CC BY
220
CV CV
ев
и ш u
X ш
и
Опухолевые стволовые клетки мультиформной
глиобластомы
З.Н. Никифорова1, И.А. Кудрявцев1, Н.Е. Арноцкая1, И.С. Брюховецкий2, 3, В.Е. Шевченко1
НИИ канцерогенеза ФГБУ «РОНЦ им. Н.Н. Блохина» Минздрава России; Россия, 115478, Москва, Каширское шоссе, 24; 2Школа биомедицины ФГАОУ ВПО «Дальневосточный федеральный университет»; Россия, 690091, Владивосток, ул. Суханова, 8; 3ФГБУН«Институт биологии моря им. А. В. Жирмунского» Дальневосточного отделения Российской академии наук;
Россия, 690059, Владивосток, ул. Пальчевского, 17
Контакты: Зоя Николаевна Никифорова [email protected]
Мультиформная глиобластома IV степени злокачественности по классификации Всемирной организации здравоохранения является наиболее распространенной первичной опухолью головного мозга с медианой выживаемости примерно 15—25мес после лечения. Опухоль после хирургического лечения часто рецидивирует и резистентна к химио- и лучевой терапии. Мультиформная глиобластома представляет собой высокодифференцированную гетерогенную клеточную популяцию, способную образовывать опухолевые стволовые клетки (ОСК), и подразделяется на 4 молекулярных подтипа: пронейральный, нейральный, классический и мезенхимальный. Несмотря на ряд успехов в изучении механизмов, приводящих к образованию наиболее злокачественных подтипов опухоли, не ясны. Цель работы — обобщение современных сведений о роли и биологических особенностях ОСК в опухолевой прогрессии и патогенезе мультиформной глиобластомы.
Способность ОСК к образованию ниш с клетками эндотелия и микроокружением объясняет их основные свойства: пластичность фенотипа, адгезию, выживание и резистентность к стандартному противоопухолевому лечению. Наличие аберрантных сигнальных путей (Notch, Hedgehog-Gli, Wnt/fi-катенин, TGF-fi/SMAD, PI3K/Akt/mTOR) как в самой опухоли, так и в популяции ОСК, дисрегуля-ция микроРНК(miR-21, miR-128, miR-326, miR-34a и др.), влияние эпителиально-мезенхимального перехода объясняют характерные биологические характеристики ОСК. При разработке препаратов, направленных против ОСК, нужно учитывать влияние проводимой терапии и на нормальные стволовые клетки. Найденные за последнее десятилетие регуляторные механизмы и маркеры могут служить основой для создания новых лекарственных препаратов таргетного действия при лечении мультиформных глиобластом.
Ключевые слова: мультиформная глиобластома, опухолевая стволовая клетка, маркер CD133+, Notch-сигнальный путь, Hedgehog-Gli-сигнальный путь, Wnt/в-катенин-сигнальный путь, TGF-fi/SMAD-сигнальный путь, эпителиально-мезенхимальный переход, микроРНК
DOI: 10.17650/2313-805X-2016-3-2-26—33
Tumor stem cells from glioblastoma multiforme
Z.N. Nikiforova1, I.A. Kudryavtsev1, N.E. Arnotskaya1, I.S. Bryukhovetskiy2,3, V.E. Shevchenko'
Research Institute of Carcinogenesis, N.N. Blokhin Russian Cancer Research Center, Ministry of Health of Russia;
24 Kashirskoe Shosse, Moscow, 115478, Russia; 2Biomedicine School, Far Eastern Federal University; 8 Sukhanova St., Vladivostok, 690091, Russia; 3A.V. Zhirmunskiy Institute of Sea Biology, Far Eastern Brach, Russian Academy of Sciences; 17Pal'chevskogo St., Vladivostok, 690059, Russia
Glioblastoma multiforme, a World Health Organization grade IV malignant glioma, is the most common and lethal primary brain tumor with the median survival of approximately 15—25months after treatment. Glioblastoma multiforme has been shown to be resistant to radiotherapy and chemotherapy and invariably recurs following surgical resection and chemoradiation. The characteristics of this tumor are exemplified by heterogeneous cell population with diverse biologic properties and genetic changes, the ability to form cancer stem cells (CSC) and divided into four molecular subtypes — proneural, neural, classical and mesenchymal. Despite some success, the mechanisms leading to the formation of the most malignant tumor subtype are unclear. The aim of this review was a synthesis of modern information about the role and biological characteristics of tumor stem cells in tumor progression and the pathogenesis of glioblastoma multiforme. CSCs reside in niches, which are anatomically distinct regions within the tumor microenvironment. These niches maintain the principle properties of CSCs, preserve their phenotypic plasticity, adhesion, survival, resistance to standard cancer treatment and metastatic potential. The presence of aberrant signaling pathways (Notch, Hedgehog-Gli, Wnt/P-catenin, TGF-fi/SMAD, PI3K/Akt/mTOR), both in the tumor and in the population of CSC, the dysregulation of microRNAs (miR-21, miR-128, miR-326, miR-34a), influence of epithelial-to-mesenchymal transition explains the availability of typical biological characteristics of the CSC. One needs to consider the influence of the therapy on normal stem cells in the development of drugs directed against the CSC. Regulatory mechanisms and markers found over the last decade can be used as the basis for creation of the new drugs with targeted action in the treatment of glioblastoma multiforme.
