Кадгерины представляют собой крупное семейство трансмембранных или мембранно-связанных гликопротеинов, обеспечивающих специфическую кальцийзависимую адгезию клеток. Кадгерины входят в состав межклеточных контактов и играют важную роль в морфогенезе многих тканей и органов [1]. Данное семейство включает 5 подсемейств: «классические» кадгерины 1-го типа, кадгерины 2-го типа, кадгерины десмосом (десмоколлины и десмоглеины), протокадгерины и кадгеринсвязанные белки [2].

E-кадгерин (эпителиальный кадгерин, кадрегин-1) относится к «классическим» кадгеринам и получил префикс E (epithelial), поскольку обнаруживается в эпителиальных клетках в отличие от N-кадгерина (определяется в нервных клетках) и P-кадгерина (определяется в плаценте) [2]. E-кадгерин кодируется геном CDH1 и состоит из 728 аминокислотных остатков, имеет молекулярную массу 97,5 кДа, включает внеклеточный (около 550 аминокислотных остатков), трансмембранный и внутриклеточный домены (около 150 аминокислотных остатков). Внеклеточный домен обеспечивает гомофильное (с другими молекулами E-кадрегина на поверхности соседних клеток) и гетерофильное взаимодействие (с молекулами других белков). Внутриклеточный домен связывает ARM-домен β-катенина, который в свою очередь N-концом связывает αE-катенин с образованием E-кадгерин/β-катенин/αE-катенинового комплекса, известного как CCC-комплекс [3].

Стабильность CCC-комплекса поддерживается катенином p120 [4]. CCC-комплекс динамически связан с актиновым цитоскелетом и принимает участие в поддержании полярности, регулировке подвижности и пролиферации эпителиальных клеток [5]. Такая связь обеспечивается за счет активной миграции αE-катенина между «неактивной» E-кадгеринсвязанной формой и «активной» димерной формой, связанной с цитосклетом (рис. 1). Димеры активно связывают филаменты F-актина и предотвращают его нуклеацию, а также разветвляющую активность Arp2/3-комплекса. αE-катенин также может способствовать сборке форминопосредованных линейных актиновых филаментов, таким образом, в зонах с высокой концентрацией αE-катенина происходит локальное ремоделирование цитоскелета за счет его отсоединения от CCC-комплекса. Кроме того, αE-катенин может взаимодействовать с отдельными актинсвязанными белками (ZO-1, спектрин, винкулин, α-актинин, везатин, нектин-афадиновый комплекс) и обеспечивать связь цитоскелета и плотных контактов. Также за связь с актиновым цитоскелетом может отвечать белок EPLIN, который локализуется в апикальной части актинового цитоскелета и имеет два актин-связывающих домена.

Рис. 1. Схематичное изображение CCC-комплекса, обеспечивающего плотные контакты между двумя соседними эпителиальными клетками, а также белков, отвечающих за связь с актиновым цитоскелетом (по F. van Roy, G. Berx [2], с изменениями).

E-кадгерин играет важную роль в эмбриогенезе позвоночных. У мышей впервые E-кадгерин начинает экспрессироваться после первого дробления зиготы, когда эмбрион состоит из двух клеток. Во время развития зародыша экспрессия E-кадгерина претерпевает динамические изменения. Так, во время гаструляции отмечается снижение экспрессии E-кадгерина в клетках расслаивающейся эктодермы первичной полоски, в результате чего формируется мезодерма [6]. Аналогично во время нейруляции экспрессия E-кадгерина выключается в зачатках нервной ткани, но остается высокой на границе эктодермы и нейроэктодермы, что обеспечивает закрытие нервной трубки [7]. Во время органогенеза почек экспрессия E-кадгерина вновь возрастает, обеспечивая мезенхимально-эпителиальный переход и формирование эпителия почечных канальцев, который, как известно, имеет мезенхимальное происхождение. Эмбрионы мыши с полным нокаутом гена E-кадгерина (CDH1^-/-) погибают на 4-е сутки вследствие дефектов адгезии клеток и организации цитоскелета, не позволяющих сформировать трофоэктодерму [8].

