CC BY
96
Раздел - обзоры
^+Л- симпортер (N13): структура, функции, экспрессия в норме и опухолях Джикия Е.Л., Авилов О.Н., Киселева Я.Ю., Кулинич Т.М., Боженко В.К.
ФГБУ «Российский научный центр рентгенорадиологии» Минздрава России, г.Москва Рабочий адрес: 117997, Москва, ГСП-7, ул. Профсоюзная д.86, ФГБУ «РНЦРР» МЗ РФ
Джикия Екатерина Левановна - к.б.н., научный сотрудник лаборатории иммунологии, онкоцитологии и клеточных технологий ФГБУ "РНЦРР" МЗ РФ
Авилов Олег Николаевич - врач отделения хирургии опухолей кожи, молочной железы, мягких тканей ФГБУ "РНЦРР" МЗ РФ
Киселева Яна Юрьевна - к.м.н., научный сотрудник лаборатории иммунологии,
онкоцитологии и клеточных технологий ФГБУ "РНЦРР" МЗ РФ
Кулинич Татьяна Михайловна - к.м.н., заведующая лаборатории иммунологии,
онкоцитологии и клеточных технологий ФГБУ "РНЦРР" МЗ РФ
Боженко Владимир Константинович - д.м.н., профессор, зав. отделом молекулярной
биологии и экспериментальной терапии опухолей ФГБУ "РНЦРР" МЗ РФ
Ответственный за переписку: Джикия Екатерина Левановна ул. Профсоюзная, д. 86,
Москва, 117997 тел. 84991201114 ё7Ык1уа.гпсгт@ашаИ. сот
Резюме
Натрий-йод симпортёр (МБ) - трансмембранный белок, участвующий в поглощении йодида в фолликулярных клетках щитовидной железы. Он играет критическую роль в метаболизме йода, широко используется в диагностике и лечении доброкачественных и злокачественных заболеваний щитовидной железы. В статье рассмотрены структура гена N/8, экспрессия натрий-йод симпортёра в тиреоидных и не тиреоидных тканях, в норме и опухолях, биологическая роль снижения экспрессии N18 в онкогенезе и метастазировании, а также участие в радиойодтерапии тиреоидных тканей. Ключевые слова: БЬС5Л5, КВ, натрий-йод симпортёр, №+/Г симпортёр (МБ), радиойодтерапия, рак щитовидной железы
Sodium/iodide symporter (NIS): structure, function and role in in thyroid diseases Dzhikiya E.L., Avilov O.N., Kiseleva Ya.Yu., Kulinich T.M., Bozhenko V.K.
Federal State Budgetary Institution Russian Scientific Center of Roentgenoradiology (RSCRR) of the Ministry of Healthcare of the Russian Federation (Russian Scientific Center of Roentgenoradiology), 117997 Moscow, Profsoyuznaya str., 86
Abstract
NIS is a transmembrane protein responsible for absorption of iodide in follicular cells of the thyroid gland. It plays a critical role in iodine metabolism and being widely used to diagnose and treat of benign and malignant thyroid pathologies. The article attempts to summarize the current knowledge on the structure of the NIS gene, sodium iodine symporter expression in thyroid and non-thyroid tissues (unaffected and in tumors), biological role of NIS expression reduction in oncogenesis and metastasis, as well as it's use in radioiodtherapy.
Keywords: SLC5A5, NIS, the Na+/I- symporter (NIS), radioiodine therapy, thyroid cancer
Список сокращений
I- - ион йода
РМЖ - рак молочной железы
РЩЖ - рак щитовидной железы
ГТП - генно-терапевтический препарат
КТ - рентгеновская компьютерная томография
NIS - натрий-йодидный симпортер
ОФЭКТ - однофотонная эмиссионная компьютерная томография
п.н.о. - пары нуклеотидных остатков
ПЭТ - позитронно-эмиссионная томография
TPO - тиреопероксидаза
ЭПР - эндоплазматический ретикулум
МИТ - 3-монойодтирозин
ДИТ - 3,5-дийодтирозин
Т4 - тироксин
T3 - трийодтиронин
ТТГ - тиреотропный гормон
мРНК - матричная РНК
Введение
Белок натрий-йод симпортёр (NIS) — трансмембранный гликопротеид, играющий центральную роль в метаболизме гормонов щитовидной железы и обеспечивающий активный транспорт йода из кровотока в фолликулярные клетки. Способность щитовидной железы накапливать йод является биологической основой для клинического применения радиоактивного йода в диагностике и лечении различных доброкачественных и злокачественных заболеваний щитовидной железы. NIS-опосредованное поглощение радионуклидов уже давно используется в диагностической сцинтиграфической визуализации (132I, 131I, 99mTc ) и лучевой терапии (131I ) дифференцированного РЩЖ, при котором опухолевые клетки сохраняют способность накапливать йод [2,16,53]. Однако поглощение радиоактивного йода часто уменьшается в процессе лечения дифференцированного РЩЖ и полностью отсутствует у 10% дифференцированных карцином и у большинства анапластических карцином щитовидной железы [51]. Кроме того, высока частота рецидивов РЩЖ (10 — 30% для папиллярного РЩЖ), и только треть пациентов с отдаленными метастазами реагируют на терапию радиоактивным йодом 131I -полной ремиссией. Ряд авторов высказывают предположение, что снижение восприимчивости к радиойодтерапии связано с низким уровнем экспрессии NIS . Экспрессию NIS широко изучали в различных доброкачественных и злокачественных образованиях щитовидной железы, чтобы понять механизмы снижения экспрессии и функции NIS, а также, может ли подавление NIS быть молекулярной причиной снижения восприимчивости к радиойодтерапии. Тем не менее, результаты исследований не дали однозначных результатов [65]. Структура гена NIS