Key words: glioblastoma multiforme, cancer stem cell, CD 133+ marker, Notch-signaling pathway, Hedgehog-Gli-signaling pathway, Wnt/ в-catenin-signalingpathway, TGF-P/SMAD-signalingpathway, epithelial — mesenchymal transition, microRNA
Введение
Наиболее распространенная и злокачественная первичная опухоль центральной нервной системы — мультиформная глиобластома, или астроцитома, IV степени злокачественности по классификации Всемирной организации здравоохранения [1]. Мультиформная глиобластома является одной из первых патологий, чей геномный профиль был отражен в проекте TCGA (The Cancer Genome Atlas), она характеризуется гетерогенной клеточной популяцией с различными биологическими свойствами и генетическими изменениями [2, 3]. Выделяют 4 молекулярных подтипа глиобластом: пронейральный, нейральный, классический и мезен-химальный [1, 3]. Данная опухоль представляет собой гетерогенную клеточную популяцию с различными биологическими свойствами и генетическими изменениями [2]. В настоящее время, несмотря на прогресс в терапии (химио-, лучевая терапия), прогноз для больных глиобластомой — один из самых неблагоприятных в онкологии [3, 4]. Резистентность к противоопухолевому лечению связывают с 1—5 % популяцией клеток, которые называют опухолевые стволовые клетки (ОСК) [1, 4]. Впервые ОСК были обнаружены при остром миелоидном лейкозе. Затем они были выявлены при раке молочной железы и центральной нервной системы. Нейральные стволовые и нейральные прогени-торные клетки головного мозга человека рассматриваются большинством исследователей как наиболее вероятный источник возникновения злокачественных глиом [5].
В организме стволовые клетки обнаруживают в нишах, представляющих собой анатомическую субъединицу тканевого компартмента [6]. ОСК активно взаимодействуют с микроокружением ниши, интакт-ными структурами головного мозга и используют их в глиомогенезе. В нишах ОСК подвергаются диффе-ренцировке и образуют гетерогенную популяцию опухолевых клеток. Это объясняет существование популяции клеток с различным опухолевым потенциалом. В нишах обеспечивается самоподдержание и длительное пребывание ОСК в состоянии покоя. Взаимодействие клеток эндотелия и ОСК в нишах обеспечивают сигнальные пути (Notch), факторы роста (VEGF) и микроРНК [7].
Таким образом, ОСК имеют ряд особенностей, понимание которых может иметь большое значение для совершенствования подходов при создании инновационных технологий противоопухолевой терапии злокачественных глиом [8]. Хотя ОСК проходят такие же пути пролиферации и дифференцировки, как и нормальные стволовые клетки, они участвуют в стимуляции канцерогенеза: появляется все больше доказательств того, что они способствуют прогрессии [9] и метастазированию опухоли [10]. Эти клетки вызывают развитие опухоли у иммунокомпрометированных мышей и дифференцируются в клетки, образующие опухоль [11, 12]. ОСК обладают высокой способно-
стью к инвазии, стимулируют образование кровеносных сосудов как внутри опухолевого очага, так и по периферии, выделяют факторы подвижности клеток [6, 13, 14], а также характеризуются наличием резистентности к химио- и радиотерапии из-за гиперэкспрессии генов множественной лекарственной устойчивости.
Молекулярные маркеры опухолевых стволовых клеток мультиформной глиобластомы
ОСК выявляют по способности экспрессировать CD133 — белок клеточной поверхности 120 кДа — известный как проминин 1, который также является маркером нейральных стволовых клеток человека [15, 16]. Помимо CD133 на своей поверхности ОСК экс-прессируют CD15, A2B5, молекулы адгезии L1CAM [16], нестин, подопланин (PDPN) и интегрин альфа 6 (CD49f) [17] (табл. 1). В процессах миграции, инвазии и индукции роста опухоли активное участие принимают металлопротеиназы ММР-2 и МТ-1ММР, экспрес-сирующиеся ОСК глиобластомы.
Нормальная стволовая клетка может трансформироваться в ОСК через нарушение путей пролиферации и дифференцировки, контролирующих ее. В патогенез мультиформной глиобластомы вовлечены гены (PTEN, EGFR, p53, CDK4, CDKN2A/B, MDM2, MDM4, PTEN, PDGFR, PDGFRA, GLI1, NF1, RB1, KIT, PI3K, PIK3C2B), регулирующие пролиферацию, апоптоз, клеточный цикл (см. табл. 1) [1, 2]. Один из важнейших онко-супрессоров PTEN активно вовлечен в процессы ней-рогенеза в мозге взрослого человека [24]. Мутантный белок р53 в стволовых клетках мультиформной глиобластомы аналогичен таковому в нейральных стволовых и прогениторных клетках [25]. Изменения в сигнальном пути р53 включают мутации и делеции из р53, гомозиготную делецию CDKN2A и амплификации MDM2 и MDM4 [1, 26].
Описана комплексная роль генов р53 и PTEN в процессах обновления и дифференцировки в нормальных нейральных и неопластических стволовых клетках [27, 28]. Регуляторы взрослого нейрогенеза SOX2 и SOX21 играют ключевую роль в пролиферации неопластических клеток, одновременно их инактивация останавливает рост глиомы in vivo [16, 29, 30].
Идентифицированы новые онкогены, участвующие в патогенезе глиобластом, включая AGAP2/CENTG, которые являются активаторами PDK/AKT/mTOR-сиг-нального пути [26].