В постнатальном периоде E-кадгерин играет важнейшую роль в формировании межклеточных контактов эпителия (посредством гомофильных взаимодействий с молекулами E-кадгерина соседних клеток), поддержании целостности эпителиального пласта и гомеостаза межклеточного пространства эпителиальных клеток.

Посредством гетерофильных взаимодействий E-кадгерин участвует во взаимодействии эпителиальных клеток и лимфоцитов, а также в развитии некоторых инфекционных заболеваний. E-кадгерин может связывать α_Еβ₇(CD103)-интегрин и белок интерналин бактерии Listeria monocytogenes. α_Еβ₇(CD103-)интегрин экспрессируется на поверхности интраэпителиальных лимфоцитов и других лейкоцитов, находящихся в составе слизистых оболочек, но не на поверхности лейкоцитов периферической крови [9]. Нокаут гена CD103 вызывает нарушение распределения T-лимфоцитов внутри эпителия слизистых оболочек [10]. Также известно, что опухольинфильтрирующие лимфоциты часто экспрессируют α_Еβ₇(CD103)-интегрин, и его взаимодействие с E-кадгерином необходимо для уничтожения опухолевых клеток посредством поляризации цитолитических гранул (специализированных «секреторных» лизосом цитотоксических T-лимфоцитов) [11].

Другим примером гетерофильного взаимодействия E-кадгерина является связывание белка интерналина, расположенного на поверхности Listeria monocytogenes, что способствует проникновению микроорганизма через эпителий кишки, а также плацентарный и гематоэнцефалический барьеры. Аналогично E-кадгерин на поверхности клеток назофарингеального эпителия человека является рецептором для поверхностного адгезивного белка A Streptococcus pneumoniae, а E-кадгерин эпителиальных клеток слизистой оболочки полости рта связывает белок адгезин Als3, имеющийся у Candida albicans [12, 13].

E-кадгерин и канцерогенез

Большинство авторов [14—16] подчеркивают важную роль E-кадгерина в канцерогенезе в качестве опухолевого супрессора. Как показано в экспериментальных исследованиях [17], снижение функции E-кадгерина связано с приобретением клетками мезенхимального фенотипа, усилением миграции, инвазивных свойств, способности к метастазированию.

Часто супрессорная функция E-кадгерина рассматривается в контексте эпителиально-мезенхимального перехода (epithelial-mesenchymal transition — EMT). EMT представляет собой спектр изменений в клетке, который подразумевает утрату клетками эпителиальных характеристик (апикально-базальная ориентация, многочисленные межклеточные контакты) и приобретение ими мезенхимального клеточного фенотипа (меньшая степень адгезии к другим клеткам, высокая способность к миграции) [18]. EMT и обратный процесс играют важную роль в морфогенезе органов и тканей во время эмбрионального развития (см. выше). Также широко обсуждается роль EMT в прогрессии злокачественных опухолей эпителиального происхождения [19]. Одним из ключевых моментов EMT является переключение экспрессии эпителиальных кадгеринов (в частности, E-кадгерина) на экспрессию мезенхимальных кадгеринов (N-кадгерин) [18].

