Никитин П.В.

ФГАУ «НМИЦ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко» Минздрава России, ул. 4-я Тверская-Ямская, 16, Москва, Россия, 125047

Потапов А.А.

НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко РАМН, Москва

Рыжова М.В.

ФГБУ "НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко" РАМН, Москва

Шурхай В.А.

НИИ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко РАМН, Москва

Куликов Е.Е.

ФГОУ «Московский физико-технический институт», Институтский пер., 9, Долгопрудный, Московская область, Россия, 141701; Институт энергетических проблем химической физики Российской академии наук, Ленинский пр-т, 38, к. 2, Москва, Россия, 119334 ,Федеральный исследовательский центр «Фундаментальные основы биотехнологии» Российской академии наук, Ленинский пр-т, 33, стр. 2, Москва, Россия, 119071

Жванский Е.С.

ФГОУ «Московский физико-технический институт», Институтский пер., 9, Долгопрудный, Московская область, Россия, 141701

Попов И.А.

ФГОУ «Московский физико-технический институт», Институтский пер., 9, Долгопрудный, Московская область, Россия, 141701

Николаев Е.Н.

ФГОУ «Московский физико-технический институт», Институтский пер., 9, Долгопрудный, Московская область, Россия, 141701; Сколковский институт науки и технологий, ул. Нобеля, 3, Москва, Россия; 143026

Роль нарушений липидного обмена, атипических изоформ протеинкиназы С и мутационного статуса цитозольной и митохондриальной форм изоцитратдегидрогеназы в канцерогенезе глиальных опухолей

Журнал: Журнал «Вопросы нейрохирургии» имени Н.Н. Бурденко. 2018;82(3): 112-120

Просмотров : 171

Загрузок : 12

Как цитировать

Никитин П. В., Потапов А. А., Рыжова М. В., Шурхай В. А., Куликов Е. Е., Жванский Е. С., Попов И. А., Николаев Е. Н. Роль нарушений липидного обмена, атипических изоформ протеинкиназы С и мутационного статуса цитозольной и митохондриальной форм изоцитратдегидрогеназы в канцерогенезе глиальных опухолей. Журнал «Вопросы нейрохирургии» имени Н.Н. Бурденко. 2018;82(3):112-120.
Nikitin P V, Potapov A A, Ryzhova M V, Shurkhaĭ V A, Kulikov E E, Zhvanskiy E S, Popov I A, Nikolaev E N. The role of lipid metabolism disorders, atypical isoforms of protein kinase C, and mutational status of cytosolic and mitochondrial forms of isocitrate dehydrogenase in carcinogenesis of glial tumors. Zhurnal Voprosy Neirokhirurgii Imeni N.N. Burdenko. 2018;82(3):112-120.
https://doi.org/10.17116/neiro2018823112

Авторы:

Никитин П.В.

ФГАУ «НМИЦ нейрохирургии им. акад. Н.Н. Бурденко» Минздрава России, ул. 4-я Тверская-Ямская, 16, Москва, Россия, 125047

Все авторы (8)

Список сокращений

2-HG — (D)-2-гидроксиглутарат

2-HG — D-2-гидроксиглутарат

DESI MS — масс-спектрометрия с применением метода десорбционно-электроспрейной ионизации