Роль эпителиально-мезенхимального перехода в патогенезе мультиформной глиобластомы
Накапливается все больше доказательств того, что приобретение фенотипа стволовых клеток тесно связано с изменениями, происходящими при эпителиаль-но-мезенхимальном переходе (ЭМП) [31—38]. При ме-зенхимальном подтипе мультиформной глиобластомы, как правило, экспрессируются маркеры стволовых
CV CV
CS
и ш U
ж ш
и
Таблица 1. Маркеры стволовых клеток при мультиформной глиобластоме [по 1, 17—23]
CV CV
ев
Маркер
Тип
Связь с канцерогенезом
и ш u
X ш
и
CD133 Гликопротеин Ассоциирован с более агрессивными типами опухоли
L1CAM (CD171) Маркер клеточной адгезии Необходим для поддержания роста и выживания 00133+ ОСК
CD44 Маркер клеточной поверхности Ассоциирован с более агрессивными типами опухоли, локализуется вместе с Ы1 в нишах эндотелиальных стволовых клетках
CD34 Мембранный белок, маркер межклеточной адгезии Идентифицирован в митотически активных клетках большинства видов глиом 0034, опосредует связывание стволовых клеток с внеклеточным матриксом костного мозга или напрямую со стромальными клетками
A2B5 Гликозид клеточной поверхности Противоречивые данные о связи с более агрессивными типами глиобластомы
ID1 Фактор транскрипции Участие в самообновлении опухолевых стволовых клеток
CD15 (aka-SSEA-1 или LeX) Белок клеточной поверхности Маркер стволовых клеток в опухолях негативных по 00133
Нестин Белок клеточной поверхности Служит важным идентификатором всех типов стволовых клеток
Nanog Фактор транскрипции Модуляция сферообразования, контроль пролиферации, инвазии
Oct4 Фактор транскрипции Инвазия
SOX2 Фактор транскрипции Один из маркеров пронейрального субтипа глиобластом. Образование нейросфер, инвазия
Фактор роста эндотелия сосудов (VEGF) Фактор роста Ангиогенез, канцерогенез. Экспрессия увеличивается в условиях гипоксии через активацию ШР-пути. Неблагоприятный прогноз у пациентов
stromal-derived factor-1 (SDF1) Хемокин Обусловливает фенотип глиобластомы с инвазивными свойствами, стимуляция ангиогенеза в преваскулярных нишах. Пролиферации через паракриные системы. Образуется в условиях гипоксии при активации Р13К/Ак1- и ЕКК1/2-сигнальных путей
Интегрин альфа 6 (CD49f) Гликопротеин из надсемейства интегринов Формирование межклеточных связей, маркер преваскулярных ниш, участвует в прогрессии заболевания
Подопланин (PDPN) Трансмембранный гликопротеин Инвазия
Интегрин 6 Трансмембранный рецептор Регуляция самообновления, пролиферации и образования опухоли при взаимодействии с внеклеточным матриксом
клеток, связанные с агрессивным фенотипом опухоли (CD44) [31]. По сравнению с пронейральным, мезен-химальный подтип заболевания характеризуется неблагоприятным прогнозом и формированием резистентности к стандартной химиолучевой терапии. Подробно описано, что ЭМП играет важную роль в преобразовании как нормальных, так и опухолевых эпителиальных клеток в производные с фенотипом наподобие мезенхимальному [35]. В результате ЭМП клетки приобретает свойства, присущие низкодиффе-ренцированным опухолям, включая подвижность, способность к инвазии и повышение устойчивости к апоптозу, связанные с метастазированием и прогрес-сированием опухоли [36]. ЭМП регулируется факторами транскрипции SNAIL, TWIST и ZEB, дисрегуляция которых связана с опухолевой инвазией и плохим клинических прогнозом при мультиформной глиобласто-ме (табл. 2) [25, 31, 34, 39]. SNAIL, TWIST и ZEB подав-
ляют экспрессию Е-кадгерина, замещая его маркерами мезенхимального фенотипа (N-кадгерин, виментин). Таким образом, экспрессия маркеров мезенхимального фенотипа мультиформной глиобластомы связана с наиболее негативным прогнозом у пациентов и развитием резистентности к стандартной терапии [31].
Нейральные стволовые клетки и ОСК используют для поддержания и выживания одни и те же сигнальные пути: Notch, Hedgehog-Gli, Wnt/p-катенин, TGF-p/SMAD, PI3K/Akt/mTOR, MAPK и STAT3, которые взаимосвязаны между собой и могут способствовать развитию лекарственной резистентности и рецидивирова-нию мультиформной глиобластомы. Важную роль в этом процессе играет трансформирующий фактор роста pi (TGF-pi) — один из основных регуляторов 3-го типа (инвазивного) ЭМП [37]. Известно, что TGF-pi активирует сигнальные пути, участвующие в ЭМП, в частности сигнальный путь TGF-p/SMAD [38].
