Cancer-testis genes in colon cancer

Full Text

СТ-гены — раково-тестикулярные (cancer-testis)гены РТК — рак толстой кишки В начале 90-х годов XX века обнаружен уникальный класс белков, ассоциированных с опухолями, для генов которых характерна экспрессия в зародышевых клетках яичка и плаценты, а также экспрессия в клетках многих злокачественных новообразований. На основе сходства профилей экспрессии для обозначения данной группы генов предложен термин «раково-тестикулярные» (cancer-testis, или СТ-гены). В первоначальном варианте в группу СТ-генов вошли те из них, для которых продемонстрирована экспрессия только в мужских половых клетках и в злокачественных опухолях различных гистологических типов, а также способность вызывать ответную реакцию иммунной системы. Однако в настоящее время исходно предложенные критерии нельзя распространить на всех представителей этой группы. Для многих из недавно открытых генов, имеющих схожую кодирующую последовательность, до сих пор не описано ни продуктов со схожим профилем экспрессии, ни антигенов, способных распознаваться Т-клетками. Часть СТ-генов экспрессируется в норме повсеместно. За исключением генов, принадлежащих семействам MAGE-A, B, C, E и генов семейств GAGE, XAGE и PAGE, не существует общих эволюционных связей между разными представителями СТ-генов. Кроме того, белковые продукты только 50% CT-генов вызывают иммунный ответ у человека. Поэтому в последние годы СТ-гены рассматриваются как группа генов, связанных общей картиной экспрессии [1]. В настоящее время насчитывается более 80 семейств, включающих не менее 150 СТ-генов и отличающихся профилем экспрессии, функциональными и структурными особенностями. В зависимости от хромосомной локализации СТ-генов выделено две группы: Х-ассоциированные и Х-независимые. Половина известных СТ-генов расположена на Х-хромосоме, а остальные распределены по всему геному. Эти две группы обладают рядом различий, которые проявляются как в профиле экспрессии, так и в спектре выполняемых функций. Большая часть СТ-генов, локализованных на Х-хромосоме, классифицируется как гены, ассоциированные опухолями. Их белковые продукты иммуногенны. Х-ассоциированные СТ-гены представляются наиболее перспективными для отбора новых опухолевых биомаркеров [2]. По особенностям строения СТ-гены разделяют на две группы: процессированные гены и гены, имеющие типичное экзон-интронное строение. К первым относятся СТ-гены, имеющие открытую рамку считывания, закодированную в последнем экзоне, например семейства СТ-генов MAGE-A, -B и-C. Во вторую группу входят СТ-гены, открытая рамка считывания которых разделена на несколько экзонов, например гены MAGE-D, F, E, магфинины и трофинин [3]. В норме СТ-гены экспрессируются в репродуктивных тканях взрослого человека на разных стадиях сперматогенеза, в эмбриональных тканях, а также в стволовых клетках. Например, гены MAGE-A3, MAGE-A10, MAGE-A8, XAGE-2 и XAGE-3 экспрессируются в плаценте, GAGE, MAGE-A1 и NY-ESO — в яичниках [4]. Особенности экспрессии СТ-генов на разных этапах сперматогенеза представляют интерес, поскольку могут пролить свет на механизмы, злокачественного перерождения клеток. СТ-гены экспрессируются неоднородно на разных стадиях сперматогенеза и в различных клеточных компартментах семенников [5]. Белковые продукты СТ-генов принимают участие в регуляции митотического деления в сперматогониях, мейотического цикла в сперматоцитах и созревании сперматозоидов [6]. Показано, что экспрессия СТ-генов наблюдается в делящихся клетках зародыша, а также в активно пролиферирующих опухолевых клетках. Обнаружена экспрессия СТ-генов NY-ESO1, MAGE-A, GAGE, RAGE и SSX в мезенхимальных стволовых клетках печени плода и в постнатальный период в стволовых клетках костного мозга. По мере дифференцировки