CC BY
33
а
JN
CS
U
u
« CS
cv
Сигнальный путь Notch: двоякая роль в опухолевой прогрессии и терапевтические возможности при раке мочевого пузыря
М.В. Новикова, Б.П. Копнин, П.Б. Копнин
НИИ канцерогенеза ФГБУ«Национальный медицинский исследовательский центр онкологии им. Н.Н. Блохина» Минздрава России; Россия, 115478 Москва, Каширское шоссе, 24
Контакты: Павел Борисович Копнин pbkopnin@mail.ru
При опухолевой прогрессии сигнальный путь Notch и его компоненты могут проявлять как опухольсупрессирующие, так и онко-генные свойства в зависимости от типа ткани и микроокружения. До недавнего времени крайне мало было известно о роли Notch в развитии рака мочевого пузыря (РМП). По данным последних исследований было выявлено, что потеря копии и снижение экспрессии гена NOTCH1 характерны для клеточных линий РМП, а активация сигнального пути Notchl снижает клеточную пролиферацию in vitro, что свидетельствует о его опухольсупрессирующей роли в прогрессировании РМП. Более того, РМП может быть индуцирован тканеспецифичной инактивацией одного из компонентов комплекса у-секретазы, принимающего непосредственное участие в запуске сигнального каскада Notch, in vivo. Однако результаты дальнейших исследований показали, что NOTCH2 является онкогеном, стимулирующим пролиферацию и метастазирование через индукцию эпителиально-мезенхимального перехода и поддержание фенотипа опухолевых стволовых клеток. Полученные данные, указывающие на противоположность свойств NOTCH1 и NOTCH2 в опухолевой прогрессии РМП, могут лечь в основу новых терапевтических подходов, связанных с воздействием на активность сигнального пути Notch.
Ключевые слова: рак мочевого пузыря, адренокортикальный рак, почечно-клеточная карцинома, рак предстательной железы, сигнальный путь Notch, онкоген, опухолевый супрессор, моноклональное антитело, у-секретаза
Для цитирования: Новикова М.В., Копнин Б.П., Копнин П.Б. Сигнальный путь Notch: двоякая роль в опухолевой прогрессии и терапевтические возможности при раке мочевого пузыря. Онкоурология 2019;15(1):108—16.
DOI: 10.17650/1726-9776-2019-15-1-108-116
Notch signaling pathway: dual role in tumour progression and therapeutic opportunities for bladder cancer
M.V. Novikova, B.P. Kopnin, P.B. Kopnin
Research Institute of Carcinogenesis, N.N. Blokhin National Medical Research Center of Oncology, Ministry of Health of Russia;
24 Kashirskoe Shosse, Moscow 115478, Russia
During cancer progression Notch signaling pathway and its components could demonstrate oncogenic and tumor-suppressive properties depending on tissue type and cellular microenvironment. However, until recently, very little was known about Notch role in bladder cancer (BC). According to recent studies it was revealed that loss of copy number and decreased expression of NOTCH1 is the hallmark of BC cell lines; and NOTCH1 activation in vitro reduces cell proliferation, suggesting that NOTCH1 acts as a tumor suppressor in BC. Furthermore, BC could be promoted by bladder-specific inactivation of a component of y-secretase complex, which is directly involved in Notch signaling, in vivo. By contrast, further studies have demonstrated that NOTCH2 acts as an oncogene which could promote cell proliferation and metastasis through induction of epithelial-to-mesenchymal transition and maintaining stemness. Studies indicating that NOTCH1 and NOTCH2 have opposite effects on BC progression could give rise to novel therapeutic approaches aimed at impact on Notch activity.
Key words: bladder cancer, adrenocortical carcinoma, renal cell cancer, prostate cancer, Notch signaling pathway, oncogene, tumor suppressor, monoclonal antibody, y-secretase
For citation: Novikova M.V., Kopnin B.P., Kopnin P.B. Notch signaling pathway: dual role in tumour progression and therapeutic opportunities for bladder cancer. Onkourologiya = Cancer Urology 2019;15(1):108—16.
Введение
Рак мочевого пузыря (РМП) занимает 9-е место в мире в структуре заболеваемости злокачественными новообразованиями и широко распространен
в странах Европы, США и Западной Азии, где выявлен наиболее высокий уровень смертности от этого заболевания [1]. За последние 25 лет число диагностированных случаев и смертность от РМП практически
не изменились, что говорит о сложностях в точности диагностики и разработке противоопухолевых препаратов [2]. В 2016 г. управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США был одобрен новый иммунотерапевтический препарат атезолизумаб, представляющий собой моно-клональное антитело, специфичное к белку PDL1 (programmed cell death 1 ligand 1), которое предотвращает взаимодействие белков PD1 и PDL1, что стимулирует запуск апоптоза в опухолевых клетках. Атезо-лизумаб стал первым за последние 25 лет препаратом, одобренным для терапии поздних стадий РМП [3]. Дизайн и разработка схем таргетной терапии различных злокачественных новообразований шагнули далеко вперед за последние годы, однако на сегодняшний день не существует достаточно эффективных терапевтических стратегий лечения РМП [4]. В последние годы результаты молекулярных и гистологических исследований мышечно-инвазивного и метастатического типов РМП позволили более узко классифицировать данные новообразования по молекулярным подтипам, что должно значительно упростить создание новых терапевтических препаратов [5].
В последние годы при исследовании РМП особое внимание заслуживает сигнальный путь Notch. В настоящем обзоре рассмотрены известные на сегодняшний день молекулярные механизмы опухолевой прогрессии и метастазирования РМП, связанные с мутациями компонентов сигнального пути Notch и изменением его активности, а также последние данные о терапевтических разработках, сфокусированных на Notch, которые впоследствии могут получить широкое распространение в клинической практике.
Общая характеристика сигнального пути Notch
Сигнальный путь Notch задействован в эмбриогенезе, поддержании гомеостаза и популяций стволовых клеток многих тканей и органов человека [6], поэтому нарушения активности, вызванные точечными мутациями [7, 8] или транслокациями генов его компонентов [9, 10], обычно связаны c развитием злокачественных новообразований, так как, в частности, могут приводить к бесконтрольной клеточной пролиферации, приобретению мезенхимального фенотипа и запуску механизмов устойчивости к индукции апоптоза.