Таблица 2. Молекулярные маркеры эпителиально-мезенхимального перехода, участвующие в патогенезе мультиформной глиобластомы [по 25, 31, 34, 39]
Ген, фактор транскрипции, белок эпителиально-мезенхимального перехода Функция Роль в патогенезе мультиформной глиобластомы
TWIST Фактор, ускоряющий ЭМП Усиление инвазии
CD29, CD44, CD90, CD105 М8С-белки Сверхэкспрессия в клеточных линиях глиобластом
YKL-40, TNC, остеонектин STAT3 Регуляция ЭМП Инфильтрация и опухолевый рост
TAGLN2, IGFBP2, IGFBP3, POSTN, TNC, TGF-ß1 Маркеры ЭМП при раке молочной железы Предикторы прогноза заболевания
SNAI1 Промоция ЭМП Высоко экспрессирован при глиомах. При прогрессировании заболевания экспрессия увеличивается. Пролиферация клеток и инфильтрирующий рост опухоли
SIP1 Индуктор ЭМП Инвазия, образование клонов
ОХСЯ4 М8С-маркер Усиление миграции. Влияет на экспрессию маркеров ЭМП
ZEB2 Фактор транскрипции Экспрессия повышена, корреляция с гистологической градацией глиобластомы
CV CV
CS
и ш U
Сигнальный путь TGF-p/SMAD, включающий 8 факторов транскрипции, вовлечен в развитие и прогрес-сирование опухолей головного мозга [40]. Основной регулятор инвазивной фазы ЭМП TGF-pi связывается с рецепторами I и II типа, которые, в свою очередь, фосфорилируют рецептор-регулируемые сигнальные белки SMAD (r-SMADs), SMAD2 и SMAD3 [41], соединяющиеся со SMAD4. Такой комплекс белков транслоцируется в ядро клетки [41], где они регулируют экспрессию специфичных генов через связывание участков промоторов. Известно, что SMAD2 является медиатором клеточного сигнала от TGF-P и регулирует множество клеточных процессов (клеточная пролиферация, апоптоз, дифференциация клеток).
Исследования последних лет подтверждают ключевую роль TGF-pi как фактора роста ОСК глиоблас-том [37, 42]. Экспрессия этого белка в злокачественных глиомах увеличена [40]. Предполагается, что TGF-pi обеспечивает сигналинг в нишах ОСК. TGF-pi-рецеп-торы локализованы в межклеточных контактах и усиливают синтез белков межклеточного матрикса [40]. Под действием секретируемого TGF-pi ОСК образуют ниши с клетками эндотелия через SDF-i/CXCR4-зависимый путь [2i, 29], а также дифференцируются в клетки, напоминающие перициты и, обеспечивающие периваскулярную нишу питанием [7].
TGF-pi влияет на свойства ОСК через 2 независимых пути: TGF-P—LIF, через который уменьшается экспрессия Е-кадгерина, и TGF-P—SOX4—SOX2. Известно, что TGF-pi оказывает влияние на таргетные гены через SMAD-независимые пути, такие как RAS, MAPK, PI3K, Noteh, Wnt.
Также известно, что TGF-pi индуцирует ЭМП, миграцию клеток и метастазирование. Ингибиторы TGF-pi влияют на образование сфер глиобластомы в условиях in vitro и на размеры опухоли в условиях in vivo, воздей-
ствуют на количественный состав популяции клеток, положительных по нестину и CD133+ [40].
Сигнальный путь Notch хорошо известен как регулятор специфической дифференцировки, пролиферации, жизнеспособности и миграционной активности клеток. Его роль в контроле пролиферации и диффе-ренцировки стволовых клеток продемонстрирована для нескольких типов клеток, включая гемопоэтиче-ские и нейральные стволовые клетки. Трансмембранные белки Notch-зависимого пути действуют в опухолях как онкогены. Аберрантная активация сигнального пути Notch была обнаружена и при глиобластоме [15]. Показана связь ОСК с сигнальным путем Notch: инги-бирование этого каскада белков приводило к снижению образования нейросфер [43]. Кроме того, сверхэкспрессия Notch в мышиной модели K-ras-индуцирован-ной глиобластомы приводила к увеличению уровня нестина, а также вызывала образование опухоли в суб-эпендимальной зоне головного мозга. Сигнальный путь связан с резистентностью ОСК при радиационной терапии [44].
X. Fan и соавт. показали, что блокирование этого сигнального пути ингибитором у-секретазы снижает количество CD133+ ОСК мультиформной глиобластомы [45]. Ингибиторы у-секретазы проходят 1-е этапы клинических испытаний. DNER (Delta/Notch-like epidermal growth factor-related receptor) и DLL4 (Notch ligand Delta-like 4) также вовлечены в регуляцию опухолевого роста глиобластом. Терапия, направленная на подавление экспрессии DLL4, показала положи -тельный эффект, но продолжительное ингибирование DLL4 вызывает рост опухоли. Регуляторы сигналинга ID4 (ингибитор дифференциации 4) и CXCR4 задействованы в сигнальном пути Notch при патогенезе опухолей головного мозга. Тем не менее их роль в ОСК глиобластомы до конца не ясна [37].
х ш
и
CV CV
CS
и ш U
X ш
и
Сигнальный путь Wnt — внутриклеточный сигнальный путь, регулирующий эмбриогенез, дифференци-ровку клеток и развитие злокачественных опухолей. Через этот сигнальный путь регулируется самообновление стволовых клеток и индукция ЭМП опухолевых клеток. Сверхэкспрессия лигандов Wnt или супрессия эндогенных ингибиторов Wnt наблюдается при многих типах рака человека, в том числе при раке толстой кишки, молочной железы, глиобластоме; в последнем случае — связана с активацией ЭМП [46]. Активация сигнального пути Wnt инициируется связыванием ли-гандов Wnt (обычно Wntl или Wnt3a) с рецепторами клеточной поверхности, состоящих из Frizzled (Fzd), LDL и рецепторсвязанных белков LRP5 или LRP6.
Активация Wnt приводит к ингибированию GSK-3b, стабилизации и транслокации в ядро ß-катенина, который образует комплекс с факторами транскрипции TCF/LEF и регулирует транскрипцию генов-мишеней Wnt [47]. Переход ß-катенина в ядро приводит к снижению экспрессии Е-кадгерина и сопровождается прогрессированием опухолевого заболевания под влиянием метастазов, что связано с приобретением опухолью мезенхимального фенотипа при многих солидных новообразованиях [35, 48]. Большинство мультиформ-ных глиобластом не экспрессируют Е-кадгерин, тем не менее при инвазивных формах ß-катенин находят в ядре. Известно, что ß-катенин предложен в качестве прогностического маркера при глиобластоме и астро-цитомах, так как уровни его матричной РНК (мРНК) и белка были увеличены и коррелируют со степенью злокачественности [35].