Помимо функции опухолевого супрессора обсуждаются и другие возможные механизмы участия E-кадгерина в прогрессии опухолей [20]. Показана важная роль E-кадгерина в процессе интравазации клеток опухоли, поддержании целостности опухолевых эмболов [15] и дальнейшем метастазировании, что показано на моделях воспалительной карциномы молочной железы [21]. Интравазация — это процесс, при котором опухолевые клетки проникают в кровеносные и лимфатические сосуды, что в дальнейшем приводит к появлению метастазов [22]. Опухолевые эмболы — не просто случайные конгломераты опухолевых клеток, их биология гораздо сложнее, чем предполагалось ранее. Клетки в опухолевых эмболах резистентны к системной химиотерапии и при этом сохраняют свою жизнеспособность, что критично важно для реализации опухолевого метастазирования. Данные характеристики реализуются в опухолевых эмболах посредством гиперэкспрессии E-кадгерина, обеспечивающего формирование межклеточных контактов. В исследовании J.S. Tomlinson и соавт. на ксенографтной модели MARY-X воспалительной карциномы молочной железы показано, что E-кадгерин гиперэкспрессируется в опухолевых эмболах, обеспечивая существование компактных опухолевых структур, подобных клеточным сфероидам [23, 24]. Опухолевые эмболы в этой модели не способны связываться с эндотелиальными клетками благодаря повышенной экспрессии sialyl-Lewis X/A-дефицитного муцина 1, который не может соединяться с E-селектином (основной молекулой адгезии эндотелиальных клеток) [23]. Сочетание гиперэкспрессии E-кадгерина и неспособности эмболов к адгезии на эндотелиальных клетках облегчает пассивную диссеминацию эмболов. Таким образом, в этом контексте E-кадгерин может выполнять функцию промотора опухолевой диссеминации (рис. 2, а) [25].

Рис. 2. E-кадгерин как промотор опухолевой диссеминации (по F.J. Rodriguez и соавт. [17], с изменениями).

а — E-кадгерин способствует формированию и интравазации опухолевых эмболов. Усиленная посредством E-кадгерина адгезия клеток обеспечивает безъякорный рост и резистентность к химиотерапии (синий цвет — нормальные клетки, розовый — опухолевые, оранжевый — эндотелиальные; серые полоски — E-кадгерин, белые — другие типы кадгеринов); б — увеличение экспрессии инициатора трансляции eIF4GI ведет к IRES-опосредованной трансляции белков, включающих p120-катенин. Повышенная экспрессия p120-катенина стабилизирует E-кадгерин плотных контактов, обеспечивает формирование и стабилизацию микроэмболов. H&E — опухолевый эмбол в сосуде; E-cadherin — выраженная экспрессия в клетках опухолевого эмбола.

Гиперэкспрессия E-кадгерина в опухолевых эмболах может быть связана не с изменением транскрипции E-кадгерина, а с повышением экспрессии p120-катенина [26]. D. Silvera и соавт. [26] показали, что в опухолевых клетках гиперэкспрессируется инициатор трансляции eIF4GI, что приводит к синтезу белков (в частности, p120-катенина), ответственных за формирование опухолевых эмболов; p120-катенин стабилизирует E-кадгерин в составе опухолевых эмболов (рис. 2, б). Выключение eIF4GI ослабляет рост опухоли in vivo, приводит к уменьшению ее размеров и снижению количества опухолевых эмболов (на ксенографтных моделях).

E-кадгерин не только играет роль в поддержании целостности опухолевого эмбола, но и поддерживает жизнеспособность этих клеток. Экспериментально показано, что E-кадгерин обеспечивает безъякорный рост (ancorage independent growth) в сфероидах культуры клеток плоскоклеточного рака ротовой полости (HSC-3) и клеток саркомы Юинга [27], причем в последнем случае экспрессия E-кадгерина увеличивалась при культивировании в условиях безъякорного роста. Безъякорный рост — это способность клеток выживать и пролиферировать при отсутствии взаимодействия с внеклеточным матриксом является одной из характеристик опухолевых клеток. При безъякорном росте сигналы от межклеточных взаимодействий подавляют аноикис (разновидность апоптоза, наступающая в ответ на неправильную адгезию клеток с внеклеточным матриксом). Таким образом, E-кадгерин поддерживает целостность опухолевых эмболов, обеспечивает жизнеспособность и рост опухолевых клеток, ингибирует апоптоз.

Важная роль E-кадгерина в канцерогенезе показана во многих исследованиях, в частности, известно, что инактивация гена CDH1 приводит к увеличению инвазивного и метастатического потенциала опухолевых клеток [28]. Снижение экспрессии E-кадгерина в клетках опухолей человека происходит различными способами: мутациями или эпигенетическим подавлением активности гена CDH1, эндоцитозом белка, а также увеличением экспрессии неэпителиальных кадгеринов.