У позвоночных канонический сигнальный путь Notch активируется при непосредственном связывании рецепторов семейства Notch (Notch1—4) с внеклеточным доменом одного из лигандов семейств Delta (Dll1—4) и Serrate (Jagged1, -2) [11]. Данное взаимодействие инициирует серию протеолитических расщеплений рецептора, в результате чего внутриклеточный домен Notch — NICD (Notch intracellular domain) — транспортируется в ядро, где взаимодействует с ДНК-связывающим кофактором CSL (ком-
Клеточная мембрана/Cell membrane
DLL/Jagged
Notch
ADAM10/17 (расщепление в сайте S2)/ADAM10/17 (S2 site cleavage)
Межклеточное пространство/Intercel-lular space
Внутриклеточное пространство/ Intracellular space
Корепрессоры/ Corepressors
--■■■ у-секретаза (расщепление в сайте S3)/ y-secretase (S3 site cleavage)
CSL
-I
Экспрессия целевых генов подавлена/Inhibited expression
oftargetgenes Опухолевый супрессор/Tumor suppressor
Ядро/Nucleus
Экспрессия целевых генов/Expression oftargetgenes
,/онтен/Oncogene
а
JN
CS
U
et u
« CS
cv
Рис. 1. Схема канонического сигнального пути Notch c учетом противоположности ролей Notchl и Notch2 в прогрессировании рака мочевого пузыря
Fig. 1. The core Notch signaling pathway taking into account that Notchl and Notch2 have opposite roles in the progression of bladder cancer
плекс CBF1/RBP-JK/Suppressor of Hairless/LAG-1) и коактиватором MAML (mastermind-like protein). В отсутствии NICD CSL связывает консенсусную последовательность ДНК С/TGTGGGAA, функционируя как транскрипционный репрессор совместно с другими корепрессорами, препятствует экспрессии целевых генов сигнального пути Notch [12, 13] (рис. 1).
Сигнальный путь Notch в онкоурологии
Данные нескольких работ доказывают непосредственную роль сигнального пути Notch в развитии адренокортикального рака (рака коры надпочечника). В исследовании C.L. Ronchi и соавт. выявлена корреляция уровней экспрессии компонентов Notch-сигналинга, а также его генов-мишеней с прогресси-рованием адренокортикального рака. Экспрессия некоторых таких генов была повышена в образцах карцином (n = 28) по сравнению с аденомами (n = 24) и нормальной тканью (n = 28) (JAG1 в 27, 15 и 10 % случаев; NOTCH1 в 13, 8, 0 % случаев; HEY2 в 66, 61, 33 % случаев соответственно). Высокий уровень экспрессии JAG1 (продукт Jagged1, лиганд сигнального пути Notch) был ассоциирован с ранними стадиями опухолевой прогрессии, небольшим количеством метастазов и большей выживаемостью, в то время как гиперэкспрессия HEY2 (Hes Related Family BHLH
а
JN
CS
U
u
CT СЭ
cv
Transcription Factor With YRPW Motif 2) была связана с более злокачественным фенотипом опухоли и тяжелым течением заболевания [14]. Более детальное изучение роли Jaggedl позволило выявить молекулярный механизм стимуляции пролиферации опухолевых клеток, что доказывает его онкогенную роль в про-грессировании адренокортикального рака [15].
Сигнальный путь Notch может играть роль опухолевого супрессора при раке предстательной железы через негативную регуляцию транскрипции гена PTEN, кодирующего одноименную фосфатазу, которая является компонентом сигнального пути PI3K/PTEN/AKT, связанного с выживанием и клеточной пролиферацией клеток [16]. X.D. Wang и соавт. продемонстрировали, что активность Notch необходима для определения клеточной судьбы будущего эпителия и стромальных элементов при развитии предстательной железы [17]. Инактивация Notchl приводит к нарушению спецификации базального и люминального эпителия и дегенерации гладких мышц [18, 19], в то время как гиперактивность Notch вызывает чрезмерную пролиферацию эпителия предстательной железы и мышечных волокон [19]. Результаты других работ также подтверждают, что гиперактивность сигнального пути Notch, как и гиперэкспрессия его компонентов (в частности, JAG1), ассоциированы с метастазированием и рецидивированием рака предстательной железы [20, 21].
Существуют различные типы злокачественных новообразований почки, однако подавляющее большинство составляют почечно-клеточные карциномы, 11—18 % которых относятся к папиллярному (хромо-фильному) раку почки. Хромофобный рак почки наименее распространенный и характеризуется наилучшим прогнозом среди остальных типов. Наиболее характерными мутациями, связанными с раком почки, являются изменения генов опухолевых супрессоров, в частности VHL (von Hippel—Lindau protein) и TSC1/2 (tuberous sclerosis complex) [22—26]. Однако по результатам ДНК-микрочипирования также были обнаружены изменения экспрессии компонентов сигнального пути Notch, например повышенная экспрессия NOTCH1 при хромофобной почечно-клеточной карциноме [27]. Гиперэкспрессия JAG1 ассоциирована со снижением показателей общей и безрецидивной выживаемости пациентов с раком почки. С учетом того, что взаимодействие сигнальных путей Notch и HIF/VHL [28], а также TSC [29], приводит к индукции пролиферации клеток тубулярного эпителия, вышеописанные статистические данные имеют под собой молекулярную основу [30]. Как было показано, сигнальный путь Notch конститутивно активен в клеточных линиях почечно-клеточной карциномы человека независимо от активности HIF/VHL [31]. Блокирование сигнального каскада Notch в данных
клеточных линиях приводит к снижению пролиферации в неадгезионных условиях; ксенографты, сформированные такими клеточными сублиниями, отличаются замедленными темпами роста. Однако трансгенная экспрессия NICD1 в клетках тубулярного эпителия не индуцирует развитие рака почки in vivo [30], что свидетельствует о потенциальной роли Notch именно в прогрессировании рака почки, но не в инициации его развития. Анализ профиля экспрессии генов в клетках папиллярного рака почки выявил снижение активности Notch, а также его гена-мишени HEY1. При этом была отмечена повышенная экспрессия и внутриядерная локализация KyoT3/FHL1B (продукт сплайсинга, являющийся ингибитором канонического сигнального пути Notch) [32]. Кроме этого, делеция компонентов сигнального пути Notch (NOTCH1, -2 или RBP) приводит к развитию папиллярной микроаденомы in vivo [33], что дает основание полагать, что каскад Notch и его компоненты играют опухольсупрессирующую роль при папиллярном раке почки.