клеток наблюдается заметное снижение уровня экспрессии СТ-генов. Поскольку СТ-гены экспрессируются в стволовых клетках с безграничным потенциалом к делению и распространению, то начало их экспрессии в опухолях считают признаком перерождения обратно в стволовые клетки и изменения программы регенерации [7]. В здоровом организме экспрессия СТ-генов характерна только для иммунопривилегированных органов, таких как семенники, плацента, трофобласт, яичники, и подавлена в соматических клетках [5]. Причиной молчания СТ-генов в соматических клетках является метилирование островков CpG, что приводит к запрету транскрипции, а ключевым моментом в индукции экспрессии Х-ассоци-ирванных СТ-генов является деметилирование промоторных участков CpG, что приводит к индукции экспрессии СТ-генов в клетках, не экспрессирующих их ранее. Для неопластических клеток характерен дисбаланс метилирования. Он заключается в общем гипометилировании генома и локальном гиперметилировании промоторов ряда генов, вовлеченных в регуляцию клеточного цикла, процессы дифференцировки и апоптоз. Существует связь между прогрессией опухоли и снижением общего уровня метилирования генома [8]. Обнаружена положительная корреляция между деметилированием промоторных участков СТ-генов и экспрессией этих генов [9]. На экспрессию СТ-генов могут влиять мутации в регуляторных генах. Ряд работ указывают на роль мутантных регуляторных белков как возможных факторов, приводящих к экспрессии СТ-генов. Примером служит миелоидный лейкоз, при котором наблюдается экспрессия большого количества СТ-генов [10]. Структура хроматина также может играть важную роль в регуляции экспрессии генов. Хроматин, содержащий в гистонах гипоацетилированные остатки лизина, имеет компактную структуру, обеспечивающую ингибирование транскрипции [11]. Ин-гибиторы гистондеацетилазы (HDAC) вызывают гиперацетилирование гистонов и, таким образом, конвертируют хроматин к развернутой структуре, активируя транскрипцию генов, ингибирующих рост опухоли. Считается, что злокачественная трансформация запускает гаметогенную программу, вследствие чего начинают экспрессироваться СТ-гены [1]. На основе тканевой специфичности экспрессии выделено 3 группы СТ-генов: 1. Testis-Restricted (ТR-СТ) — гены, экспрессия которых ограничивается семенниками и плацентой: 35 Х-ассо-циированных генов (экспрессируются только в тестикулах) и 4 Х-независимых гена. 2. Testis/Brain-Restricted (ТВR-CT) — гены, экспрессия которых ограничивается тестикулами и тканями мозга: 12 Х-ассоциированных и 2 Х-независимых гена. 3. Testis-Selective (ТS-CT) — гены, экспрессия которых встречается в различных нормальных тканях: 26 Х-ассо-циированных и 59 Х-независимых генов. Экспрессия еще 7 генов (2 Х-ассоциированных и 5 Х-независимых) не зарегистрирована ни в одной из протестированных тканей [3]. Один из критериев, на основании которого гены относят к группе СТ, — наличие аберрантной экспрессии в опухолях различного генеза. Показано, что распространенность мРНК СТ-генов сильно варьирует между опухолями различных типов [12]. Так, при гепатоцеллюлярной карциноме и меланоме, раке яичников, мочевого пузыря и раке легкого зафиксирована частая экспрессия множества СТ-генов. Эти опухоли относят к группе «СТ-богатых» опухолей. При гемопоэтических опухолях, включая лимфомы и лейкозы, при раке почки, раке желудка, раке поджелудочной железы, регистрируется экспрессия ограниченного количества СТ-генов [1]. Опухоли молочной железы, простаты имеют промежуточный характер экспрессии СТ-генов [13]. Однако существуют исключения. Показан высокий уровень мРНК гена NY-ESO1 при синовиальной саркоме, гена СТ7 при множественной миеломе [14], гена СТ45 при классической лимфоме Ходжкина [15]. Матричная РНК СТ-генов обнаруживается в периферической крови