Инактивирующие мутации гена E-кадгерина были впервые описаны в диффузном подтипе рака желудка [29]. В спорадическом диффузном/смешанном раке желудка соматические мутации, ответственные за отсутствие или аномальную экспрессию E-кадгерина, преимущественно связаны с пропуском экзонов 8 и 9, частота этих мутаций варьирует от 20 до 60% [30]. Различные мутации гена E-кадгерина также ответственны за развитие наследственных форм рака желудка.

Подавление экспрессии E-кадгерина в злокачественных опухолях может быть следствием остановки транскрипции гена CDH1 [31]. Однако чаще подавление экспрессии E-кадгерина при раке желудка связано с метилированием промотора гена [32]. Потеря гетерозиготности встречается редко. Механизм метилирования гена CDH1 описан во многих злокачественных опухолях человека [33]. Метилирование промотора гена CDH1 приводит к снижению экспрессии E-кадгерина [2, 34], однако этот процесс является динамическим и нестабильным, при этом варьирует между аллелями [2]. Уровень метилирования промотора гена CDH1 может определяться микроокружением опухолевых клеток [2]. Причинно-следственная связь между метилированием гена и снижением экспрессии E-кадгерина подтверждается увеличением экспрессии E-кадгерина при обработке клеточных линий деметилирующим агентом (5-аза-2’-деоксицитидин). Было показано, что 5-аза-2’-деоксицитидин индуцирует экспрессию E-кадгерина в дедифференцированых клетках рака молочной железы, сопровождающуюся усилением агрегации клеток, снижением подвижности и снижением метастатического потенциала in vitro [2]. Метилирование регистрируется в 6 — 60% случаев в спорадических диффузных раках желудка [30]. В раках желудка кишечного типа частота метилирования составляет около 15% [30].

E-кадгерин и сигнальные пути

Во многих исследованиях показано, что снижение экспрессии E-кадгерина отражается на активности сигнальных путей и некоторых молекул в клетках, в частности компонентов цитоскелета, интегринов, рецепторов факторов роста [35]. Обсуждается роль E-кадгерина в регуляции WNT-сигнального пути. Ключевым компонентом WNT-сигнального пути является β-катенин, который обеспечивает связь Wnt:Frizzled:Lrp на мембране клетки с регуляторной активностью в ядре. β-катенин перемещается от мембраны в ядро через поры ядерной мембраны и взаимодействует с транскрипционными факторами TCF/LEF, которые обеспечивают усиление и промоцию трансляции целевых генов. В нормальных клетках активность транскриптома Wnt/β-катенин подавляется отчасти посредством существования «деструирующего комплекса». «Деструирующий комплекс» состоит из нескольких белков: APC, Axin, Dvl, GSK3, CK-1α. CK-1α и GSK3 фосфорилируют сериновые и терониновые остатки N-конца молекулы β-катенина, таким способом маркируя его для убиквитинопосредованной деградации. Таким образом, в нормальных клетках свободный β-катенин очень быстро деградирует и никогда не определяется в цитоплазме. Удержание β-катенина от деградации и его связь с клеточной мембраной обеспечивает CCC-комплекс [36]. На мышиных моделях показано, что мутация в гене E-кадгерина значимо увеличивает не только онкогенную активность β-катенина, но и его концентрацию в ядре клетки [36]. С другой стороны, G. Suriano и соавт. [37] показали, что потеря функции E-кадгерина редко приводит к накоплению β-катенина в ядре и повышению пролиферации клеток первичных карцином даже при наличии мутации V832M, локализованной в β-катенинсвязывающем домене. Показано, что при наличии мутации и в экстраклеточном домене E-кадерин способен удерживать β-катенин в связанном с мембраной состоянии, подавляя таким образом пролиферацию клеток [38]. Однако, возможно, что механизм угнетения ядерной сигнализации β-катенина E-кадгерином более сложен, чем чисто механическое удержание. Недавно показано, что E-кадгерин облегчает формирование комплекса между кавеолином-1 и β-катенином на поверхности клетки, препятствуя β-катенинзависимой транскрипции гена сурвивина (ингибитора апоптоза) [39].