Ген человека SLC5A5 (NIS) расположен на коротком плече хромосомы 19, локус (19p12-13.2), состоит из 15 экзонов длинной 23202 н. п. (нуклеотидных пар). Белок, закодированный геном SLC5A5, чаще упоминается в научной литературе как Na+/I-симпортер (NIS) и состоит из 643 аминокислот с молекулярной массой 87 кда [23]. NIS состоит из 13 трансмембранных доменов, внеклеточного N-концевого домена, внутриклеточного C-концевого домена и трёх N-связанных сайтов гликозилирования, расположенных во внемембранных сегментах в позициях 225, 485 и 497 (Рис. 1). NIS является высокогликозилированным белком, но гликозилирование не влияет на транспортную активность белка [50]. C-концевой домен содержит около ста аминокислотных остатков и несет большинство предполагаемых регуляторных сайтов, отвечающих за фосфорилирование; большинство фосфатных групп находят на С-конце
внеклеточный матрикс
Рис.1. Схематическое изображение структуры доменов N18 Функции
Главная функция - накопление в щитовидной железе йода, необходимого для синтеза гормонов щитовидной железы: трийодтиронина (Т3) и тироксина (Т4). осуществляет транспорт йода в клетку, используя электрохимический градиент концентрации №+, работающий за счет №+/ К+ - АТФ-азы, чтобы переместить I- против градиента концентрации [29]. При этом два иона натрия котранспортируются через базальную мембрану фолликулярных клеток вместе с одним ионом йода. МБ, как активный вторичный транспортер, позволяет поддерживать концентрацию йода в клетке в 30-50 раз выше, чем в крови [34] (Рис.2). I- перемещается через апикальную мембрану в коллоид фолликула. Способ апикального перемещения ионов йода в полость коллоида остается малоизученным, одним из кандидатов на роль апикального I- транспортера является белок пендрин [50]. Тиреоглобулин, синтезированный в эндоплазматическом ретикулуме (ЭПР), выводится в полость фолликула, где йод органифицируется, т.е., с помощью фермента тиреопероксидазы (ТРО), в присутствии перекиси водорода, вступает в реакцию с тирозильными остатками тиреоглобулина. ТРО окисляет йодид до молекулярного йода. Молекулярный йод ковалентно связывается с остатками тирозина в молекулах тиреоглобулина, образуя 3-монойодтирозин (МИТ) и 3,5-дийодтирозин (ДИТ). При связывании двух фрагментов ДИТ образуется Т4, содержащий четыре атома йода. Связывание МИТ и ДИТ приводит к образованию Т3. Т3 идентичен Т4, но в его молекуле содержится на один атом йода меньше. В составе тиреоглобулина тиреоидные гормоны хранятся в полости фолликула. При воздействии тиреотропного гормона (ТТГ) на
апикальной мембране фолликулярной клетки стимулируется эндоцитоз коллоида. При этом йодированный тиреоглобулин, захваченный с коллоидом с помощью эндоцитоза, расщеплятся эндосомальными протеазами, и свободные Т3 и Т4 секретируются через базолатеральную мембрану в кровоток [9,50,52]. Схематично биосинтез тиреоидных гормонов приведен на рис.2.
Рис.2. Схема биосинтеза тиреоидных гормонов (рисунок заимствован из статьи [9] с изменениями).
Функциональная экспрессия МБ в организме и расположение N1^ на клеточной мембране
Кроме щитовидной железы, МБ высоко экспрессируется в желудке, слюнных железах [33] и молочной железе в период лактации [66]. Низкий уровень МБ обнаружен в других экстратиреоидных тканях: в тонком кишечнике, толстой кишке, прямой кишке [46], поджелудочной железе, почках, желчных протоках, легких [30], слезных железах, сердце, плаценте, семенниках, яичниках, предстательной железе, надпочечниках, вилочковой железе и гипофизе [52].
В зависимости от выполняемых функций МБ располагается в разных тканях либо на базальной, либо на апикальной мембране клетки. Это имеет важное физиологическое значение: МБ, расположенный на базолатеральной мембране, участвует в концентрировании йодида, выводя его из кровотока, а при расположении на апикальной мембране МБ участвует в транспорте йодида обратно в кровь. На базальной мембране МБ находится в фолликулярных клетках щитовидной железы, альвеолярных клетках молочной железы в период лактации, протоковых эпителиальных клетках слюнных желез и муцин-секретирующих клетках желудка [3,18,32]. МБ находится на апикальной
мембране трофобластов плаценты и энтероцитов тонкого кишечника [46]. В почках МБ распределяется относительно мембран по-разному: в проксимальных канальцах он находится на базолатеральной мембране, а в дистальных — диффузно располагается в цитоплазме [61].
В слюнных железах (в основном это околоушные железы) МБ участвует в концентрации ионов йода, выводя их из кровотока [11]. Слизистая желудка переносит йод из кровотока и выводит с желудочным соком в просвет желудочно-кишечного тракта [32]. Наличие в слюнных железах и желудке I- выполняет защитную и антимикробную функции [10]. В тонком кишечнике йодиды, поступающие в организм с водой и пищей, захватываются энтероцитами через МБ на апикальной мембране, после чего переносятся в кровоток [46]. Скорее всего, такая система сформировалась как механизм сохранения I-в организме [41].
В плаценте МБ присутсвует на апикальной мембране цитотрофобластов и регулирует перенос I- из кровотока матери в кровоток плода, обеспечивая плод необходимым количеством I- для синтеза гормонов щитовидной железы [13]. Молекулярный механизм, лежащий в основе йодного трансплацентарного транспорта, до конца не изучен [40]. Экспрессия гена МБ в плацентарной ткани не меняется в течение беременности. В исследованиях Bidart и соавторов показано отсутствие различий в средних и медианных значениях уровня экспрессии в образцах тканей, полученных в первом триместре или на более поздних сроках беременности, несмотря на большие вариации в экспрессии МБ от одного образца к другому [8].