Наш анализ базы данных портала GDC (National cancer institute Genomic Data Commons Portal) по состоянию на 2018 г. подтвердил достаточно высокую частоту мутаций компонентов сигнального пути Notch и ассоциированных с ним генов при злокачественных новообразованиях мочеполовой системы (рис. 2) [34].
Опухольсупрессирующая роль компонентов Notch при раке мочевого пузыря
Результаты всего трех исследований действительно доказывают, что несколько компонентов Notch могут проявлять опухольсупрессирующие свойства при РМП [35—37]. В 2014 г. A. Greife и соавт. было показано, что экспрессия рецептора NOTCH1 и соответствующего ему лиганда DLL1 по данным гистохимического и ОТ-ПЦР (полимеразная цепная реакция с обратной транскрипцией) анализов в образцах тканей пациентов была снижена при любых степенях злокачественности опухоли и стадиях опухолевой прогрессии РМП. Полученные результаты согласуются с данными о снижении транскрипционной активности сигнального пути Notch в ряде клеточных линий РМП, особенно обладающих высокой способностью к инвазии [35]. Позднее T. Rampias и соавт. и A Maraver и соавт. опубликовали данные, подтверждающие опу-хольсупрессирующую роль компонентов не только сигнального пути Notchl, но и NOTCH2, и NOTCH3 [36, 37].
Снижение активности сигнального пути Notch может быть связано с гиперфосфорилированием ки-назы ERK1 (extracellular signal-regulated kinase 1; другое название - MAPK3) и/или ERK2 (MAPK1), обнаруженном при анализе образцов тканей пациентов [37]. Экзогенная экспрессия NICD1 в клетках линий РМП,
а
s ë
Адренокортикальный рак (рак коры надпочечника)/AdrenocorticaI cancer
25-
2о
15
1о
5
о
## * ## # #
^
Рак предстательной железы/Prostate cancer
15
ÏS i 1
= ё
-г ^ -г ^
Рак почки/Kidney cancer
= ё 10
'■g 5
lililí»..
Рис. 2. Распределение наиболее часто мутированных генов-компонентов сигнального пути Notch и ассоциированных с ним генов при раке коры надпочечника (а), предстательной железы (б) и почки (в) Fig. 2. Distribution of the most frequently mutated Notch and Notch-associ-atedgenes for adrenocortical (a), prostate (б) and kidney (в) cancers
как было показано, приводит к снижению фосфори-лирования ERK1 и/или ERK2 и остановке клеточного цикла. Гиперэкспрессия NICD1 или NICD2 in vitro вызывает транскрипционную активность генов дву-специфичных фосфатаз DUSP (dual specificity phosphatases), в результате чего подавляется фосфори-лирование ERK1 и/или ERK2, что приводит к снижению пролиферации клеток. В то время как блокирование сигнального пути Notch с помощью ингибитора у-секретазы (gamma secretase inhibitor, GSI) имеет обратный эффект [38].
Мутации компонентов сигнального пути Notch при раке мочевого пузыря
Для статической оценки частоты встречаемости мутаций и дупликаций генов сигнального пути Notch при РМП были проведены ряд исследований с использованием клинического материала и анализ базы данных общедоступного ресурса The Cancer Genome Atlas (TCGA, Атлас ракового генома). T. Rampias и со-авт. показали, что потеря копии NOTCH1 встречается
у 48 % пациентов с РМП как мышечно-инвазивного, так и метастатического типов (n = 72) [37], при этом для РМП характерны делеции некоторых участков хромосом, в том числе длинного плеча хромосомы 9, на котором локализован NOTCH1 [39]. Основываясь на данных TCGA, A. Goriki и соавт. обнаружили изменения количества копий всех 4 рецепторов семейства Notch при РМП (n = 390 с полноэкзонным секвени-рованием): потеря копии NOTCH1 — в 41,1 % случаев; дупликации NOTCH2 — в 45,0 % и потеря копии — в 5,9 %; потеря копии NOTCH3 — в 30,2 %. Несмотря на то, что потеря копии гена при злокачественных новообразованиях может свидетельствовать о его опу-хольсупрессирующей функции, а дупликации, напротив, онкогенной активности, анализ данных TCGA выявил отсутствие корреляции числа копий с уровнями экспрессии генов [40], что свидетельствует о наличии других факторов, регулирующих активность сигнального пути Notch. Анализ изменений не только рецепторов сигнального пути Notch, но и других ассоциированных с ним генов выявил, что мутации MAML1, NCSTN, PDEN1, APH1A, APH1B и PSENEN встречаются у 43 % пациентов [37].