онкологических больных, что свидетельствует о наличии в кровяном русле метастазирующих раковых клеток или внеклеточных везикул (экзосом), содержащих нуклеиновые кислоты раковой клетки. Экспрессия СТ-генов в периферической крови наблюдается в разных сочетаниях и с разной частотой. Для всех типов опухолей наблюдается тенденция к повышению уровня экспрессии мРНК СТ-генов на более поздних стадиях заболевания, а также в ходе снижения степени дифференцировки клеток. Обычно частота обнаружения мРНК СТ-генов увеличивается при наличии метастазов. Еще одной особенностью СТ-генов является их коэкспрессия. Так, опухоль, положительная на СТ-гены, часто экспрессирует больше одного наименования СТ-генов [16, 17]. Обнаружена корреляция между уровнем экспрессии СТ-генов и степенью дифференцировки клеток меланомы человека [18]. При раке толстой кишки (РТК) с метастазами в печени экспрессия как минимум 1 гена из семейства генов MAGE-А обнаружена в 79% случаев. На поздних стадиях РТК, когда наблюдается распространение опухоли на соседние структуры и образование метастазов в регионарных лимфатических узлах или отдаленных органах, почти всегда экспрессируется как минимум один из СТ-генов, в частности гены MAGE-А (1−6) [19]. Показано участие раково-тестикулярных белков в регуляции клеточного цикла, работе транскрипционных комплексов, ингибировании апоптоза [20]. В частности, белки MAGE-А являются транскрипционными факторами, которые регулируют процессы ацетилирования гистонов и убиквитинилирования белков, и таким образом способствуют защите клеток от апоптоза и как следствие развитию злокачественных новообразований. Продемонстрированы частая и высокая экспрессия СТ-генов и большая распространенность их белковых продуктов как в опухолевых очагах, так и в периферической крови больных РТК (см. таблицу). Наличие 6 антигенов MAGE (MAGE-A1, A3, A4, A6, A10 и A12) показано почти в 50% образцов крови и в клетках 4 линий, полученных от больных РТК. При исследовании экспрессии 9 СТ-генов в образцах опухолей от 121 больного РТК больше 50% образцов экспрессировали как минимум один СТ-ген и около 25% образцов — 2 СТ-гена или больше [21]. ЭкспрессияСТ-геновприРТК Анализ экспрессии СТ-генов в образцах опухолевых очагов и периферической крови больных РТК до и после хирургического вмешательства показал, что в опухолевых очагах чаще других выявлялась мРНК семейств генов SSX и MAGE-A (59 и 55% соответственно). Гены NY-ESO-I, PAGE, GAGE1−8 и XAGE1 экспрессировались в 30% случаев, а ген MAGE-C лишь в 10%. В периферической крови до операции выявлялась мРНК только одного из СТ-генов (чаще всего XAGE1). Одновременная экспрессия более одного СТ-гена обнаружена в 50% образцов. При этом экспрессия гена MAGE-C более характерна для образцов крови, чем для клеток опухолевых очагов. После удаления опухоли в образцах периферической крови тех же больных наблюдалась экспрессия от 2 до 4 наименований мРНК СТ-генов (чаще других генов семейства SSX), что совпадает с результатами, полученными для опухолевого очага. Вероятно, хирургическое удаление опухоли способствует попаданию опухолевых клеток в кровяное русло и повышает содержание мРНК СТ-генов в периферической крови [17, 22]. Экспрессия генов MAGE-А (1−6) и SSX (1−9) коррелирует с наличием метастазов в печени при РТК. Частота комбинированной экспрессии для генов MAGE составляла 51%, а для генов SSX — 32% [23]. Изучена связь экспрессии СТ-генов с метастазированием опухоли. Обнаружено, что наличие мРНК гена SPAG9 ассоциировано с ранней стадией РТК, но не с наличием метастазов, обнаружение мРНК гена TSP50 ассоциировано с неблагоприятным прогнозом [25, 26]. Оценена частота экспрессии генов PAGE4, SCP-1 и SPANXA/D при РТК с метастазами в печени. Частота экспрессии генов PAGE4 и SCP-1 значительно