Раковые клетки выстраивают линию обороны

Ученые выяснили, что раковые стволовые клетки способны «вернуться к жизни» даже на терминальных стадиях апоптоза, становясь более агрессивными.

Концепция раковых стволовых клеток возникла относительно недавно. Но, несмотря на это, её стремительное развитие привело к тому, что сегодня раковые стволовые клетки (РСК) рассматриваются как центральные участники канцерогенеза и главная мишень в разработке новых методов терапии онкологических заболеваний.

С инициирующих раковых стволовых клеток начинается само формирование злокачественного новообразования. Возрастание степени злокачественности и развитие устойчивости опухолей к различным видам химио- и радиотерапии также определяется РСК. Именно РСК участвуют в метастазировании первичной опухоли, и именно они способны к переходу в дормантное (от англ. «dormancy» – состояние покоя) состояние, например, после проведенного лечения, из которого они потом «выходят», давая начало высоко злокачественным, часто фатальным рецидивам.

Иными словами, все ключевые характеристики злокачественных новообразований, делающие их смертельно опасными заболеваниями, определяются раковыми стволовыми клетками. Соответственно, сами РСК являются главным препятствием на пути полного излечения пациентов. И в этом заключается основная проблема, не позволяющая достичь данной цели в большинстве случаев. РСК отличаются чрезвычайной устойчивостью к существующим методам лечения онкологических заболеваний, и, даже в случаях успешного лечения, среди всех опухолевых клеток РСК погибают последними.

Недавно ученые Университета Техаса обнаружили еще один удивительный феномен, связанный с резистентностью раковых стволовых клеток. Результаты их исследования, опубликованного он-лайн на сайте журнала Nature Cell Death and Differentiation, показали, что в определенных экспериментальных условиях РСК выживают даже после того, как входят в апоптоз.

Вкратце, апоптоз или, как его еще называют, запрограммированная клеточная гибель, представляет собой сложноорганизованный процесс активации определенных молекулярных каскадов внутри клетки, приводящих к её гибели. Соответственно, для нормальных клеток апоптоз является терминальным событием их судьбы. После того, как этот процесс входит в определенную фазу, гибель клетки становится неминуемой. Как было показано ранее, раковые клетки обладают множеством механизмов, останавливающих апоптоз до его вхождения в необратимую фазу. Однако о существовании механизмов выживания клетки на терминальных стадиях апоптоза, когда погибающая клетка распадается на так называемые апоптотические тельца, до сих пор никто не предполагал. Оказалось, что у РСК такие механизмы существуют.

В экспериментах авторы использовали клеточную линию рака мочевого пузыря человека RT4P. Известно, что в ходе многократных повторных трансплантаций мышам клетки раковых линий человека приобретают характеристики РСК. Проведя эту процедуру с клетками RT4P, ученые убедились в развитии у них РСК-фенотипа по экспрессии ряда маркеров клеточной поверхности, характерных для РСК. Для запуска апоптоза эти клетки обрабатывались классическим химиотерапевтическим препаратом цисплатином, стандартно применяемым для терапии рака мочевого пузыря и вызывающим в повреждения ДНК в клетках. Наряду с этим, для большей убедительности, использовалось подавление двух важных белковых регуляторов метаболизма глюкозы – GSK-3β и p70S6K.

Клетки, прошедшие ряд трансплантаций и приобретшие посредством этого фенотип раковых стволовых клеток, после такой обработки in vitro входили в апоптоз, приводящий к формированию апоптотических телец. Однако, в данном случае, процесс не завершался их гибелью. Вместо этого апоптотические тельца РСК сливались друг с другом, формируя щитообразную структуру, окружающую основное апоптотическое тельце, содержащее ДНК. Такие структуры авторы назвали «везикулярными щитами» (blebbishields).

Дальнейший анализ показал, что везикулярные щиты обладают основными характеристиками стволовых клеток и экспрессируют транскрипционные факторы Яманаки (факторы, характерные для плюрипотентных стволовых клеток). Более того, как и РСК, везикулярные щиты обладают экстремальной выживаемостью. В условиях высоких концентраций цисплатина in vitro эти структуры формировали сфероидные клеточные образования, характерные для культивируемых раковых стволовых клеток. Кроме того, клеточные колонии, сформированные везикулярными щитами, как и популяция РСК наиболее злокачественных опухолей, отличаются высокой гетерогенностью, которая определяется по экспрессии набора транскрипционных факторов и сигнальных белков. Наконец, везикулярные щиты также способны к запуску формирования опухоли при трансплантации мышам. При этом опухоли, сформированные везикулярными щитами, растут существенно быстрее опухолей, инициированных клетками, не подвергавшимися апоптозу.

Таким образом, раковые стволовые клетки в определенных условиях способны выживать даже после запуска терминальных фаз апоптоза, и после выживания такие клетки приобретают бóльшую злокачественность и агрессивность. Результаты этой работы, продемонстрировавшие существование ранее неизвестных механизмов поистине экстремальной выживаемости раковых стволовых клеток, безусловно, должны привести к пересмотру критериев эффективности разрабатываемых методов лечения злокачественных новообразований, и поиску новых способов уничтожения РСК.

Источник: G.G. Jinesh, W. Choi, J.B. Shah, E.K. Lee, D.L. Willis and A.M. Kamat. Blebbishields, the emergency program for cancer stem cells: sphere formation and tumorigenesis after apoptosis. Cell Death & Differentiation, (23 November 2012) | doi:10.1038/cdd.2012.140v

Иллюстрации из статьи:

1. Раковые клетки защищаются.
2. C - Формирование везикулярных щитов. Запись в режиме реального времени. Стрелками указаны апоптотические тельца, инициирующие формирование везикулярного щита; D – Сканирующая (слева) и трансмиссионная (справа) электронная микроскопия везикулярных щитов на ранних (вверху) и поздних (внизу) стадиях формирования. Видно формирование полноценной активной клетки с деконденсированным активным хроматином. N – ядро, С – цитоплазма, aNu – активное ядрышко, сNu – цитоплазматическое ядрышко, NM – ядерная мембрана, Blebs – апоптотические тельца.