По клиническим данным мутации компонентов сигнального пути Notch, в частности потеря копии NOTCH1, ассоциированы с плохой выживаемостью [37]. Однако результаты исследований с использованием базы данных TCGA продемонстрировали, что присутствие мутаций в генах NOTCH1—4 не влияет на выживаемость. Кроме этого, корреляции наличия мутаций генов NOTCH со стадиями опухолевой прогрессии РМП метастатического типа не выявлено [40]. К сожалению, статистические данные о процентных соотношениях мутаций в рецепторах семейства Notch у пациентов с РМП сильно разнятся при использовании различных баз данных и проведении исследований с анализом клинического материала. Гены рецепторов NOTCH являются очень длинными (NOTCH1 - 51,35 Кб; NOTCH2 - 161,91 Кб; NOTCH3 -41,35 Кб; NOTCH4 - 29,23 Кб), поэтому причина возникновения мутаций на столь протяженных участках генома может носить стохастический характер, однако такие мутации могут быть признаны значимыми при определенных параметрах и настройках биоин-форматических программ, используемых для анализа данных. Примечательно, что мутации NOTCH, выявленные при РМП, не локализованы в «горячих точках» полинуклеотидной цепи и могут быть отнесены к нерегулярным мутациям. Однако на основании анализа базы данных GDC нельзя не принять во внимание высокую частоту мутаций компонентов сигнального пути Notch и ассоциированных с ним генов при РМП. Подавляющее большинство мутаций наиболее часто мутированных генов NES (19,58 %) и JAG1 (13,99 %) принадлежат к группе миссенс-мутаций, остальные —
а
JN
CS
U
et
U
« CS
cv
5
0
в
15
а
Рак мочевого пузыря/Bladder cancer
19,58
а
JN
CS
U
et
U
«
es cv
ÏS 1 1
s ë
lllllll..
g 1,0
i ÏS 0,8 =■ ^
5 a 0,6 Ц 0,4
U 0,2
Общая выживаемость/Overall survival plot S1 (n = 115) - NES без мутаций/not mutated cases S2 (n = 28) - NES c мутациями/mutated cases Log-rank тест p = 6,50e-1
ts,
500
1000 1500 2000 2500 3000 Время жизни, urn/Duration, days
Общая выживаемость/Огега// survival plot S1 (n = 123) - JAG1 без мутаций/not mutated cases
S2 (n = 20) - JAG1 c мутациями/mutated cases
3500 4000
ё « 0,8 га -а"
5 s 0,6
s ç
1 g 0,4 ¡ ^ 0,2
0 500 1000 1500 2000 2500 3000 Время жизни, дни/Duration, days
3500 4000
Рис. 3. Анализ наиболее часто мутированных генов-компонентов сигнального пути Notch и ассоциированных с ним генов при раке мочевого пузыря: а — распределение генов (n = 143); выживаемость пациентов по методу Каплана—Майера в зависимости от наличия мутаций NES (б) и JAG1 (в)
Fig. 3. Analysis of the most frequently mutated Notch and Notch-associated genes for bladder cancer: a — genes distribution (n = 143); Kaplan—Meier overall survival plots in patients depending on presence/absence of NES (б) и JAG1 (в) mutations
приобретение стоп-кодона и сдвиг рамки считывания (рис. 3) [34].
Таким образом, значимость мутаций NOTCH для клинической практики остается неоднозначной ввиду отсутствия достаточной выборки и данных о влиянии некоторых мутаций на функции белков.
In vivo модели сниженной активности сигнального пути Notch
Исследования на моделях in vivo проводились на трансгенных мышах, у которых тканеспецифично отсутствовала экспрессия одного из компонентов комплекса у-секретазы в результате использования специфического канцерогена ^бутил^-(4-гидроксибутил) нитрозамина, имеющего высокую селективность к уротелию, или нокаута никастрина (компонент комплекса у-секретазы), который, как было показано,
индуцирует развитие высокозлокачественного инва-зивного уротелиального РМП [41]. Данные опухоли характеризуются фосфорилированными белками ERK1 и / или ERK2, а также экспрессией маркеров клеточной пролиферации (Ki-67 и циклин D1). Кроме этого, выявлена потеря ядерного NICD1 и повышенная экспрессия маркеров клеток базального слоя эпителия ТР63 и цитокератина 5, что косвенно указывает на то, что опухоли могли происходить из клеток ба-зального или промежуточного слоя уротелия [37].
Исследование A. Maraver и соавт. было проведено in vivo на мышах, нокаутных по генам Psen (пресени-лин), который является одним из основных белков комплекса у-секретазы, и Rbpj (recombination signal binding protein for immunoglobulin-к J region; транскрипционный регулятор сигнального пути Notch) [36]. Данная работа подтверждает опухольсупрессирующую роль компонентов сигнального пути Notch при РМП, однако использование этой модели не дает возможности изучения роли каждого из компонентов Notch индивидуально. Нокдаун одного из компонентов у-секретазы влияет не только на Notch-сигналинг, но и на многие другие внутриклеточные сигнальные каскады, поэтому приписывание сигнальному пути Notch одной из ключевых ролей в прогрессировании РМП несколько преувеличено. Более того, комплекс CSL функционирует как транскрипционный репрес-сор в отсутствии NICD, поэтому их нокдаун может приводить к различным синергичным эффектам.
Инактивация сигнального пути Notch ассоциирована с частотой возникновения плоскоклеточного РМП. Кроме этого, гистологический анализ образцов опухолей, полученных от мышей, нокаутных по генам Psen и Rbpj, показал, что они являются плоскоклеточными, в то время как только 33 % канцерогениндуци-рованных опухолей были плоскоклеточными, а остальные — уротелиальными при проведении экспериментов на мышах дикого типа. В контрольных опухолях также была обнаружена экспрессия одного из генов-мишеней сигнального пути Notch — HES1 (Hes Family BHLH Transcription Factor 1), связанного с индукцией эпите-лиально-мезенхимального перехода, однако в Psen-и Rbpj-нокаутных она была снижена [36].
Таким образом, результаты исследований in vivo и образцов тканей пациентов дают основание полагать, что NOTCH1 может играть опухольсупрессирую-щую роль при РМП, а его потеря может индуцировать развитие плоскоклеточной карциномы и проявление мезенхимальных черт опухолевыми клетками при РМП.
Онкогенная роль компонентов Notch при раке мочевого пузыря
Результаты ряда исследований продемонстрировали, что NOTCH2 проявляет преимущественно
0
в
онкогенные свойства при РМП [42]. Следовательно, NOTCH1 и NOTCH2 обладают антагонистическим эффектом, аналогичное действие данных генов характерно также и для нескольких других видов солидных опухолей, в том числе для медуллобластомы [43] и протоковой аденокарциномы поджелудочной железы [44, 45]. Анализ базы данных TCGA выявил, что высокий уровень экспрессии NOTCH2 коррелирует с неблагоприятным прогнозом течения заболевания и характерен преимущественно для базальных и ме-зенхимальных подтипов опухолей. Notch2 чаще детектируется в цитоплазме и ядре опухолевых клеток, что свидетельствует об активности данного сигнального пути, в то время как нормальные клетки уротелия демонстрируют мембранную окраску Notch2 [42].