ESI — электроспрейная ионизация

IDH1 — изоцитратдегидрогеназа 1-го типа

IDH2 — изоцитратдегидрогеназа 2-го типа

IDH3 — изоцитратдегидрогеназа 3-го типа

αКГ — альфа-кетоглутарат

ЖК — жирные кислоты

МРТ — магнитно-резонансная томография

ПКМ — протеинкиназа М

ПКС — протеинкиназа С

ЦНС — центральная нервная система

Проблема диагностики и лечения опухолей головного мозга является одной из самых серьезных в современной онкологии. По данным Центрального регистра опухолей мозга (США), новообразования глиального ряда составляют около 31% от общего числа первичных опухолей ЦНС. При этом более 50% глиом составляют глиобластомы [1]. Показатели заболеваемости для диагностированных глиальных опухолей зависят от гистологического типа опухоли, возраста пациента в момент постановки диагноза, пола, этнической принадлежности и места жительства. По усредненным данным, заболеваемость всеми типами глиальных опухолей составляет 4,67—5,13 случая на 100 000 человек [2]. Усредненные по возрасту показатели заболеваемости для диагноза «глиобластома» составляют 0,89—3,69 случая на 100 000 человек. Показано, что олигодендроглиомы и олигоастроцитомы чаще встречаются у пациентов в возрасте 35—44 лет, в то время как анапластическая астроцитома и глиобластома более часто встречаются в возрастной группе 75—84 лет [1, 2]. В последнем варианте классификации опухолей ЦНС ВОЗ (2016 г.) [3] упор при определении типа опухоли делается на молекулярно-биологические особенности новообразований, так как считается, что именно реализованные клеткой свойства ее генома и эпигенома содержат в себе ключ к новым методам диагностики и терапии новообразований мозга [4—6]. На сегодняшний день стандартом лечения глиальных опухолей головного мозга является комбинированное лечение — радикальное либо сверхрадикальное (иссечение тканей за границей контрастируемой части опухоли) нейрохирургическое вмешательство с использованием современных систем интраоперационной навигации и визуализации в сочетании с последующими химиотерапией и лучевой терапией [1, 7—13]. В ходе операции хирург сталкивается с серьезными вызовами, требующими быстрого ответа на ряд непростых вопросов. Важнейшие из них связаны с определением физической границы «опухоль—интактная мозговая ткань», экспресс-диагностикой гистологического строения опухоли, определением степени ее злокачественности. Сегодня для ответа на эти вопросы используются традиционные «медленные» методы гистологического исследования свежезамороженных образцов тканей, чувствительность и специфичность которых требуют улучшения [14].

Высокая востребованность новых молекулярных подходов к дифференциальной диагностике опухолей мозга диктует необходимость разработки интегральных экспресс-методов, способных обеспечить надежную диагностику особенностей опухоли. Такие методы должны ускорять постановку окончательного гистологического диагноза, а по чувствительности и специфичности не уступать традиционному гистологическому исследованию.

Один из перспективных методов высокоточной экспресс-диагностики опухолей — идентификация ткани при помощи методов масс-спектрометрического профилирования. В настоящее время общепринятым подходом является решение таких задач с использованием методов так называемой прямой масс-спектрометрии, в которых совмещены процессы микроэкстракции исследуемых молекул из биологического образца и их ионизация. Первые работы, в которых описаны исследования тканей методами прямой масс-спектрометрии, были выполнены с использованием метода десорбционно-электроспрейной ионизации (DESI), в котором микроэкстракция исследуемых молекул из образца с их последующей ионизацией осуществляется при взаимодействии заряженных капель водно-метанольной смеси с исследуемым образцом. Это позволяет получить данные о липидном профиле опухолевой ткани, а также распределении в ткани различных характерных водорастворимых онкометаболитов [15—17]. Основными молекулярными маркерами липидной природы, на основе которых проводится идентификация тканей при помощи описанных выше методов, являются насыщенные и ненасыщенные жирные кислоты (ЖК), глицерофосфоинозитолы, глицерофосфосерины, плазминил-глицерофосфоэтаноламины и сульфатиды. Масс-спектрометрический метод исследования позволяет осуществить одновременное профилирование тотальной фракции липидов, включающей как структурные липиды мембран, так и запáсные липиды (триглицериды) и пр. Несмотря на значительный объем работ [18, 19], посвященных исследованию липидных профилей тканей опухолей мозга, существует острая потребность в интеграции методов липидного профилирования с клиническими, молекулярно-генетическими и иммуногистохимическими методами диагностики.

Липидный обмен в глиальных опухолях

Еще в 1949 г. в работе G. Brante [20] были выявлены отличия в липидном составе интракраниальных опухолей в сравнении со здоровой мозговой тканью. Более поздние работы K. Gopal и соавт. [21] показали, что для тканей внутримозговых опухолей характерно повышение концентрации свободных ЖК, вероятно, возникающее в результате дисбаланса синтеза липидов опухолью.