Активированный ß-катенин участвует в канцерогенезе и приводит к усиленному самообновлению стволовых клеток и пролиферации. Несколько прото-онкогенов способствуют росту глиобластомы и увеличению популяции ОСК через активацию TCF-4, компонента сигнального пути Wnt. В качестве регуляторов сигнального пути Wnt исследуют ингибиторы его компонентов и их рецепторов. Инициацию сигналинга Wnt предотвращают DKK1—4 и WIF1 за счет нарушения взаимодействия лигандов Wnt и Fzd-рецепторов и корецепторов LRP5—6. Обработка клеток глиоблас-томы белком secreted frizzled-related protein 4 (sFRP4) модулирует ЭМП через сигнальный путь Wnt/ß-ка-тенин и активирует уровни экспрессии SNAIL, способствуя приобретению мезенхимального фенотипа при глиобластомах [46]. GSK-3b регулирует стабильность и активность ß-катенина и других факторов транскрипции, связанных с ЭМП, таких как SNAIL1 [49]. Этот сигнальный путь также вовлечен в формирование резистентности при терапии глиобластомы. Результаты последних исследований могут использоваться для разработки новых подходов при химиотера-певтическом лечении мультиформной глиобластомы.
Сигнальный путь Sonic Hedgehog (SHH) включает в себя семейство секретируемых белков, играющих ключевую роль в морфогенезе органов и тканей. Hed-
gehog-сигнальный путь регулирует тканевую полярность и популяцию стволовых клеток [39]. Транскрипционные факторы ОН, которые регулируются БЫЫ, берут свое название от глиом, где они обычно экспрес-сируются. В мозге БЫЫ-сигналинг отвечает за поддержание ниш для нейральных стволовых клеток в нейро-генных областях. ОН оказывают активное влияние на процессы химиорезистентности. На моделях мышей была показана корреляция активности ОН с градацией мультиформных глиобластом [29]. Несколько научных групп исследовали роль Hedgehog-Gli в регуляции сиг-налинга ОСК и обнаружили, что этот сигнальный путь регулирует самообновление и образование ОСК в опухоли [16, 17, 29]. Между сигнальными путями БЫЫ и существует взаимосвязь. Они оба обычно гиперактивируются в опухолях и поддерживают опухолевый рост, участвуют в корегуляции нейральных стволовых клеток. Факторы транскрипции ОН участвуют в регуляции ЭМП через гены SNAП, ШЫ, 1ЕБ2, ШШ2 [50] и ЕОХС2. ОН1 способствует передаче р-катенина в ядро через SNAIL1 и Е-кадгерин [51].
В настоящее время доступны фармакологические ингибиторы БЫЫ-пути, такие как циклопамин и его растворимый аналог. Циклопамин подавляет пролиферацию и клоногенную способность клеток глиобла-томы, что приводит к снижению экспрессии транскрипционных факторов Nanog, SOX2 и Ос?4. Кроме того, лечение циклопамином улучшает эффективность лучевой терапии [39]. Таким образом, ингибиторы БЫЫ-сигнального пути могут улучшать эффективность традиционной терапии мультиформной глиобластомы. Тем не менее необходимо оценивать влияние этих ингибиторов на нормальные стволовые клетки. В клинических исследованиях с Hedgehog-ингибитором GDC-0449 [52] были получены хорошие результаты с низкой токсичностью у больных медуллобластомой головного мозга.
Регуляторные функции микроРНК
МикроРНК представляют собой класс некодиру-ющих РНК, состоящих из 22 нуклеотидов и играющих важную роль в регуляции генов-мишеней. Согласно современным представлениям количество микроРНК составляет ~1 % от генома высших эукариот и регулирует 10-30 % генов [53-63].
МикроРНК обусловливают процессы пролиферации, миграции, инвазии различных типов опухолей, включая мультиформную глиобластому [54]. На данный момент известно о 95 микроРНК с пониженной и о 255 с повышенной экспрессией при множественной глиобластоме [55]. В других исследованиях выявлены 43 аберрантных микроРНК (miR-21, miR-128, miR-326, miR-34a), экспрессирующихся в глиомах и связанных с пролиферацией, инвазией ОСК глиобластом [55-63]. Так, при гиперэкспрессии miR-128 поддерживается образование нейросфер в культуре клеток [56].
Известно, что микроРНК осуществляют регуляцию трансляционной эффективности мРНК или скорости деградации мРНК за счет комплементарного связывания с мишенью. МикроРНК влияют напрямую на онкогенез или через сигнальные пути Notch (miR-146a) и TGF-p/SMAD (miR-18a, miR-21, miR-451), через которые модулируется миграция, пролиферация, инвазия и ответ на химиотерапевтическое лечение при мультиформной глиобластоме. Кроме того, микроРНК влияют на экспрессию эпидермального и тромбоци-тарного факторов роста (PDGF, EGFR) и PTEN, которые вовлечены в патогенез глиобластомы.