Экспрессия NOTCH2 также повышена по сравнению с NOTCH1 и NOTCH3 в ряде клеточных линий РМП с мезенхимальным фенотипом, а при анализе профилей экспрессии генов клеточных линий РМП с эпителиальным фенотипом наблюдается обратная ситуация. Исследования in vitro с применением методик сайленсинга и гиперэкспрессии NOTCH2 позволили установить, что Notch2 стимулирует экспрессию генов плюрипотентности, клеточную пролиферацию и инвазию через индукцию эпителиально-мезенхи-мального перехода. Однако стоит отметить, что эффекты Notch2 являются дозозависимыми и присутствие NICD2 в супрафизиологических концентрациях не способно полностью воссоздать Notch-зависимые внутриклеточные процессы опухолевых клеток. Эксперименты на моделях in vivo по введению человеческих опухолевых клеток РМП в стенку мочевого пузыря мыши показали, что гиперэкспрессия NICD2 приводит к повышенной частоте метастазирования в регионарные лимфатические узлы [42]. Блокирование Notch2 с помощью специфического моноклональ-ного антитела, практически не имеющего кросс-реактивности с другими рецепторами семейства Notch [46], приводит к подавлению роста опухоли, что свидетельствует о том, что Notch2 может быть подходящей мишенью в противоопухолевой терапии [42].
T. Rampias и соавт. проанализировали экспрессию генов-мишеней сигнального пути Notch2, в результате чего было показано, что повышенная экспрессия HEY1 связана с транскрипционной активностью NOTCH2 in vitro [37]. При использовании базы данных TCGA установлено, что гиперэкспрессия HEY1 не коррелирует с выживаемостью пациентов с РМП (n = 408), однако ассоциирована с плохой выживаемостью пациентов с базальным РМП [37, 42].
Повышенный уровень экспрессии NOTCH3, как было продемонстрировано, стимулирует опухолевый рост и прогрессию in vivo и коррелирует с неблагоприятным прогнозом (n = 59). Подавление экспрессии NOTCH3 в клеточных линиях РМП, в том числе
линии, чувствительной к цисплатину, снижает скорость деления опухолевых клеток in vitro и темпы роста ксенографтов in vivo [47].
Данных литературы о роли Notch4 и лигандов сигнального пути Notch в опухолевой прогрессии РМП крайне мало. Анализ базы данных TCGA выявил наличие генетических альтераций NOTCH4 у пациентов с РМП в 45,8 % случаев (увеличение числа копий — в 26,7 %, мутации - в 1,0 %) [40].
Компоненты сигнального пути Notch как мишень для противоопухолевой терапии
Последнее из трех протеолитических расщеплений в сайте S3 молекул рецепторов семейства Notch, которое необходимо для выщепления фрагмента рецептора NICD, используемого при запуске сигнального пути Notch, обеспечивает у-секретаза (см. рис. 1). Терапевтический подход к блокированию сигнального пути Notch в основном сфокусирован на применении молекул GSI [48]. Некоторые GSI успешно прошли I фазу клинических испытаний на нескольких видах солидных опухолей, но не на РМП [49]. Однако GSI имеют некоторые ограничения в применении, так как помимо влияния на активность сигнального пути Notch, они могут также нарушить CD44, ERBB4 и кад-геринзависимые сигнальные пути, что влечет за собой непредсказуемые последствия. Кроме этого, доказано, что применение GSI вызывает побочные эффекты, в частности желудочно-кишечную недостаточность, атипический дерматит и рак кожи [49, 50].
Рецепторы семейства Notch синтезируются в виде предшественников, которые процессируются в активную форму фуринподобной конвертазой (расщепление в сайте S1) в аппарате Гольджи. Металлопротеи-наза ADAM10/17 вносит разрыв в сайте S2 рецепторов Notch после их связывания с соответствующими ли-гандами на поверхности клетки (см. рис. 1). Данные ферменты также могут выступать в качестве мишени для противоопухолевой терапии, однако их блокирование может вызвать побочные эффекты, как при применении GSI [51].
С учетом того, что компоненты сигнального пути Notch могут проявлять как опухольсупрессирующие, так и онкогенные свойства, использование GSI является не лучшим вариантом терапевтического воздействия при РМП. Глобальное ингибирование сигнального пути Notch может способствовать опухолевой прогрессии, в частности из-за снижения активности опухолевого супрессора Notch1, поэтому наиболее перспективным представляется направленное блокирование потенциально онкогенного Notch2-сигналинга. Корпорацией Genentech (США) уже разработаны не обладающие кросс-реактивностью моноклональные антитела к каждому из рецепторов семейства Notch, связывающие регуляторный участок
а
JN
CS
U
е*
U
CS
cv
а
JN
CS
U
u
« CS
cv
молекулы, что делает белок не способным подвергаться конформационным изменениям, необходимым для расщепления ADAM10/17 [46]. Данные вещества еще не участвовали в клинических испытаниях, но продемонстрировали высокую эффективность в доклинических исследованиях РМП [50]. Компания OncoMed Pharmaceuticals (США) протестировала антитело к Notchl (бронтиктузумаб) [52] и Notch2/3 (та-рекстумаб) [53] на ранних стадиях клинических испытаний. Моноклональное и двуспецифичное антитела к DLL4 и DLL4/ VEGF (vascular endothelial growth factor) соответственно на данный момент также проходят доклинические испытания [49, 54—57].