В постнатальный период для правильного развития нервной системы новорожденного, скелетных мышц и легких также необходим адекватный запас ионов йода, который новорожденный получает с материнским молоком. Физиологически транспорт I- в молочной железе происходит во время поздней беременности и лактации. МБ располагается на базолатеральной мембране альвеолярных клеток только в лактирующей молочной железе и обеспечивает переход йодида из кровотока в молоко [14]. Стимуляция экспрессии МБ происходит в период лактации за счет повышения уровня различных гормонов, в том числе окситоцина, пролактина и эстрогенов [14,66]. Концентрация йода в грудном молоке может достигать 150 мкг/л [60].
Вне периода лактации в молочной железе практически полностью отсутствует экспрессия МБ [12] и клетки не способны накапливать йод, за исключением синдрома гиперпролактинемии - патологического состояния, для которого характерно повышенное содержание пролактина (гормона гипофиза) в крови [57].
Селективность субстратов N15
Кроме йода, транспортирует и другие анионы с меньшим сродством и различной электрогенной стехиометрией (Табл. 1) I- (1.00) > 5еС№- (0.87) > ТВН- (0.34) > CЮз- (0.12) > №Оэ- (0.04) (ионы указаны в соответствии со скоростью их переноса) [27]. Чем ближе размер аниона к размеру йодид - иона, тем лучше он переносится [16]. Также N15 способен транспортировать через клеточную мембрану анионы Вг-, BF4-, Ю4-, BrOз-, М4- (пертехнетат), ReO4- (перренат), СЮ4- (перхлорат) и АГ (астатид). Кроме того, N15 переносит и различные изотопы элементов, входящих в состав переносимых ионов. Радиоактивные субстраты N15 уже используются (131Г , или планируются для
использования в ядерной медицине [2]. В таблице 1 приведены основные радиоактивные изотопы, их свойства и область применения. Таблица 1.
Радиоизотопы основных субстратов N15, их свойства и область применения.
Субстра Радиоизо Стехиометрия Тип Период Область
т N15 топ связи излучения полураспа да применения
I- 131| 2 Ш+:1Г Бета/гамма 8 дней Радиойод терапия/ ОФЭКТ
125| Гамма 59, 4 дня ОФЭКТ
123| Гамма 13 часов ОФЭКТ
124| Позитрон/ гамма 4,2 дня ПЭТ
ReO4- 188Re 1 Na+:1ReO4- Бета/гамма 17 часов ОФЭКТ/
186Re 3,8 дня терапия
М4- 99mJc Нет данных Гамма 6 часов ОФЭКТ
BF4- 18F Нет данных Позитрон 1,8 часа ПЭТ
At- 21^ Нет данных Альфа/ рентген 7,2 часа Терапия
Экспрессия NIS при РЩЖ
Изучению экспрессии NIS в различных доброкачественных и злокачественных образованиях щитовидной железы посвящены десятки работ, и в настоящее время удалось выявить ряд закономерностей. Так, в большинстве исследований, уровни экспрессии NIS в карциномах щитовидной железы ниже, чем в аденомах [5] и прилежащих нормальных тканях щитовидной железы. При доброкачественных заболеваниях щитовидной железы также отмечается снижение уровня экспрессии NIS [34]. В работе Ringel и соавторов [56] продемонстрировано значительное снижение экспрессии гена NIS у всех пациентов с папиллярным раком и более чем у 90% пациентов с доброкачественными образованиями щитовидной железы. Выявлен широкий разброс в уровнях экспрессии NIS, и показана важность попарного анализа опухолевой и нормальной ткани щитовидной железы от одного пациента. Это связанно с тем, что уровень экспрессии NIS в опухолевой ткани снижен по сравнению с нормальной тканью того же пациента, но может соответствовать значениям экспрессии в нормальной ткани щитовидной железы других пациентов [36].
В работе Arturi и соавторов проведен анализ уровней экспрессии NIS в лимфатических узлах с метастатическими поражениями у больных с папиллярными карциномами щитовидной железы. Отмечено снижение экспрессии гена NIS в метастазах лимфатических узлов по сравнению с первичной опухолью. В большинстве случаев отсутствие экспрессии NIS коррелировало с отсутствием накопления радиоактивного йода в метастатических лимфоузлах. Авторы предположили, что потеря экспрессии гена NIS может быть результатом дедифференцировки опухоли в процессе метастазирования [5]. Показано, что если в метастазах сохраняется активность NIS, то они отвечают на терапию радиоактивным йодом 131I [50], и десятилетняя выживаемость пациентов с дистантными метастазами увеличивается с 10% до 56% [25]. Однако в процессе радиойодтерапии чувствительность к йоду может снижаться.
Одной из причин ослабления накопления радиоактивного йода 131I при лечении РЩЖ является снижение уровня мембранной экспрессии NIS и увеличение его содержания в цитоплазме (Рис. 3) [1,59,63,65]. Обнаружена статистически значимая зависимость между уровнем мембранной экспрессии NIS и течением РЩЖ, в том числе, после выполнения радиойодтерапии [1]. Авторами было высказано предположение о возможности использования определения уровня снижения мембранной экспрессии NIS в качестве прогностического маркера рецидивирования после проведения радиойодтерапии. Результатом анализа внутриклеточного распределения NIS стал вывод о том, что мембранная экспрессия белка отражает его функциональную активность, а именно -способность к захвату ионов йода [1].
Рис.3. Схема вариантов локализации
Однако в других исследованиях были выявлены пациенты с выраженной экспрессией в метастатической ткани, при этом не накапливающей 1311. Это предполагает наличие других факторов, отвечающих за неспособность накапливать радиоактивный йод, таких как дефекты белка МБ, нарушение активации, или изменение пути органификации йода [4]. Экспрессия МБ не может надежно предсказывать его функциональность: в то время как отрицательные или низкие уровни мРНК N18 могут приводить к снижению белковой экспрессии, положительная или высокая экспрессия мРНК N18 не всегда соответствует высоким уровням белков или высокой функциональности.