Некоторые авторы [38] показали, что E-кадгерин может конкурировать с β-катенином в рамках канонического WNT-сигнального пути, усиливая пролиферацию клеток.

Другой сигнальный путь, связанный с CCC-комплексом, предполагает регуляцию функций цитоскелета членами семейства малых ГТФаз Rho [40, 41]. В данный путь вовлечены 3 белка из семейства малых ГТФаз: Rho, Rac и Cdc42. Cdc42 индуцирует формирование филлоподий, определяющих направление движения клетки, Rac индуцирует формирование ламмеллоподий на лидирующем крае движущейся клетки, а Rho регулирует сократительную способность актиновых филаментов в теле и хвосте движущейся клетки и индуцирует формирование актиновых стресс-волокон, необходимых для миграции клетки [42].

E-кадгерин локализуется с отдельными рецепторными тирозин-киназами (RTK) на базолатеральной поверхности клеток и может формировать с ними мультикомплексы [43]. При этом показано, что RTK могут ингибировать E-кадгеринопосредованную адгезию клеток и вызывать их морфологическую трансформацию, известную как эпителио-мезенхимальный переход [44]. С другой стороны, E-кадгерин способен ингибировать активацию сигнальных путей соответствующих RTK [45]. Такое бимодальное взаимодействие с E-кадгерином описано для EGFR, c-Met, IGF-1R. Следствием этого взаимодействия является повышение подвижности клеток [46, 47].

Потеря функции E-кадгерина связана с повышением инвазивного потенциала опухолевых клеток. E-кадгерин усиливает синтез клетками матриксных металлопротеиназ (MMP) [48, 49]. Помимо прямого воздействия на окружающий клетки матрикс, MMP может инактивировать E-кадгерин путем расщепления его эктодомена, а получившиеся в результате протеолиза фрагменты взаимодействуют с интактными CCC-комплексами соседних клеток, модифицируя активность E-кадгерина и усиливая инвазивные свойства клеток [50].

Отсутствие E-кадгерина делает клетки менее чувствительными к апоптозу. Более того, клетки, в которых E-кадгерин не функционирует нормально, не только увеличивают свой инвазивный потенциал, но и приобретают способность выживать в отсутствие контакта с окружающими клетками (посредством активации Notch-1) [51].

E-кадгерин и инфекция Helicobacter pylori

Helicobacter pylori (H. pylori) является значимым патогенетическим фактором в развитии рака желудка [52, 53]. H. pylori способен вызывать эпигенетическое подавление экспрессии гена CDH1 посредством индукции метилирования промотора [32]. В слизистой оболочке желудка у пациентов, инфицированных H. pylori, обнаруживают высокую частоту метилирования промотора гена [54—56], а эрадикация H. pylori приводит к снижению уровня метилирования [55—57]. Мутации гена E-кадгерина в связи с H. pylori в литературе не описаны.

H. pylori вызывает транслокацию белков CCC-комплекса (E-кадгерина, β-катенина, p120ctn) внутрь клетки, что показано на мышиных моделях, первичных культурах клеток желудка и различных клеточных линиях [58, 59]. β-катенин и p120ctn транслоцируются в ядро и активируют транскрипцию LEF/TCF-таргетных генов, играющих важную роль в канцерогенезе [60, 61]. Однако эти экспериментальные результаты не подтверждены исследованиями на биоптатах желудка от пациентов, инфицированных и не инфицированных H. pylori [62].

Исследования на клеточных культурах показали, что в клетках без мутации гена E-кадгерина H. pylori вызывает формирование мультипротеиновых комплексов, содержащих c-Met и E-кадгерин, что ослабляет сигнал от c-Met [63]. Однако в клетках с дефектом гена E-кадгерина H. pylori вызывает активацию c-Met и повышение активности MMP2 и MMP9, что способствует деградации внеклеточного матрикса и инвазии [64].