Заключение
Сигнальный путь Notch и его компоненты могут играть роль как опухолевых супрессоров, так и онкогенов в зависимости от типа ткани и клеточного микроокружения. Результаты ряда исследований продемонстрировали, что Notchl и Notch2 антагонистично влияют на рост, инвазию и метастазирова-ние при РМП. Несмотря на то что между данными некоторых научно-исследовательских работ наблюдаются явные противоречия, изменения экспрессии на уровне ДНК, РНК и белков в образцах тканей пациентов, а также результаты доклинических
исследовании, проведенных на клеточных линиях и моделях in vivo, подтверждают двоякую роль Notch-сигналлинга при РМП. На сегодняшний день основной терапевтической стратегией глобального инги-бирования сигнального пути Notch при РМП является применение GSI, однако с учетом выявленных значительных различий во влиянии компонентов Notch на опухолевую прогрессию данный метод представляется уже не рациональным и требует пересмотра существующих подходов. Противоположные эффекты Notchl и Notch2 доказывают необходимость изучения компонентов сигнального пути Notch отдельно, так как каждый из них может являться потенциальной мишенью при разработке новых стратегий таргетных терапий. К сожалению, накопившихся за последние годы данных недостаточно для полного представления молекулярных механизмов инициации и опухолевой прогрессии, ассоциированных с Notch, а существующие модели in vitro и in vivo не способны точно воссоздать и имитировать процессы, а также отследить динамику развития злокачественных новообразований. Однако с учетом полученных на сегодняшний день результатов дальнейшие исследования, разработка и дизайн новых терапевтических стратегий представляются крайне перспективными.
ЛИТЕРАТУРА / REFERENCES
1. Antoni S., Ferlay J., Soerjomataram I. et al. Bladder cancer incidence and mortality: a global overview and recent trends. Eur Urol 2017;71(1):96-108. DOI: 10.1016/j.eurur o.2016.06.010. PMID: 27370177.
2. Malats N., Real F. X. Epidemiology
of bladder cancer. Hematol Oncol Clin North Am 2015;29(2):177-89. DOI: 10.1016/j.hoc.2014.10.001. PMID: 25836927.
3. Rosenberg J.E., Hoffman-Censits J., Pow-les T. et al. Atezolizumab in patients with locally advanced and metastatic urothelial carcinoma who have progressed following treatment with platinum-based chemotherapy: a single-arm, multicentre, phase 2 trial. Lancet 2016;387(10031):1909-20. DOI: 10.1016/S0140-6736(16)00561-4. PMID: 26952546.
4. Hussain M.H., Wood D.P., Bajorin D.F. et al. Bladder cancer: narrowing the gap between evidence and practice. J Clin Oncol 2009;27(34):5680-4. DOI: 10.1200/ JCO.2009.23.6901. PMID: 19858384.
5. Cancer Genome Atlas Research Network. Comprehensive molecular characterization of urothelial bladder carcinoma. Nature 2014;507(7492):315-22.
DOI: 10.1038/nature12965. PMID: 24476821.
6. Wilson A., Radtke F. Multiple functions of Notch signaling in self-renewing organs and cancer. FEBS Lett 2006;580(12): 2860-8. DOI: 10.1016/j.febs-let.2006.03.024. PMID: 16574107.
7. Weng A.P., Ferrando A.A., Lee W. et al. Activating mutations of NOTCH1 in human T-cell acute lymphoblastic leukemia. Science 2004;306(5694):269-71.
DOI: 10.1126/science.1102160. PMID: 15472075.
8. Lin C., Zheng H., Wang C. et al. Mutations increased overexpression of Notchl in T-cell acute lymphoblastic leukemia. Cancer Cell Int 2012;12:13.
DOI: 10.1186/1475-2867-12-13. PMID: 22480166.
9. Clay M.R., Varma S., West R.B. MAST2 and NOTCH1 translocations in breast carcinoma and associated pre-invasive lesions. Hum Pathol 2013;44(12):2837-44. DOI: 10.1016/j.humpath.2013.08.001. PMID: 24140425.
10. Tonon G., Modi S., Wu L. et al. t(11;19) (q21;p13) translocation in mucoepider-moid carcinoma creates a novel fusion product that disrupts a Notch signaling pathway. Nat Genet 2003;33(2):208-13. DOI: 10.1038/ng1083. PMID: 12539049.
11. Hori K., Sen A., Artavanis-Tsakonas S. Notch signaling at a glance. J Cell Sci
2013;126(Pt 10):2135-40. DOI: 10.1242/ jcs.127308. PMID: 23729744.
12. Hsieh J.J., Hayward S.D. Masking of the CBF1/RBPJ kappa transcriptional repression domain by Epstein—Barr virus EBNA2. Science 1995;268(5210):560-3. PMID: 7725102.
13. Dou S., Zeng X., Cortes P. et al. The recombination signal sequence-binding protein RBP-2N functions as a transcriptional repressor. Mol Cell Biol 1994;14(5): 3310-9. PMID: 8164682.
14. Ronchi C.L., Sbiera S., Altieri B. et al. Notch1 pathway in adrenocortical carcinomas: correlations with clinical outcome. Endocr Relat Cancer 2015;22(4):531-43. DOI: 10.1530/ERC-15-0163.
PMID: 25979380.
15. Simon D.P., Giordano T.J., Hammer G.D. Upregulated JAG1 enhances cell proliferation in adrenocortical carcinoma. Clin Cancer Res 2012;18(9):2452-64.
DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-11-2371. PMID: 22427350.
16. Toso A., Revandkar A., Di Mitri D. et al. Enhancing chemotherapy efficacy in Pten-deficient prostate tumors by activating
the senescence-associated antitumor immunity. Cell Rep 2014;9(1):75-89. DOI: 10.1016/j.celrep.2014.08.044. PMID: 25263564.
17. Wang X.D., Leow C.C., Zha J. et al. Notch signaling is required for normal prostatic epithelial cell proliferation and differentiation. Dev Biol 2006;290(1):66-80.
DOI: 10.1016/j.ydbio.2005.11.009. PMID: 16360140.
18. Wu X., Xu K., Zhang L. et al. Differentiation of the ductal epithelium and smooth muscle in the prostate gland are regulated by the Notch/PTEN-dependent mechanism. Dev Biol 2011;356(2):337-49. DOI: 10.1016/j.ydbio.2011.05.659. PMID: 21624358.