В статьях, посвященных детальному изучению заболеваний в семьях с наследственными нарушениями работы щитовидной железы с помощью молекулярно-генетических методов, приводятся данные о том, что функциональная активность белка
зависит от многих факторов. На сегодняшний день известно 15 терминальных (миссенс и нонсенс) мутаций в последовательности кодирующей МБ: -54С >Т, У59Б [53], С93Я [22], Ю24И [48], Д143-323, 0267Б [20], С272Х, Д287-288 [42], Т354Р [21], Д439-443 [37] 0395Я [22] гб515х, У531Х [49], С543Б [19]. Мутации распределены по всей длине гена и приводят к изменению его функциональной активности (Табл. 2, Рис. 4) [62].
Таблица 2. Мутации в гене N18.
Аминоки слотная замена/де леция Транс мембран ный сегмент Дефект Представленность на плазматической мембране (ПМ)
V59E 2 Нефункциональный белок N15 представлен на ПМ, но не активен
G93R 3 Нефункциональный белок
T354P 9 Нефункциональный белок
G395R 10 Нефункциональный белок
Q267E 7 Снижает функцию N15 N15 представлен на ПМ, но демонстрирует минимальную активность
V270E 4 Нет данных N15 дефектно представлен на мембране, но при этом активен
R124H 2 Незрелый; внутриклеточно сохраненный, функционально не активный N15 не представлен на мембране
А439-443 6 Внутриклеточно сохраненный/ локализован в цитоплазме
G543E 13 Незрелый; внутриклеточно сохраненный/ локализован в цитоплазме
S515X 12 Преждевременная остановка, усеченный белок МБ Нет данных
C272X 7 Преждевременная остановка, усеченный белок N15 Нет данных
Y531X 13 Делеция 67 н.п., сдвиг рамки считывания Нет данных
внеклеточный матрикс
ЛМ143-0323
Рис.4. Локализация мутаций NIS, ведущих к нарушению транспорта йодидов (выделены красным цветом) и аденоме щитовидной железы (выделена фиолетовым цветом).
В гене N15 обнаружена только одна соматическая мутация, ассоциированная с раком. Делеция в 6 экзоне гена N18 была выявлена у пациента с фолликулярной аденомой щитовидной железы [38] и вела к потере функциональной значимости N15 и снижению поглощения йодида.
В ретроспективном исследовании Могап и соавторов, выполненном на большой выборке методами иммуногистохимического анализа (ИГХ), оценивали возможные корреляции между экспрессией N15, клиническими особенностями и прогнозом заболевания в первичных опухолях щитовидной железы. В исследовании была выявлена связь возраста (> 45 лет) с более низкими значениями экспрессии N15. Основной вывод работы - анализ уровня экспрессии N15 в первичной опухоли не позволяет предсказать успех радиойодтерапии и прогноз течения заболевания [44]. Сходные результаты получены и в более поздних работах других авторов [65].
Так, в работе Tavares и соавторов, в поисках более информативного метода рассмотрены преимущества и ограничения анализа экспрессии мРНК и белка N15. Экспрессию мРНК изучали с помощью количественной ПЦР, экспрессию белка — с помощью ИГХ метода. Изучая большую выборку первичных карцином щитовидной железы, авторы искали возможные корреляции с клиническими и молекулярными особенностями, ответом на радиойодтерапию и прогнозом заболевания [65]. Учитывали: возраст, размер опухоли, мультифокальность, лимфоидную инфильтрацию, сосудистую инвазию, метастазы в лимфатические узлы, стадию опухоли, наличие мутаций в генах N^8, ТЕЯТ и БЯЛЕ, наличие отдаленного метастазирования, кумулятивную дозу
радиойодтерапии, безрецидивный период и выживаемость. Было показано, что экспрессия мРНК гена NIS примерно в 200 раз выше в нормальной ткани, чем в опухолевой, независимо от пола и возраста. Экспрессия NIS была значительно выше при небольших опухолях < 2 см. Никаких различий в экспрессии мРНК NIS в опухоли и смежной ткани не было выявлено. Отмечено статистически значимое уменьшение экспрессии NIS в случаях с отдаленным метастазированием и локо-регионарными рецидивами, показана взаимосвязь с наличием мутаций в генах NRAS, TERTp (в промоторе гена TERT) и BRAF. Более низкая экспрессия мРНК NIS в первичной опухоли щитовидной железы связана с высокой агрессивностью первичной опухоли, худшим прогнозом и плохой реакцией на терапию [65]. Исследование тех же образцов методом ИГХ с использованием двух дополнительных стратегий: усиление сигнала TSA (Tyramide Signal Amplification) и использование другого антитела к NIS (hNIS pAb 795), с иной специфичностью, не позволило выявить корреляции ни с одним из исследованных параметров. Исходя из полученных данных, авторы исследования полагают, что анализ экспрессии мРНК NIS гораздо более информативен, по сравнению с анализом экспрессии NIS методами ИГХ [65].
Влияние мутаций в генах RAS белков (NRAS и KRAS), TERT и BRAF на экспрессию
NIS
Хотя при карциноме щитовидной железы не были выявлены соматические мутации в гене NIS, мутации в других генах могут вести к снижению экспрессии натрий-йод симпортёра. Экспрессия мРНК NIS при карциноме щитовидной железы была значительно выше при отсутствии мутаций в генах NRAS, TERTp и BRAF [15].
Мутация V600E в гене BRAF при папиллярном РЩЖ коррелирует с агрессивными гистопатологическими параметрами рака, более низкой экспрессией мРНК и белка NIS [6], нарушениями ориентации белка на плазматической мембране, и как следствие, ведет к снижению поглощения радиоактивного йода и высокому риску рецидива [65]. Durante и соавторы сообщают, что уровни транскрипта NIS при наличии V600E мутации примерно в 5 раз ниже, чем у носителей гена BRAF дикого типа [26]. Мутация V600E в гене BRAF является основной причиной повышенного метилирования промотора NIS и ингибирует экспрессию NIS через регулирование ДНК- метилтрансферазы 1 (DNMT1) [15].