Экспрессия E-кадгерина в раке желудка

Большинство исследователей отмечают снижение экспрессии E-кадгерина в раке желудка. По разным данным, снижение наблюдается в 17—92% наблюдений [20]. Снижение экспрессии E-кадгерина чаще наблюдается в диффузном типе рака желудка, чем в кишечном [20]. Также отмечено снижение уровня экспрессии при уменьшении степени дифференцировки опухоли. F. DiPinto и соавт. [65] отмечают, что снижение экспрессии E-кадгерина характерно для диффузного типа рака желудка, преимущественно дистальной локализации, при глубине инвазии опухоли T3-T4 и наличии метастазов в лимфатических узлах.

Важным механизмом, обеспечивающим снижение экспрессии E-кадгерина при раке желудка, помимо мутации гена CDH1, являются также эпигенетические механизмы (гиперметилирование промотора) [66]. Показано, что вариант C-160A гена CDH1 ассоциирован с кишечным и диффузным раком кардиального отдела желудка.

Согласно классификации TCGA, мутации гена E-кадгерина наиболее характерны для геномно-стабильных опухолей (GS-подтип), которые составляли 20% от всех наблюдений, вошедших в исследование [34]. Авторы отмечают, что эта группа опухолей представлена диффузным подтипом, мутациями в гене RHOA, наличием гибридных генов CLDN18—ARHGAP и повышенной экспрессией сигнальных путей генов молекул адгезии [32]. Помимо этого GS-подтип обнаруживают у пациентов более молодого возраста (медиана 59 лет). Мутации гена E-кадгерина наблюдались у 37% пациентов GS-подтипа.

По классификации ACRG, опухоли с мутациями E-кадгерина отнесены к группе MSS/EMT, которая встречалась в 15% наблюдений и характеризовалась самой низкой мутационной нагрузкой [32]. Авторы так же, как и группа TCGA, отмечают, что для этих опухолей характерны более молодой возраст пациентов и диффузная морфология. Пациенты с опухолями MSS/EMT имели худшую общую выживаемость и более высокий риск рецидива заболевания с перитонеальной диссеминацией. Мутации гена E-кадгерина наблюдались лишь у 2,8% пациентов MSS/EMT-подтипа.

В исследовании N. Setia и соавт. [67] группа с аберрантной экспрессией E-кадгерина составила 21% от общей выборки пациентов. Различий в возрасте с другими группами обнаружено не было, однако отмечено преобладание диффузного подтипа по классификации P. Lauren (90% наблюдений). Различий в выживаемости пациентов между группами не установлено.

Ряд исследователей отмечают положительное влияние экспрессии E-кадгерина на выживаемость пациентов. Так, H.E. Gabbert и соавт. [68] отметили лучшую 3- и 5-летнюю выживаемость у пациентов с положительной экспрессией E-кадгерина по сравнению с пациентами, в опухолях которых экспрессия отсутствовала. B.P. Wijnhoven и соавт. [69] установили снижение безрецидивной выживаемости при уменьшении экспрессии E-кадгерина. F. DiPinto и соавт. [65] показали связь аберрантной экспрессии E-кадгерина с неблагоприятными прогностическими факторами (наличие метастазов в лимфатических узлах).

Заключение

E-кадгерин привлекает пристальное внимание исследователей рака желудка, поэтому в этом обзоре систематизированы данные о строении E-кадгерина, молекулярных механизмах регуляции подвижности клеток, об участии E-кадгерина в прогрессии опухолей, в том числе посредством поддержания целостности опухолевых эмболов, а также о связи E-кадгерина с различными сигнальными путями. Подробно описана взаимосвязь экспрессии E-кадгерина и инфекции Helicobacter pylori, а также клинико-морфологических и прогностических характеристик рака желудка.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.