19. LaTulippe E., Satagopan J., Smith A. et al. Comprehensive gene expression analysis of prostate cancer reveals distinct transcrip-tional programs associated with metastatic disease. Cancer Res 2002;62(15):4499-506. PMID: 12154061.
20. Santagata S., Demichelis F., Riva A. et al. JAGGED1 expression is associated with prostate cancer metastasis and recurrence. Cancer Res 2004;64(19):6854-7.
DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-04-2500. PMID: 15466172.
21. Zayzafoon M., Abdulkadir S.A., McDonald J.M. Notch signaling and ERK activation are important for the osteomi-metic properties of prostate cancer bone metastatic cell lines. J Biol Chem 2004;279(5):3662-70. DOI: 10.1074/jbc. M308158200. PMID: 14602722.
22. Peruzzi B., Athauda G., Bottaro D.P. The von Hippel-Lindau tumor suppressor gene product represses oncogenic beta-catenin signaling in renal carcinoma cells. Proc Natl Acad Sci USA 2006;103(39): 14531-6. DOI: 10.1073/pnas.0606850103. PMID: 16983094.
23. Turcotte S., Chan D.A., Sutphin P.D. et al. A molecule targeting VHL-deficient renal cell carcinoma that induces autophagy. Cancer Cell 2008;14(1):90-102.
DOI: 10.1016/j.ccr.2008.06.004. PMID: 18598947.
24. Ding M., Cui S., Li C. et al. Loss of the tumor suppressor Vhlh leads to upregula-tion of Cxcr4 and rapidly progressive glomerulonephritis in mice. Nat Med 2006;12(9):1081-7. DOI: 10.1038/ nm1460. PMID: 16906157.
25. Patel U., Simpson E., Kingswood J.C., Saggar-Malik A.K. Tuberose sclerosis complex: analysis of growth rates aids differentiation of renal cell carcinoma from atypical or minimal-fat-containing angio-myolipoma. Clin Radiol 2005;60(6): 665-73. DOI: 10.1016/j.crad.2005.01.009. PMID: 16038693.
26. Walker C. Molecular genetics of renal carcinogenesis. Toxicol Pathol 1998;26(1):113-20.
DOI: 10.1177/019262339802600113. PMID: 9502393.
27. Aparicio L.M., Villaamil V.M., Gallego G.A. et al. Expression of Notch1 to -4 and their ligands in renal cell carcinoma: a tissue microarray study. Cancer Genomics Pro-
teomics 2011;8(2):93—101. PMID: 21471519.
28. Gustafsson M.V., Zheng X., Pereira T. et al. Hypoxia requires Notch signaling to maintain the undifferentiated cell state. Dev Cell 2005;9(5):617-28.
DOI: 10.1016/j.devcel.2005.09.010. PMID: 16256737.
29. Karbowniczek M., Zitserman D., Khabibullin D. et al. The evolutionarily conserved TSC/Rheb pathway activates Notch in tuberous sclerosis complex and Drosophila external sensory organ development. J Clin Invest 2010;120(1):93-102. DOI: 10.1172/JCI40221.
PMID: 20038815.
30. Bielesz B., Sirin Y., Si H. et al. Epithelial Notch signaling regulates interstitial fibro-sis development in the kidneys of mice and humans. J Clin Invest 2010;120(11): 4040-54. DOI: 10.1172/JCI43025. PMID: 20978353.
31. Sjolund J., Johansson M., Manna S. et al. Suppression of renal cell carcinoma growth by inhibition of Notch signaling in vitro and in vivo. J Clin Invest 2008;118(1):217-28. DOI: 10.1172/ JCI32086. PMID: 18079963.
32. Liang L., Zhang H.W., Liang J. et al. KyoT3, an isoform of murine FHL1, associates with the transcription factor RBP-J and represses the RBP-J-mediated trans-activation. Biochim Biophys Acta 2008;1779(12):805-10. DOI: 10.1016/j. bbagrm.2008.08.001. PMID: 18760388.
33. Surendran K., Selassie M., Liapis H. et al. Reduced Notch signaling leads to renal cysts and papillary microadenomas.
J Am Soc Nephrol 2010;21(5):819-32. DOI: 10.1681/ASN.2009090925. PMID: 20378824.
34. https://portal.gdc.cancer.gov/.
35. Greife A., Jankowiak S., Steinbring J.
et al. Canonical Notch signalling is inactive in urothelial carcinoma. BMC Cancer 2014;14:628. DOI: 10.1186/1471-240714-628. PMID: 25167871.
36. Maraver A., Fernandez-Marcos P.J., Cash T.P. et al. NOTCH pathway inactiva-tion promotes bladder cancer progression. J Clin Invest 2015;125(2):824-30.
DOI: 10.1172/JCI78185. PMID: 25574842.
37. Rampias T., Vgenopoulou P., Avgeris M. et al. A new tumor suppressor role for the Notch pathway in bladder cancer. Nat Med 2014;20(10):1199-205.
DOI: 10.1038/nm.3678. PMID: 25194568.
38. Xu T., Wu X., Chen Q. et al. The anti-apoptotic and cardioprotective effects of salvianolic acid A on rat cardiomyocytes following ischemia/reperfusion by DUSP-mediated regulation of the ERK1/2/JNK pathway. PLoS One 2015;9(7):e102292. DOI: 10.1371/journal.pone.0102292. PMID: 25019380.
39. Kimura F., Florl A.R., Seifert H.H. et al. Destabilization of chromosome 9 in transi-
tional cell carcinoma of the urinary bladder. Br J Cancer 2001;85(12):1887-93. DOI: 10.1054/bjoc.2001.2154. PMID: 11747331.
40. Goriki A., Seiler R., Wyatt A.W. et al. Unravelling disparate roles of NOTCH
in bladder cancer. Nat Rev Urol 2018;15(6):345-57. DOI: 10.1038/ s41585-018-0005-1. PMID: 29643502.