выше при наличии метастазов в сравнении с опухолями без метастазирования [27]. Проведенное нами исследование показало экспрессию мРНК генов MAGE-А (1−6) в 18 из 32 обследованных образцов крови вне зависимости от стадии развития опухоли. У 9 больных, положительных по мРНК MAGE-А (1−6), наблюдались метастазы в печени или легких. Кроме того, в ряде случаев наблюдалась экспрессия генов MAGE-А (1−6) в тандеме с другими СТ-генами, такими как NY-ESO1 (5 из 32 случаев), TRAG3 (2 из 32 случаев), SSX и RAGE (по одному из 32 случаев) [19]. Экспрессия генов MAGE-C1 и XAGE1 наблюдалась при благоприятном течении заболевания. В то же время экспрессия генов MAGE-A (1−6) и SSX1, 2, 4 связана с неблагоприятным прогнозом [24]. Обнаружена высокая частота экспрессии гена STK31 в образцах опухоли больных РТК, раком желудка и пищевода. Ген STK31 кодирует серин/тирозинкиназу, экспрессируется в норме в сперматогониях и яичниках. Ген STK31 экспрессируется также в 50% случаев при аденокарциноме прямой кишки. На клеточных культурах показано, что нокдаун гена STK31 приводит к более дифференцированному фенотипу опухоли и снижению уровня пролиферации клеток [28]. Функциональная роль гена заключается в регуляции клеточного цикла [29]. Возможным кандидатом в опухолевые биомаркеры является СТ-ген OY-TES-1, кодирующий акрозинсвязывающий белок ACRBP. В норме OY-TES-1 экспрессируется в сперматогониях и яичниках, участвуя в сперматогенезе. В соматических тканях обнаружены лишь следы мРНК OY-TES-1, тогда как в различных опухолях мРНК этого гена обнаруживалась с высокой частотой в опухолях толстой кишки, мочевого пузыря, молочной железы, легкого, печени и яичников [30, 31]. Для изучения частоты экспрессии белка, кодируемого геном OY-TES-1 в образцах опухоли яичников, использована технология тканевых микрочипов. Наличие антигена OY-TES-1 выявлено в 81% (87 из 107) образцов опухолевой ткани и в 56% (27 из 48) образцов ткани, смежной с опухолью. Статистически значимой зависимости между экспрессией OY-TES-1, стадией развития опухоли и гистологической формой не обнаружено [32]. Тем не менее показано, что высокая экспрессия OY-TES-1 ассоциирована с низкой выживаемостью и высокой вероятностью рецидива у больных раком яичников [33]. Обнаружена статистически значимая связь между экспрессией белка, кодируемого геном OY-TES-1, и степенью дифференцировки и инвазии опухоли [34]. Выявлена высокая экспрессия гена OY-TES-1 в мезенхимальных стволовых клетках. Нокдаун гена OY-TES-1 приводил к ингибированию клеточного роста, индукции апоптоза, сбоям в клеточном цикле и ослаблению способности клеток к миграции [35]. Схожие результаты получены при изучении экспрессии гена в опухолевых клетках при гепатоцеллюлярной карциноме. Нокдаун гена OY-TES-1 приводил к снижению скорости роста и способности клеток к миграции, повышению экспрессии каспазы-3 и понижению экспрессии циклина Е. Показана роль OY-TES-1 в регуляции митоза и пролиферации раковых клеток [33, 36]. У больных РТК регистрируется высокая частота экспрессии OY-TES-1 в опухолевых клетках. Так, мРНК гена OY-TES-1 выявлялась в 73% случаев, белок OY-TES-1 — в 43% [34]. Продемонстрирована корреляция между экспрессией белка, кодируемого геном OY-TES-1, и степенью опухолевой инвазии. Кроме того, белок OY-TES-1 при низкодифференцированных опухолях выявлялся чаще, чем при умеренно или сильно дифференцированных опухолях [34, 37]. Представленные данные свидетельствуют о возможности применения OY-TES-1 в качестве мониторингового маркера при РТК. Таким образом, анализ экспрессии СТ-генов информативен при мониторинге РТК и других онкологических заболеваний. Авторы заявляют об отсутствии конфликтаинтересов.

About the authors

N R Hilal

D V Novikov

V V Novikov

A V Karaulov

References

Supplementary files