Меньше известно о воздействии мутаций в других генах (NRAS и TERTp) на уровень экспрессии мРНК NIS и наличие белка NIS на базолатеральной мембране.
TERT (обратная транскриптаза теломеразы); мутации в промоторной области гена TERT (TERTp) ассоциированы с более агрессивным фенотипом опухоли и смертностью от заболевания. Наличие мутаций TERTp являются факторами неблагоприятного прогноза
при высоко дифференцированной карциноме щитовидной железы [39]. Определение мутаций TERTp является диагностическим критерием при высоко дифференцированной карциноме щитовидной железы [39]. Большинство РЩЖ с мутацией TERTp содержали замены: -124 G>A, -146G>A и C>T [39,68].
Опухоли с мутациями только TERTp, только в гене BRAF, или одновременно в TERTp и BRAF показывали значительно более низкий уровень экспрессии мРНК NIS, чем опухоли без мутаций.
Одним из путей злокачественного перерождения клеток, является аномальная постоянная активация RAS белков. Наиболее частыми онкогенными мутациями гена KRAS являются точечные мутации в 12, 13 и 61 кодонах [24]. В группе опухолей щитовидной железы с мутациями в гене KRAS также отмечено снижение уровня экспрессии мРНК NIS, но в меньшей степени, чем в опухолях с мутациями в генах TERTp и BRAF [65].
В мутировавших карциномах щитовидной железы (NRAS, TERTp и BRAF) экспрессия мРНК NIS была значительно ниже и ассоциировалась с агрессивностью опухоли и ухудшением прогноза [65]. Экспрессия NIS при раке желудка
Экспрессия NIS снижается (или полностью отсутствует) при раке желудка, независимо от его гистологического типа, и при кишечной метаплазии желудка. В непосредственной близости от опухолей желудка наблюдается снижение экспрессии NIS, т. е., в гистологически интактной слизистой оболочке желудка экспрессия возрастает по мере удаления от опухоли [3]. Эти данные привели к предположению, что NIS может использоваться в качестве опухолевого маркера в диагностике и прогнозе при злокачественных новообразованиях желудка [3]. Farnedi и соавторы методами ИГХ сравнили уровни экспрессии NIS в образцах с различной патологией желудка и обнаружили закономерности, позволяющие рассматривать NIS в качестве потенциального маркера злокачественного процесса [28]. Экспрессия NIS при раке предстательной железы
У пациентов с аденокарциномой предстательной железы примерно в половине случаев выявляется экспрессия NIS как на уровне мРНК, так и на уровне белка [45]. Экспрессия NIS коррелирует с агрессивностью опухоли, баллами по шкале Глисона и патологической стадией, что позволяет предположить, что эти изменения являются результатом процесса дедифференцирования опухоли, происходящего на поздней стадии злокачественной трансформации. Lacoste и соавторы полагают возможным использовать
анализ экспрессии N18 в качестве биомаркера для определения пациентов с биологически активным раком простаты [35]. Экспрессия N15 при РМЖ
Экспрессия гена N18, обнаруженная в большинстве опухолей молочной железы, коррелирует со злокачественной трансформацией тканей [43,55,66,69]. В ряде исследований ИГХ методами была обнаружена экспрессия №5 в первичной и метастатической карциномах молочной железы (30-90%), с разными вариантами внутриклеточного распределения натрий-йод симпортёра (степенью внутриклеточного содержания белка и его количества, представленного на плазматической мембране) [7,55,64,70]. Так, у пациенток с инфильтрирующей протоковой карциномой была выявлена высокая экспрессия гена N18 как на транскрипционном, так и на трансляционном уровне и способность транспортировать йод в опухолевой ткани [67]. Damle и коллеги сообщили, что 50% образцов с инвазивной протоковой карциномой были положительными по экспрессии N18 и поглощению радиоактивного йода [17]. В исследовании, проведенном Wapnir и соавторами, было установлено, что белок N15 экспрессируется не только в карциномах молочной железы, но и в 80% фиброаденом [70]. Помимо ИГХ исследований, высокая экспрессия мРНК N18 была показана методом полимеразной цепной реакции в реальном времени (РТ-ПЦР). Oh и коллеги показали, что экспрессия гена N18 присутствовала примерно в одной трети тканей РМЖ, и не было обнаружено никакой связи между уровнями мРНК N18 и экспрессией гормональных рецепторов [47]. Уровни экспрессии N18 значительно выше в опухолевых клетках и фиброаденоме, чем в нормальной ткани [58]. Результаты исследований экспрессии и функции N15 при метастатическом РМЖ показали, что только в небольшом числе метастазов белок N15 расположен на базальной мембране и способен накапливать йод [54,69].
Молекулярные механизмы, ответственные за снижение мембранной локализации N15, могут быть разными в различных подтипах РМЖ [7]. Трижды негативный РМЖ определяется отсутствием экспрессии рецепторов эстрогенов (ЕЯ), рецепторов прогестерона (PR) и рецептора эпидермального фактора роста 2 (ИЕЯ2) . Пациенты с этим заболеванием имеют худший исход, чем пациенты с другими подтипами РМЖ, и его терапия на сегодняшний день представляет большую проблему. Показано, что экспрессия N15 выявлена примерно в 65% трижды негативного РМЖ, и большая его часть локализована на мембране [54], а не в цитоплазме. Это делает перспективной возможность использования радиойодтерапии при лечении трижды негативного РМЖ. Однако
относительно низкие значения уровня экспрессии NIS при РМЖ могут оказаться недостаточными для терапии радиоактивным йодом [7,43,55,69]. Использование NIS в качестве терапевтического гена
Экспрессия NIS и накопление радионуклидов в NIS-положительных опухолях не тиреоидного происхождения делает его крайне привлекательным в качестве терапевтического гена [43,55,69]. Однако низкое количество NIS на плазматических мембранах, а также предполагаемый быстрый выход радиоактивного йода, из-за отсутствия в клетках механизма органификации йода, в настоящее время служат серьезным препятствием для достижения терапевтического эффекта. Поэтому, для повышения эффективности поглощения NIS-опосредованных радионуклидов, в том числе короткоживущих изотопов, активно проводятся исследования, направленные на поиск и определение стратегий, увеличивающих экспрессию и мембранное таргетирование NIS при опухолях тканей не тиреоидного происхождения. Заключение
Резюмируя проведенные на данный момент исследования, можно говорить о прогностическом потенциале NIS для оценки агрессивности и радиойод-чувствительности опухолей щитовидной железы. Наиболее актуальным видится комплексное исследование молекулярных маркеров, в частности, мутации V600E в гене BRAF и экспрессии мРНК NIS, для внедрения их в клиническую практику.
