oncogene transformation. Cancer Res 2004;64(10):3580-5. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-03-3909. PMID: 15150115.
61. Shin I., Kim S., Song H. et al. H-Ras-spe-cific activation of Rac-MKK3/6-p38 pathway: its critical role in invasion and migration of breast epithelial cells. J Biol Chem 2005;280(15):14675-83. DOI: 10.1074/ jbc.M411625200. PMID: 15677464.
62. Qiu R.G., Chen J., Kirn D. et al. An essential role for Rac in Ras transformation. Nature 1995;374(6521):457-9. DOI: 10.1038/374457a0. PMID: 7700355.
63. Kissil J.L., Walmsley M.J., Hanlon L.
et al. Requirement for Rac1 in a K-ras induced lung cancer in the mouse. Cancer Res 2007;67(17):8089-94. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-07-2300. PMID: 17804720.
64. Kazanietz M.G., Caloca M.J. The Rac GTPase in cancer: from old concepts to new paradigms. Cancer Res 2017;77(20):5445-51. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-17-1456. PMID: 28807941.
65. Malliri A., van Der Kammen R.A., Clark K. et al. Mice deficient in the Rac activator Tiam1 are resistant to Ras-induced skin tumours. Nature 2002;417(6891):867-71. DOI: 10.1038/nature00848.
PMID: 12075356.
66. Adachi Y., Shibai Y., Mitsushita J. et al. Oncogenic Ras upregulates NADPH oxidase 1 gene expression through MEK-ERK-dependent phosphorylation
of GATA-6. Oncogene 2008;27(36):4921-32. DOI: 10.1038/onc.2008.133. PMID: 18454176.
67. Wu R.F., Terada L.S. Ras and Nox: linked signaling networks? Free Radic Biol Med 2009;47(9):1276-81. DOI: 10.1016/j.fTe-eradbiomed.2009.05.037. PMID: 19501154.
68. Neuzil J., Rohlena J., Dong L.F. K-Ras and mitochondria: dangerous liaisons. Cell Res 2012;22(2):285-7. DOI: 10.1038/ cr.2011.160. PMID: 21946499.
69. Weinberg F., Hamanaka R., Wheaton W.W. et al. Mitochondrial metabolism and ROS generation are essential for K-ras-mediat-ed tumorigenicity. Proc Natl Acad Sci USA 2010;107(19):8788-93.
DOI: 10.1073/pnas.1003428107. PMID: 20421486.
70. Martin T.D., Cook D.R., Choi M.Y. et al. Role for mitochondrial translation in promotion of viability in K-Ras mutant cells. Cell Rep 2017;20(2):427-38.
DOI: 10.1016/j.celrep.2017.06.061. PMID: 28700943.
71. Irby R.B., Yeatman T.J. Role of Src expression and activation in human cancer. Oncogene 2000;19(49):5636-42.
DOI: 10.1038/sj.onc.1203912. PMID: 11114744.
72. Siveen K.S., Prabhu K.S., Achkar I.W.
et al. Role of non receptor tyrosine kinases in hematological malignances and its targeting by natural products. Mol Cancer 2018;17(1):31. DOI: 10.1186/s12943-018-0788-y. PMID: 29455667.
73. Carroll R.C., Ash J.F., Vogt P.K., Singer S.J. Reversion of transformed glycolysis to normal by inhibition of protein synthesis in rat kidney cells infected with temperature-sensitive mutant of Rous sarcoma virus. Proc Natl Acad Sci USA 1978;75(10);5015-9. PMID: 217010.
74. Lee H.Y., Lee T., Lee N. et al. Src activates HIF1a not through direct phosphorylation of HIF1a specific prolyl-4 hydroxylase 2 but through activation of the NADPH oxi-dase/Rac pathway. Carcinogenesis 2011;32(5):703-12.
75. Jin Y., Cai Q., Shenoy A.K. et al. Src drives the Warburg effect and therapy resistance by inactivating pyruvate dehydroge-nase through tyrosine-289 phosphorylation. Oncotarget 2016;7(18):25113-24. DOI: 10.18632/oncotarget.7159. PMID: 26848621.
76. Chou M.T., Anthony J., Bjorge J.D., Fu-jita D.J. The von Hippel-Lindau tumor supressor protein is destabilized by Src: implications for tumor angiogenesis and progression. Genes Cancer 2010;1(3):225-38.
DOI: 10.1177/1947601910366719. PMID: 21212839.
77. Vettori A., Greenald D., Wilson G.K. et al. Glucocorticoids promote Von Hippel-Lindau degradation and Hif1a stabilization. Proc Natl Acad Sci USA 2017;114(37):9948-53. DOI: 10.1073/ pnas.1705338114. PMID: 28851829.
78. Liu Z.J., Semenza G.L., Zhang H.F. Hy-poxia-inducible factor 1 and breast cancer metastasis. J Zhejiang Univ Sci B 2015;16(1):32-43. DOI: 10.1631/jzus. B1400221. PMID: 25559953.
79. Лушникова А.А., Морозова Л.Ф., Абрамов И.С. и др. Генетические изменения в линии Рпоч1-КК cветлоклеточного рака почки человека. Успехи молекулярной онкологии 3(3):81-5. DOI: 10.17650/2313-805X-2016-3-3-81-85. [Lushnikova A.A., Mo-rozova L.F., Abramov I.S. et al. Genetic alterations in the human kidney clear cell carcinoma line Рпоч1-КК. Uspekhi mole-kulyarnoy onkologii = Advances in Molecular Oncology 2016;3(3):81-5.
(In Russ.)].
80. Park K., Lee H.E., Lee S.H. et al Molecular and functional evaluation of a novel HIF inhibitor, benzopyranyl 1,2,3-triazole compound. Oncotarget 2017;8(5): 7801-13. DOI: 10.18632/oncotar-get.13955. PMID: 27999195.
81. Wang L.H., Jiang X.R., Yang J.Y. et al. SYP-5, a novel HIF1 inhibitor, suppresses tumor cells invasion and angiogenesis. Eur J Pharmacol 2016;791:560-8.
DOI: 10.1016/j.ejphar.2016.09.027. PMID: 27664769.
cv
CS
и ш u
X ш
и
Конфликт интересов. Автор заявляет об отсутствии конфликта интересов. Conflict of interest. The author declares no conflict of interest.
Финансирование. Исследование проведено без спонсорской поддержки. Finаncing. The study was performed without external funding.
Статья поступила: 19.07.2018. Принята к публикации: 31.10.2018. Article received: 19.07.2018. Âccepted for publicаtion: 31.10.2018.