Экспрессия онкогенной miR-21 при мультиформной глиобластоме повышена. Ее регуляция связана с сигнальными путями TGF-p/SMAD и p53. На моделях клеточных линий показано ее негативное влияние на экспрессию опухолевых супрессоров, включая p53, Bax, DAXX, APAF1, p21, TAp63 и TGFBR2 [55]. Она регулирует экспрессию ММР-2, коэкспрессируется с SOX2, способствуя инвазии и ангиогенезу, ее высокие уровни связаны с плохой выживаемостью пациентов. [31]. Аналогичным образом при избыточной экспрессии miR-21 наблюдали снижение маркеров нейраль-ных стволовых клеток — нестина, TUJ1 — и повышение экспрессии маркера астроцитов GFAP. Показана роль miR-21 в поддержании стволовости клеток [57]. Подавление miR-21 приводит к заметному увеличению экспрессии PTEN. Кроме того, трансфекция с антисмысловой miR-21 приводит к значительному повышению чувствительности клеточных линий U-251, U87MG к радиационной и химиотерапии [58].
В ОСК онкогенные miR-221/222 гиперэкспресси-рованы, что ассоциируется с активацией факторов транскрипции NF-kB и c-Jun. Их гиперэкспрессия вызывает снижение образования коннексина 43 (GJA1), основного компонента щелевых контактов, что влияет на пролиферацию и инвазию. И наоборот, ингибиро-вание miR-221/222 усиливает экспрессию нестина [57].
Восстановление функционирования miR-153 в ОСК глиобластомы приводит к дифференцировке ОСК.
Опухолевые супрессоры, такие как miR-7, miR-23b, miR-34a, miR-101, miR-124a, miR-137, miR-146b, miR-195, miR-302/367 и miR-410, предотвращают инвазию и пролиферацию ОСК при глиобластоме [31]. Амплификация EGFR и делеция miR-34 связаны с укороченным
периодом продолжительности жизни у больных мультиформной глиобластомой [59]. Трансфекция miR-34a в ОСК приводит к снижению пролиферации и выживаемости клеток, миграции, а также к уменьшению экспрессии CD133 и нестина [60, 61]; miR-137 также ингибирует самообновление и дифференцировку ОСК глиобластомы через снижение уровней Oct4, Nanog и SOX2 [62]. Гиперэкспрессия miR-128а, miR-504, miR-124а и miR-184 коррелирует с уменьшением мезенхималь-ных маркеров при множественной глиобластоме, что влияет на более благоприятный прогноз у пациентов [63].
Эти данные подчеркивают особую роль микроРНК в патогенезе мультиформной глиобластомы, а также их прогностическое значение. Большое значение имеет разработка диагностических наборов известных аберрантных микроРНК в диагностике мультиформ-ной глиобластомы.
Заключение
В настоящее время большое значение в патогенезе мультиформной глиобластомы придают ОСК. Их способность к самоподдержанию, адгезии, выживанию, резистентности к стандартному противоопухолевому лечению зачастую обусловлена возможностью образовывать и поддерживать ниши с характерным микроокружением и васкуляризацией. Измененные сигнальные пути (Notch, Hedgehog-Gli, Wnt/p-катенин, TGF-Р/ SMAD, PI3K/Akt/mTOR) и экспрессия молекулярных маркеров (CD49f, SDF1, VEGF, CD44, CD34) направлены на поддержание существования ниш ОСК мульти-формной глиобластомы. Большое значение приобретает разработка более эффективных методов лечения для преодоления химио- и лучевой резистентности ингибиторами сигнальных путей, а также модуляцией микроРНК. Ингибиторы у-секретазы и SHH-сигналь-ного пути (циклопамин, GDC-0449) исследованы и в настоящее время проходят 1-е этапы клинических испытаний. Важно отметить, что при разработке препаратов, направленных против ОСК, нужно учитывать влияние проводимой терапии на нормальные стволовые клетки. Дальнейшие исследования необходимы для улучшения понимания роли ОСК в опухолеобра-зовании и для разработки новых подходов к терапии мультиформной глиобластомы с участием препаратов, направленных против ОСК.
CV CV
ев
и ш u
X ш
и
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
1. Jhanwar-Uniyal M., Labagnara M., Friedman M. et al. Glioblastoma: molecular pathways, stem cells and therapeutic targets. Cancers (Basel) 2015;7(2):538-55.
2. Morokoff A., Ng W., Gogos A.,
Kaye A.H. Molecular subtypes, stem cells
and heterogeneity: Implications for personalised therapy in glioma. J Clin Neurosci 2015;22(8):1219—26. 3. Wang X., Venugopal C., Singh S.K. Cancer stem cells in brain cancer. In: Cancer stem cells in solid tumors. Ed. by Alison L. Allan.
Springer Science, Business Media, 2011. Pp. 37-57. P. 465.
4. Inda M.M., Bonavia R., Seoane J. Glioblastoma multiforme: a look inside its heterogeneous nature. Cancers (Basel) 2014;6(1):226-39.
CV CV
CS
и ш U
X ш
и
5. Singh S.K., Hawkins C., Clarke I.D. et al. Identification of humanbrain tumour initiating cells. Nature 2004;432(7015): 396-401.
6. Reya T., Morrison S.J., Clarke M.F., Weissman I.L. Stem cells, cancer, and cancer stem cells. Nature 2001;414(6859):105—11.
7. Safa A.R., Saadatzadeh M.R. Cohen-Gadol A.A. et al. Emerging targets for glioblastoma stem cell therapy. J Biomed Res 2016;30(1):19—31.
8. Брюховецкий И.С., Брюховецкий А.С., Кумейко В. В. и др. Стволовые клетки
в канцерогенезе мультиформной глио-бластомы. Клеточная трансплантология и тканевая инженерия 2013;8(2):13—9. [Bryukhovetskiy I.S., Bryukhovetskiy А. S, Kumeyko V.V. et al. Stem cells in the cancerogenesis of the multiform glioblastoma. Kletochnaya transplantologiya i tkanevaya inzheneriya = Cell Trans-plantology and Tissue Engineering 2013;8(2):13—9. (In Russ.)].