Анализ экспрессии NIS может использоваться в качестве опухолевого маркера в диагностике и прогнозе злокачественных новообразований не тиреоидного происхождения.
Экспрессия NIS и накопление радионуклидов в NIS-положительных опухолях не тиреоидного происхождения также делает его крайне привлекательным в качестве терапевтического гена, однако, ввиду известных сложностей, необходимо активно изучить и разработать стратегии, увеличивающие экспрессию и мембранное таргетирование NIS. Список литературы
1. Семенов Д.Ю., Борискова М.Е., Фарафонова У.В., Грозов Р.В. Прогностическое значение экспрессии натрий-йодного симпортера для высокодифференцированного рака щитовидной железы. Клиническая и экспериментальная тиреоидология. 2015. Т. 11. № 1. С. 50-58.
2. Ahn B.C. Sodium Iodide Symporter for Nuclear Molecular Imaging and Gene Therapy: From Bedside to Bench and Back. Theranostics. 2012. V. 2. No. 4. P. 392-402.
3. Altorjay A., Dohan O., Szilagyi A., et al. Expression of the Na+/I" symporter (NIS) is markedly decreased or absent in gastric cancer and intestinal metaplastic mucosa of Barrett esophagus. BMC Cancer. 2007. V. 7:5.
4. Arturi F., Russo D., Giuffrida D., et al. Sodium-iodide symporter (NIS) gene expression in lymph-node metastases of papillary thyroid carcinomas. Eur J Endocrinol. 2000. V. 143. No. 5. P. 623-627.
5. Arturi F., Russo D., Schlumberger M., et al. Iodide symporter gene expression in human thyroid tumors. J Clin Endocrinol Metab. 1998. V. 83. No. 7. P. 2493-2496.
6. Bastos A.U., Oler G., Nozima B.H., et al. BRAF V600E and decreased NIS and TPO expression are associated with aggressiveness of a subgroup of papillary thyroid microcarcinoma. Eur J Endocrinol. 2015. V. 173. No. 4. P. 525-540.
7. Beyer S.J., Zhang X., Jimenez R.E., et al. Microarray analysis of genes associated with cell surface NIS protein levels in breast cancer. BMC Res Notes. 2011. V. 11. No. 4. P. 397.
8. Bidart J.M., Lacroix L., Evain-Brion D., et al. Expression of Na+/I- symporter and Pendred syndrome genes in trophoblast cells. J Clin Endocrinol Metab. 2000. V. 85. No. 11. P. 43674372.
9. Boron W.F., Boulpaep E.L. Medical Physiology: A Cellular and Molecular Approach. W.B. Saunders. 2003.
10. Bosch EH, van Doorne H, de Vries S. The lactoperoxidase system: The influence of iodide and the chemical and antimicrobial stability over the period of about 18 months. J Appl Microbiol. 2000. V. 89. No. 2. P. 215-224.
11. Brown-Grant K. Extrathyroidal iodide concentrating mechanisms. Physiol Rev. 1961. V. 41. No. 1. P. 189-213.
12. Bruno R., Giannasio P., Ronga G., et al. Sodium iodide symporter expression and radioiodine distribution in extrathyroidal tissues. J Endocrinol Invest. 2004. V. 27. No. 11. V. 1010-1014.
13. Burrow G.N., Fisher D.A., Larsen P.R. Maternal and fetal thyroid function. N Engl J Med. 1994. V. 331. No. 16. P. 1072-1078.
14. Cho J.Y., Leveille R., Kao R., et al. Hormonal regulation of radioiodide uptake activity and Na+/I- symporter expression in mammary glands. J Clin Endocrinol Metab. 2000. V. 85. No. 8. P. 2936-2943.
15. Choi Y.W., Kim H.J., Kim Y.H., et al. BRAF V600E inhibits sodium iodide symporter expression via regulation of DNA methyltransferase 1. Exp Mol Med. 2014. V. 46. P. e120.
16. Chung J.K. Sodium iodide symporter: its role in nuclear medicine. J Nucl Med Sep. 2002. V. 43. No. 9. P. 1188-1200.
17. Damle A.A., Narkar A.A., Badwe R.A. Radioiodide uptake and sodium iodide symporter expression in breast carcinoma. Indian J Exp Biol. 2011. V. 49. No. 6. P. 416-422.
18. Darrouzet Е., Lindentha., Marcellin D., et al. The sodium/iodide symporter: State of the art of its molecular characterization. Biochim Biophys Acta. 2014. V.1838. No. 1. Pt B. P. 244-253.
19. De la Vieja A., Ginter C.S., Carrasco N. Molecular analysis of a congenital iodide transport defect: G543E impairs maturation and trafficking of the Na+/I- symporter. Mol Endocrinol. 2005. V. 19. No. 11. P. 2847-2858.
20. De La Vieja A., Ginter C.S., Carrasco N. The Q267E mutation in the sodium/iodide symporter (NIS) causes congenital iodide transport defect (ITD) by decreasing the NIS turnover number. J Cell Sci. 2004. V. 117. (Pt. 5). P. 677-687.
