Группа ученых из Исследовательского института Скриппса (The Scripps Research Institute) установила ключевые элементы стратегии, используемой раковыми клетками для выживания в процессе метастазирования. Результаты исследования, проведенного лабораторией профессора Джеймса Квигли (James Quigley), могут помочь в разработке лекарственных препаратов, подавляющих этот процесс у онкологических больных.

Оторвавшиеся от первичной опухоли раковые клетки, попавшие в чужую для них среду – кровь или новый орган, – разрушаются посредством апоптоза. Но экспрессия высоких уровней одного из поверхностных белков защищает клетки от апоптоза, значительно повышая их способность колонизировать отдаленные органы. Однако как этот белок блокирует апоптоз и способствует метастазированию, оставалось неизвестным.

Ученые из Исследовательского института Скриппса установили, что опухолевые клетки защищает не повышение уровня экспрессии этого белка как таковое, а, скорее, его расщепление протеолитическими ферментами, являющееся триггером сигнального каскада, блокирующего апоптоз.

Поверхностный белок, попавший в фокус данного исследования, известный как CUB Domain Containing Protein 1 (CDCP1), активно экспрессируется на поверхности предрасположенных к метастазированию опухолевых клеток человека.

В клинических исследованиях CDCP1 был обнаружен в мембранах клеток различных видов опухолей, и его присутствие было связано с неблагоприятным прогнозом заболевания. В 2009 году было установлено, что CDCP1 стимулирует способность опухолеподобных клеток колонизировать новые ткани и что антитела к CDCP1 в значительной степени блокируют CDCP1-индуцируемую опухолевую колонизацию. В 2010 году, на основании экспериментов на клеточных культурах, лаборатория профессора Квигли сообщила, что большую часть мембранного белка CDCP1 можно расщепить ферментами сериновыми протеазами. Это расщепление приводит к биохимической активации внутреннего фрагмента CDCP1 в ходе процесса, называемого фосфорилированием тирозина, в данном случае, с участием связанного с раком белка Src.

Однако ученым не хватало доказательств биохимической связи CDCP1 с блокированием апоптоза и успешным метастазированием, полученных на живых животных. В новом исследовании они поставили своей целью найти такие доказательства. Введя в куриные эмбрионы модифицированные человеческие эмбриональные клетки почек (human embryonic kidney (HEK) cells), экспрессирующие ген CDCP1 (обычно HEK-клетки не экспрессируют этот ген), они установили, что белки CDCP1 на HEK-клетках начали расщепляться резидентными ферментами до более коротких форм и полноразмерную форму белка не удавалось обнаружить уже через 96 часов. Экспрессирующие CDCP1 НЕК-клетки показывали в четыре раза более высокую выживаемость в куриных эмбрионах, чем контрольные CDCP1-отрицательные клетки.

Затем, чтобы показать, что расщепление CDCP1 сериновыми протеазами является ключевым событием, способствующим выживанию опухолевых клеток, ученые перешли к экспериментам на животных с клетками человеческого рака предстательной железы, естественно экспрессирующими CDCP1.

Блокирование расщепления CDCP1 с помощью уникальных моноклональных анти-CDCP1 антител, разработанных в лаборатории Квигли, или добавление соединения, селективно ингибирующего сериновые протеазы, останавливало расщепление CDCP1, и CDCP1-экспрессирующие раковые клетки почти полностью теряли способность колонизировать ткани куриных эмбрионов.

Кроме того, было подтверждено, что расщепление CDCP1 в организме живых животных приводит к биохимической активации его внутреннего фрагмента путем фосфорилирования тирозина с участием связанных с раком белков Src и PKCδ. За этим следует каскадная активация антиапоптозного белка Akt и ингибирование опосредующих апоптоз ферментов.

Участники исследования руководитель
лаборатории профессор Джеймс Квигли (James Quigley),
научные сотрудники Берта Казар (Berta Casar) и
Елена Дерюгина (Elena Deryugina) (слева направо).
(Фото: scripps.edu)

Еще один ключевой эксперимент показал, что основным ферментом, расщепляющим CDCP1 в метастазирующих раковых клетках, является плазмин – сериновая протеаза, обладающая тромболитическим действием. У мышей с дефицитом молекулы-предшественника плазмина – плазминогена – не происходит расщепления CDCP1 в несущих его опухолевых клетках, и они почти полностью теряют способность выживать в легочной ткани.

Оторвавшиеся от основной опухоли клетки, как правило, мигрируют к отдаленным органам с кровотоком, поэтому использование ими распространенных ферментов крови, таких как плазмин, в качестве способствующих выживанию факторов имеет смысл. Ученые уже давно связывают плазмин с раком, но, к сожалению, его тромболитическая функция настолько важна, что назначение препаратов-ингибиторов плазмина онкологическим больным может принести больше вреда, чем пользы.

«Мы считаем, что разумной стратегией подавления метастазирования была бы попытка предотвратить расщепление этого поверхностного белка с помощью антител или низкомолекулярных соединений, связывающих сайт расщепления», – считает Елена Ивановна Дерюгина (Elena I. Deryugina), научный сотрудник лаборатории профессора Квигли, ответственный автор статьи об исследовании, опубликованной в журнале Oncogene.

Лаборатория профессора Квигли планирует продолжить работу в этом направлении.

Аннотация к статье

Blocking of CDCP1 cleavage in vivo prevents Akt-dependent survival and inhibits metastatic colonization via PARP1-mediated apoptosis of cancer cells