9. Dalerba P., Cho R.W., Clarke M.F. Cancer stem cells: models and concepts. Ann Rev Med 2007;58:267-84.
10. Wicha M.S. Cancer stem cells and metastasis: lethal seeds. Clin Cancer Res 2006;12(19):5606-7.
11. Jordan C.T., Guzman M.L., Noble M. Cancer stem cells. N Engl J Med 2006;355(12):1253-61.
12. Clarke M.F., Dick J.E., Dirks P.B. et al. Cancer stem cells - perspectives on current status and future directions: AACR Workshop on cancer stem cells. Cancer Res 2006;66(19):9339-44.
13. Safa A.R., Saadatzadeh M.R., Cohen-Gadol A.A. et al. Glioblastoma stem cells (GSCs) epigenetic plasticity and interconversion between differentiated non-GSCs and GSCs. Genes Dis 2015;2(2):152-63.
14. Clevers H. The cancer stem cell: premises, promises and challenges. Nat Med 2011;17(3):313-9.
15. Vescovi A.L., Galli R., Reynolds B.A. Brain tumour stem cells. Nat Rev Cancer 2006;6(6):425-36.
16. Huang Z., Cheng L., Guryanova O.A. et al. Cancer stem cells in glioblastoma — molecular signaling and therapeutic targeting. Protein Cell 2010;1(7):638—55.
17. Candace A. Gilbert, Alonzo H. Ross. Glioma stem cells: cell culture, markers and targets for new combination therapies.
In: Cancer stem cells theories and practice. Ed. by S. Shostak. 2011. P. 80.
18. Kalkan R. Glioblastoma stem cells
as a new therapeutic target for glioblastoma. Clin Med Insights Oncol 2015;9: 95—103.
19. Zbinden M., Duquet A., Lorente-Trigos A. et al. Nanog regulates glioma stem cells and is essential in vivo acting in a cross-functional network with GLI1 and p53. EMBO J 2010;29(15):2659—74.
20. Wang S.C., Hong J.H., Hsueh C., Chiang C.S. Tumor-secreted SDF-1
promotes glioma invasiveness and TAM tropism toward hypoxia in a murine astrocytoma model. Lab Invest 2012;92(1):151-62.
21. Xu C., Wu X., Zhu J. VEGF promotes proliferation of human glioblastoma multiforme stem-like cells through VEGF receptor 2. Scientific World Journal 2013;2013:1-8.
22. Berezovsky A.D., Poisson L.M., Cherba D. et al. SOX2 promotes malignancy in glioblastoma by regulating plasticity and astrocytic differentiation. Neoplasia 2014;16(3):193-206.
23. Islam F., Gopalan V., Smith R.A., Lam A.K. Translational potential of cancer stem cells: A review of the detection of cancer stem cells and their roles in cancer recurrence and cancer treatment. Exp Cell Res 2015;335(1):135-47.
24. Omari K.M., Dorovini-Zis K. CD40 expressed by human brain endothelial cells regulates CD34+ T-cell adhesion
to endothelium. J Neuroimmunol 2003;134(1-2):166-78.
25. Wang Y., Yang J., Zheng H. et al. Expression of mutant p53 proteins implicates a lineage relationship between neural stem cells and malignant astrocytesglioma
in a murine model. Cancer Cell 2009;15(6):514-26.
26. Cerami E., Demir E., Schultz N. et al. Automated network analysis identifies core pathways in glioblastoma. PLoS One 2010;5(2):e8918.
27. Zheng H., Ying H., Yan H. et al. P53 and PTEN control neural and glioma stem/ progenitor cell renewal and differentiation. Nature 2008;455(7216):1129-33.
28. Holland E.C., Celestino J., Dai C. et al. Combined activation of Ras and Akt
in neural progenitors induces glioblastoma formation in mice. Nature Genet 2000;25(1):55-7.
29. Schonberg D.L., Lubelski D., Miller T.E., Rich J.N. Brain tumor stem cells: molecular characteristics and their impact on therapy. Mol Aspects Med 2014;39:82-101.
30. Annovazzi L., Mellai M., Caldera V. et al. SOX2 expression and amplification in gliomas and glioma cell lines. Cancer Genomics Proteomics 2011;8(3):139-47.
31. Ortensi B., Setti M., Osti D., Pelicci G. Cancer stem cell contribution
to glioblastoma invasiveness. Stem Cell Res Ther 2013;4(1):18.
32. Hugo H., Ackland M.L., Blick T. et al. Epithelial - mesenchymal and mesenchymal - epithelial transitions
in carcinoma progression. J Cell Physiol 2007;213(2):374-83.
33. Kahlert U.D., Nikkhah G., Maciaczyk J. Epithelial-to-mesenchymal (-like) transition as a relevant molecular event in malignant gliomas. Cancer Lett 2013;331(2):131-8.
34. Lee J.K., Joo K.M., Lee J. et al. Targeting the epithelial to mesenchymal transition
in glioblastoma: the emerging role of MET signaling. Onco Targets Ther 2014;7: 1933-44.
35. Iwadate Y. Epithelial-mesenchymal transition in glioblastoma progression. Oncol Lett 2016;11(3):1615-20.
36. Nakada M., Kita D., Watanabe T. et al. Aberrant signaling pathways in glioma. Cancers (Basel) 2011;3(3):3242-78.
37. Ikushima H., Todo T., Ino Y. et al. Autocrine TGF-ß signaling maintains tumorigenicity of glioma-initiating cells through Sry-related HMG-box factors. Cell Stem Cel 2009;5(5):504-14.