21. De la Vieja A., ReedM.D., Ginter C.S., et al. Amino acid residues in transmembrane segment IX of the Na+/I- symporter play a role in its Na+ dependence and are critical for transport activity. J Biol Chem. 2007. V. 282. No. 35. P. 25290-25298.
22. Dohan O., Gavrielides M. V., Ginter C., et al. Na+/I- symporter activity requires a small and uncharged amino acid residue at position 395. Mol Endocrinol. 2002. V. 16. No. 8. P. 1893-1902.
23. Dohan O., De la Vieja A., Paroder V., et al. Review The sodium/iodide Symporter (NIS): characterization, regulation, and medical significance. Endocr Rev. 2003. V. 24. No. 1. P. 4877.
24. Downward J. Targeting RAS signalling pathways in cancer therapy. Nat Rev Cancer. 2003. V. 3. No. 1. P. 11-22.
25. Durante C., Haddy N., Baudin E., et al. Long-term outcome of 444 patients with distant metastases from papillary and follicular thyroid carcinoma: Benefits and limits of radioiodine therapy. J Clin Endocrinol Metab. 2006. V. 91. No. 8. P. 2892-2899.
26. Durante C., Puxeddu E., Ferretti E., et al. BRAF mutations in papillary thyroid carcinomas inhibit genes involved in iodine metabolism. J Clin Endocrinol Metab. 2007. V. 92. No. 7. P. 2840-2843.
27. Eskandari S., Loo D.D., Dai G., et al. Thyroid Na+/I- symporter. Mechanism, stoichiometry, and specificity. J Biol Chem. 1997. V. 272. No. 43. P. 27230-27238.
28. Farnedi A., Eusebi L.H., Poli F., FoschiniM.P. Immunohistochemical expression of the human sodium/iodide symporter distinguishes malignant from benign gastric lesions. Int J Surg Pathol. 2009. V. 17. No. 4. P. 327-334.
29. Filetti S. Sodium/iodide symporter: A key transport system in thyroid cancer cell metabolism. Eur J Endocrinol. 1999. V. 141. No. 5. P. 443-457.
30. Fragoso M.A., Fernandez V., Forteza R., et al. Transcellular thiocyanate transport by human airway epithelia. J Physiol. 2004. V. 561. (Pt. 1.) P. 183-194.
31. Huc-Brandt S., Marcellin D., Graslin F., et al. Characterisation of the purified human sodium/iodide symporter reveals that the protein is mainly present in a dimeric form and permits the detailed study of a native C-terminal fragment. Biochim Biophys Acta. 2010. V. 1808. No. 1. P. 65-77.
32. Josefsson M., Grunditz T., Ohlsson T., et al. Sodium/iodide-symporter: distribution in different mammals and role in entero-thyroid circulation of iodide. Acta Physiol Scand. 2002. V. 175. P. 129-137.
33. La Perle K.M., Kim D.C., HallN.C., et al. Modulation of sodium/iodide symporter expression in the salivary gland. Thyroid. 2013. V. 23. No. 8. P. 1029-1036.
34. De La Vieja A., Dohan O., Levy O., Carrasco N. Molecular analysis of the sodium/iodide symporter: impact on thyroid and extrathyroid pathophysiology. Physiol Rev. 2000. V. 80. No. 3. P. 1083-1105.
35. Lacoste C., Hervé J., Bou Nader M., et al. Iodide transporter NIS regulates cancer cell motility and invasiveness by interacting with the Rho guanine nucleotide exchange factor LARG. Cancer Res. 2012. V. 72. No. 21. P.5505-5515.
36. Lazar V., Bidart J.M., Caillou B., et al. Expression of the Na+/I- symporter gene in human thyroid tumors: a comparison study with other thyroid-specific genes. J Clin Endocrinol Metab. 1999. V. 84. N.o 9. P. 3228-3324.
37. Li W., Nicola J.P., AmzelL.M., Carrasco N. Asn 441 plays a key role in folding and function of the Na+/I- symporter (NIS). FASEB J. 2013. V. 27. No. 8. P. 3229-3238.
38. Liang J.A., Chen C.P., Huang S.J., et al. A novel loss-of-function deletion in sodium/iodide symporter gene in follicular thyroid adenoma. Cancer Lett. 2005. V. 230. No. 1. P. 65-71.
39. MeloM., daRocha A.G., Vinagre J., et al. TERT promoter mutations are a major indicator of poor outcome in differentiated thyroid carcinomas. J Clin Endocrinol Metab. 2014. V. 99. No. 5. P. E754-E765.
40. Micali S., Bulotta S., Puppin C., et al. Sodium iodide symporter (NIS) in extrathyroidal malignancies: focus on breast and urological cancer. BMC Cancer. 2014. V.14. P. 303.
41. Miller J.K., Swanson E.W., Spalding G.E. Iodine absorption, excretion, recycling, and tissue distribution in the dairy cow. J Dairy Sci. 1975. V. 58. No. 10. P. 1578-1593.
42. Montanelli L., Agretti P., Marco G. Congenital hypothyroidism and late-onset goiter: identification and characterization of a novel mutation in the sodium/iodide symporter of the proband and family members. Thyroid. 2009. V. 19. No. 12. P. 1419-1425.
43. Moon D.H., Lee S.J., ParkK.Y., et al. Correlation between 99mTc-pertechnetate uptakes and expression of human sodium iodide symporter in breast tumor tissues. Nucl Med Biol. 2001. V. 28. No. 7. P. 829-834.
44. Morari E.C., Marcello M.A., Guilhen A.C., et al. Use of sodium iodide symporter expression in differentiated thyroid carcinomas. Clin Endocrinol (Oxf). 2011. V. 75. No. 2. P. 247-254.
45. NavarraM., Micali S., Lepore S.M., et al. Expression of the sodium/iodide symporter in human prostate adenocarcinoma. Urology. 2010. V. 75. No. 4. P. 773-778.