41. Garcia-Cao I., Duran A., Collado M. et al. Tumour-suppression activity of the proapoptotic regulator Par4. EMBO Rep 2005;6(6):577-83. DOI: 10.1038/sj.em-bor.7400421. PMID: 15877079.
42. Hayashi T., Gust K.M., Wyatt A.W. et al. Not all NOTCH is created equal: the on-cogenic role of NOTCH2 in bladder cancer and its implications for targeted therapy. Clin Cancer Res 2016;22(12):2981-92. DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-15-2360. PMID: 26769750.
43. Fan X., Mikolaenko I., Elhassan I. et al. Notch1 and Notch2 have opposite effects on embryonal brain tumor growth. Cancer Res 2004;64(21):7787-93. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-04-1446. PMID: 15520184.
44. Mazur P.K., Einwachter H., Lee M. et al. Notch2 is required for progression of pancreatic intraepithelial neoplasia and development of pancreatic ductal adenocarci-noma. Proc Natl Acad Sci USA 2010;107(30):13438-43. DOI: 10.1073/ pnas.1002423107. PMID: 20624967.
45. Hanlon L., Avila J.L., Demarest R.M.
et al. Notch1 functions as a tumor suppressor in a model of K-ras-induced pancreatic ductal adenocarcinoma. Cancer Res 2010;70(11):4280-6. DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-09-4645. PMID: 20484026.
46. Wu Y., Cain-Hom C., Choy L. et al. Therapeutic antibody targeting of individual Notch receptors. Nature 2010;464(7291):1052-7. DOI: 10.1038/ nature08878. PMID: 20393564.
47. Zhang H., Liu L., Liu C. et al. Notch3 overexpression enhances progression and chemoresistance of urothelial carcinoma. Oncotarget 2017;8(21):34362-73. DOI: 10.18632/oncotarget.16156. PMID: 28416766.
48. Luistro L., He W., Smith M. et al. Preclinical profile of a potent y-secretase inhibitor targeting notch signaling with in vivo efficacy and pharmacodynamic properties. Cancer Res 2009;69(19):7672-80.
DOI: 10.1158/0008-5472.CAN-09-1843. PMID: 19773430.
49. Yuan X., Wu H., Xu H. et al. Notch signaling: An emerging therapeutic target for cancer treatment. Cancer Lett 2015;369(1):20-7. DOI: 10.1016/j.can-let.2015.07.048. PMID: 26341688.
50. Doody R.S., Raman R., Farlow M. et al. A phase 3 trial of semagacestat for treatment of Alzheimer's disease. N Engl J Med 2013;369(4):341-50. DOI: 10.1056/ NEJMoa1210951. PMID: 23883379.
a
JN
CS
U
u
«
cs cv
а
JN
CS
U
u
51. Dobranowski P., Ban F., Contreras-Sanz A. et al. Perspectives on the discovery
of NOTCH2-specific inhibitors. Chem Biol Drug Des 2018;91(3):691-706. DOI: 10.1111/cbdd.13132. PMID: 29078041.
52. Ferrarotto R., Mitani Y., Diao L. et al. Activating NOTCH1 mutations define a distinct subgroup of patients with adenoid cystic carcinoma who have poor prognosis, propensity to bone and liver metastasis, and potential responsiveness to Notch1 inhibitors. J Clin Oncol 2017;35(3):352-60.
DOI: 10.1200/JCO.2016.67.5264. PMID: 27870570.
53. Yen W.C., Fischer M.M., Axelrod F. et al. Targeting notch signaling with a Notch2/ Notch3 antagonist (Tarextumab) inhibits tumor growth and decreases tumor-initiating cell frequency. Clin Cancer Res 2015;21(9):2084-95. DOI: 10.1158/1078-0432.CCR-14-2808. PMID: 25934888.
54. Lee D., Kim D., Choi Y.B. et al. Simultaneous blockade of VEGF and Dll4 by HD105, a bispecific antibody, inhibits tumor progression and angiogenesis. MAbs 2016;8(5):892-904. DOI: 10.1080/ 19420862.2016.1171432. PMID: 27049350.
55. Andersson E.R., Lendahl U. Therapeutic modulation of Notch signaling — are we there yet? Nat Rev Drug Discov
2014;13(5):357-78. DOI: 10.1038/ nrd4252. PMID: 24781550.
56. Espinoza I., Pochampally R., Xing F. et al. Notch signaling: targeting cancer stem cells and epithelial-to-mesenchymal transition. Onco Targets Ther 2013;6:1249-59. DOI: 10.2147/OTT. S36162. PMID: 24043949.
57. Kangsamaksin T., Murtomaki A., Kofler N.M. et al. NOTCH decoys that selectively block DLL/NOTCH or JAG/ NOTCH disrupt angiogenesis by unique mechanisms to inhibit tumor growth. Cancer Discov 2015;5(2):182-97. DOI: 10.1158/2159-8290.CD-14-0650. PMID: 25387766.
«
cs cv
Вклад авторов
М.В. Новикова: написание текста рукописи;
Б.П. Копнин: анализ баз данных и обработка полученных результатов;
П.Б. Копнин: поиск и анализ публикаций по теме статьи, редактирование рукописи.
Authors' contributions
M.V. Novikova: article writing;
B.P. Kopnin: database analysis and processing of the results;
P.B. Kopnin: search and analysis of publications on the topic of the article, article editing.
ORCID авторов/ORCID of authors
М.В. Новикова/M.V. Novikova: https://orcid.org/0000-0002-1974-3790 Б.П. Копнин/B.P. Kopnin: https://orcid.org/0000-0003-3100-2212 П.Б. Копнин/P.B. Kopnin: https://orcid.org/0000-0002-2078-4274
Конфликт интересов. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. Conflict of interest. The authors declare no conflict of interest.
Финансирование. Работа выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда (соглашение № 14-15-00 467). Financing. The study was performed with the support of Russian Science Foundation (agreement No. 14-15-00 467).
Статья поступила: 26.09.2018. Принята к публикации: 06.11.2018. Article received: 26.09.2018. Accepted for publication: 06.11.2018.