38. Heldin C.H., Landström M., Moustakas A. Mechanism of TGF-ß signaling to growth arrest, apoptosis, and epithelial-mesenchymal transition. Curr Opin Cell Biol 2009;21(2):166-76.
39. Merchant A.A., Matsui W. Targeting Hedgehog — a cancer stem cell pathway. Clin Cancer Res 2010;16(12):3130—40.
40. Ikushima H., Miyazono K. TGF-ß signalling: a complex web in cancer progression. Nat Rev Cancer 2010;10(6):415-24.
41. Ross S., Hill C.S. How the SMADs regulate transcription. Int J Biochem Cell Biol 2008;40(3):383—408.
42. Penuelas S., Anido J., Prieto-Sanchez R.M. et al. TGF-ß increases glioma-initiating cell self-renewal through the induction of LIF
in human glioblastoma. Cancer Cell 2009;15(4):315-27.
43. Kristoffersen K., Villingshoj M., Poulsen H.S., Stockhausen M.T. Level
of NOTCH activation determines the effect on growth and stem celllike features in glioblastoma multiforme neurosphere cultures. Cancer Biol Ther 2013;14(7): 625-37.
44. Stockhausen M.T., Kristoffersen K., Poulsen H.S. NOTCH signaling
and brain tumors. Adv Exp Med Biol 2012;727:289-304.
45. Fan X., Khaki L., Zhu T.S. et al. NOTCH pathway blockade depletes CD133positive glioblastoma cells and inhibits growth
of tumor neurospheres and xenografts. Stem Cells 2010;28(1):5—16.
46. Bhuvanalakshmi G., Arfuso F., Millward M. et al. Secreted frizzled-related protein 4 inhibits glioma stem-like cells
by reversing epithelial to mesenchymal transition, inducing apoptosis and decreasing cancer stem cell properties. PLoS One 2015;10(6):e0127517.
47. Cadigan K.M., Peifer M. Wnt signaling from development to disease: insights from model systems. Cold Spring Harb Perspect Biol 2009;1(2):a002881.
48. Wu Y., Zhou B.P. New insights of epithelial-mesenchymal transition
in cancer metastasis. Acta Biochim Biophys Sin 2008;40(7):643-50.
49. Zhou B.P., Deng J., Xia W. et al. Dual regulation of SNAIL by GSK-3beta-mediated phosphorylation in control
of epithelial-mesenchymal transition. Nat Cell Biol 2004;6(10):931-40.
50. Li X., Deng W., Nail C.D. et al. SNAIL induction is an early response to Glil that determines the efficiency of epithelial transformation. Oncogene 2006;25(4): 609-21.
51. Li X., Deng W., Lobo-Ruppert S.M., Ruppert J.M. Gli1 acts through SNAIL and E-cadherin to promote nuclear signaling by beta-catenin. Oncogene 2007;26(31):4489-98.
52. Rudin C.M., Hann C.L., Laterra J. et al. Treatment of medulloblastoma with hedgehog pathway inhibitor GDC-0449. N Engl J Med 2009;361(12):1173-8.
53. Bartel D.P. MicroRNAs: genomics, biogenesis, mechanism, and function. Cell 2004;116(2):281-97.
54. Huse J.T., Holland E.C. Targeting brain cancer: advances in the molecular pathology of malignant glioma
and medulloblastoma. Nat Rev Cancer 2010;10(5):319-31.
55. Brower J.V., Clark P.A., Lyon W., Kuo J.S. MicroRNAs in cancer: glioblastoma and glioblastoma cancer stem cells. Neurochem Int 2014;77:68-77.
56. Godlewski J., Nowicki M.O., Bronisz A. et al. Targeting of the Bmi-1 oncogene/stem cell renewal factor by microRNA-128 inhibits glioma proliferation and self-renewal. Cancer Res 2008;68(22):9125-30.
57. Aldaz B., Sagardoy A., Nogueira L. et al. Involvement of miRNAs in the differentiation of human glioblastoma multiforme stem-like cells. PLoS One 2013;8(10):e77098.
58. Moller H.G., Rasmussen A.P., Andersen H.H. et al. A systematic review of microRNA in glioblastoma multiforme: micro-modulators in the mesenchymal mode of migration and invasion. Mol Neurobiol 2013;47(1):131-44.
59. Yin D., Ogawa S., Kawamata N. et al. miR-34a functions as a tumor suppressor modulating EGFR in glioblastoma multiforme. Oncogene 2013;32(9):1155-63.
60. Guessous F., Zhang Y., Kofman A. et al. microRNA-34a is tumor suppressive in brain tumors and glioma stem cells. Cell Cycle 2010;9(6):1031-6.
61. Li Y., Guessous F., Zhang Y. et al. MicroRNA-34a inhibits glioblastoma growth by targeting multiple oncogenes. Cancer Res 2009;69(19):7569-76.
62. Bier A., Giladi N., Kronfeld N. MicroRNA-137 is downregulated
in glioblastoma and inhibits the stemness of glioma stem cells by targeting RTVP-1. Oncotarget 2013;4(5):665-76.
63. Ma X., Yoshimoto K., Guan Y. et al. Associations between microRNA expression and mesenchymal marker gene expression in glioblastoma. Neuro Oncology 2012;14(9):1153-62.
cv cv
CS
и ш u
X ш
и