46. Nicola J.P., Basquin C., Portulano C., et al. The Na+/I- symporter mediates active iodide uptake in the intestine. Am J Physiol Cell Physiol. 2009. V. 296. No. 4. P. C654-662.
47. Oh H.J., Chung J.K., Kang J.H., et al. The relationship between expression of the sodium/iodide symporter gene and the status of hormonal receptors in human breast cancer tissue. Cancer Res Treat. 2005. V. 37. No. 4. P. 247-250.
48. Paroder V., Nicola J.P., Ginter C.S., Carrasco N. The iodide transport defect-causing mutation R124H: a delta-amino group at position 124 is critical for maturation and trafficking of the Na+/r symporter (NIS). J Cell Sci . 2013. V. 126. (Pt 15). P. 3305-3313.
49. Pohlenz J., Rosenthal I.M., Weiss R.E., et al. Congenital hypothyroidism due to mutations in the sodium/iodide symporter: identification of a nonsense mutation producing a downstream cryptic 3' splice site. J Clin Invest. 1998. V. 101. No. 5. P. 1028.
50. Portulano C., Paroder-Belenitsky M., Carrasco N. The Na + /I - Symporter (NIS): Mechanism and Medical Impact. 2014. Endocr Rev. V. 35. No. 1. P. 106-149.
51. Pryma D.A., Mandel S.J. Radioiodine therapy for thyroid cancer in the era of risk stratification and alternative targeted therapies. J Nucl Med. 2014. V. 55. No. 9. P. 1485-1491.
52. Ravera S., Reyna-Neyra A., Ferrandino G., et al. The Sodium/Iodide Symporter (NIS): Molecular Physiology and Preclinical and Clinical Applications. Annu Rev Physiol. 2017. V. 79. P. 261-289.
53. Reed-Tsur M.D., De la Vieja A., Ginter C.S., et al. Molecular characterization of V59E NIS, a Na+/I- symporter (NIS) mutant that causes congenital I- transport defect (ITD). Endocrinology. 2008. V. 149. No. 6. P. 3077--084.
54. Renier C., Vogel H., Offor O., et al. Breast cancer brain metastases express the sodium iodide symporter. J Neurooncol. 2010. V. 96. No. 3. P. 331-336.
55. Renier C., Yao C., GorisM., et al. Endogenous NIS Expression in Triple-Negative Breast Cancers. Ann Surg Oncol. 2009. V. 16. No. 4. P. 962-968.
56. RingelM.D., Anderson J., Souza S.L., et al. Expression of the sodium iodide symporter and thyroglobulin genes are reduced in papillary thyroid cancer. Mod Pathol. 2001. V. 14. No. 4. P. 289-296.
57. Ronga G., Bruno R., Puxeddu E., et al. Radioiodine uptake in non-lactating mammary glands: evidence for a causative role of hyperprolactinemia. Thyroid. 2007. V. 17. No. 4. P. 363-366.
58. Ryan J., Curran C.E., Hennessy E., et al. The sodium iodide symporter (NIS) and potential regulators in normal, benign and malignant human breast tissue. 2011. PLoS One. V. 6No. 1:e16023.
59. Saito T., Endo T., Kawaguchi A., et al. Increased expression of the sodium/iodide symporter in papillary thyroid carcinomas. J Clin Invest. 1998. V. 101. No.7. P. 1296-1300.
60. Semba R.D., Delange F. Iodine in human milk: perspectives for infant health. Nutr Rev. 2001. V. 59. No. 8. (Pt 1). P. 269-278.
61. Spitzweg C., Dietz A.B., O'Connor M.K., Bergert E.R., et al. In vivo sodium iodide symporter gene therapy of prostate cancer. Gene Ther. 2001. V. 8. No. 20. P. 1524-1531.
62. Spitzweg C., Morris J.C. Sodium Iodide Symporter (NIS) and Thyroid. Hormones (Athens). 2002. V. 1. No. 1. P. 22-34.
63. StratfordA.L., Boelaert K., TannahillL.A., et al. Pituitary tumor transforming gene binding factor: a novel transforming gene in thyroid tumorigenesis. J Clin Endocrinol Metab. 2005. V. 90. No. 7. P. 4341-4349.
64. Tandon A., Shrivastava A., Kumar A., et al. Sodium iodide symporter, estrogen receptor, and progesterone receptor expression in carcinoma breast--an immunohistochemical analysis. Indian J Pathol Microbiol. 2011. V. 54. No. 4. P. 745-751.
65. Tavares C., Coelho M.J., Eloy C., et al. NIS expression in thyroid tumors, relation with prognosis clinicopathological and molecular features. Endocr Connect. 2018. V. 7. No. 1. P. 78-90.
66. Tazebay U.H., Wapnir I.L., Levy O., et al. The mammary gland iodide transporter is expressed during lactation and in breast cancer. Nat Med. 2000. V. 6. No. 8. P. 871-878.
67. Upadhyay G., Singh R., Agarwal G., et al. Functional expression of sodium iodide symporter (NIS) in human breast cancer tissue. Breast Cancer Res Treat. 2003. V. 77. No. 2. P. 157-165.
68. Vinagre J., Almeida A., Populo H., et al. Frequency of TERT promoter mutations in human cancers. Nat Commun. 2013. V. 4. P. 2185.
69. Wapnir I.L., GorisM., YuddA., et al. The Na+/I symporter mediates iodide uptake in breast cancer metastases and can be selectively down-regulated in the thyroid. Clin Cancer Res. 2004. V. 10. No. 13. P. 4294-4302.
70. Wapnir I.L., van de Rijn M., Nowels K., et al. Immunohistochemical profile of the sodium/iodide symporter in thyroid, breast, and other carcinomas using high density tissue microarrays and conventional sections. J Clin Endocrinol Metab. 2003. V. 88. No. 4. P. 18801888.