Результаты недавних исследований показали, что предпочтительным энергетическим субстратом для клеток глиомы оказываются высшие ЖК — свободные и в составе липидов [22]. Клетки глиомы человека, первично культивируемые в минеральной среде без сыворотки, способны окислять свободные ЖК, чтобы поддерживать респираторную и пролиферативную активность [23]. Благодаря использованию глюкозы и уксусной кислоты, меченных изотопом углерода 13С, вводимых как в культуру клеток глиобластомы, так и пациентам непосредственно перед операцией, было показано, что в глиомах отмечается выраженный сдвиг предпочтения ацетата глюкозе в качестве окисляемого субстрата, а также значительное снижение интенсивности окисления глюкозы [24, 25].

Несмотря на то что ЖК оказываются предпочитаемым энергетическим субстратом для клеток глиомы, возможно, что они как импортируются из крови, так и предварительно синтезируются самими клетками опухоли. ЖК, связываясь с мембранными белками-транспортерами, способны проходить через плазматическую мембрану, и этот путь действительно может быть источником питательных веществ in vivo. Высокая доступность глюкозы в культивационной среде (при условии активного транспорта глюкозы в клетки) позволяет использовать ее как субстрат гликолиза, приводящий к синтезу пирувата, ацетил-КоА, а затем и Ж.К. Полученные Ж.К. могут быть аэробно окислены митохондриями клеток. Показано, что уровень экспрессии синтазы ЖК в клетках глиомы существенно превышает экспрессию для здоровой мозговой ткани и повышается при увеличении степени злокачественности глиомы [26].

Синтез ЖК идет в клетке постоянно, и субстратом для него служит ацетил-КоА, получаемый из цикла Кребса. Праймером синтеза служит малонил-СоА, получаемый карбоксилированием ацетил-СоА ацил-СоА-карбоксилазой 1, который затем наращивается синтетазой ЖК с получением длинноцепочечных ЖК, таких как пальмитат [27]. Мононенасыщенные и полиненасыщенные ЖК синтезируются в результате активации нескольких ферментов: стеароил-десатуразы и десатуразы ЖК 1 и 2, действующих на насыщенные ЖК.

Особенностью метаболизма опухолевых клеток является то, что практически все ЖК эти клетки синтезируют de novo, и ферменты синтеза оказываются потенциальными мишенями для терапии опухолей [28, 29].

Репертуар синтезируемых ЖК зависит от энергетического статуса клетки и ее текущих метаболических потребностей: так, при активной пролиферации синтезируются ЖК, необходимые для создания мембранных структур, при задержке пролиферации синтезируются ЖК, необходимые для синтеза запасных липидов [30].

Показано, что синтез ЖК продолжается и при низкой концентрации кислорода в ткани опухоли (что объясняется отсутствием необходимости в кислороде для протекания гликолиза), а в условиях низкого содержания питательных веществ процесс синтеза ЖК активируется сигнальным каскадом гипоксия-индуцированного фактора 1-альфа [31]. ЖК при этом конденсируются в липидные капли, находящиеся в цитоплазме, служащие своеобразным депо материала для энергетического и пластического метаболизма клеток в условиях гипоксии и при улучшении оксигенации [32]. Выяснилось, что в процессе накопления липидных капель активное участие принимают белки пероксисом, в частности peroxine 14, PMP70 и PPARα, повышенная экспрессия которых коррелирует со степенью злокачественности опухоли [33]. Ингибирование синтеза ЖК или бета-окисления ЖК снижает как активность пролиферации клеток глиомы [23, 34], так и активность нормальных нервных стволовых клеток [35, 36]. Подобный двойной метаболический путь обеспечивает энергию и сырье для роста опухолевых клеток и является критически важным в процессе канцерогенеза в злокачественных глиальных новообразованиях.

ЖК, синтезированные внутриклеточно или полученные из кровотока, могут быть использованы для выработки энергии посредством митохондриального и пероксисомального бета-окисления, пополняя субстраты цикла Кребса. Они также играют важную роль в анаболических внутриклеточных процессах, являясь субстратом для синтеза фосфолипидов, входящих в состав плазматических мембран, и растворимых глицерофосфолипидов, действующих как вторичные мессенджеры — компоненты сигнальных каскадов. ЖК становятся источником для выработки паракринных сигнальных молекул (например, эндоканнабиноидов и эйкозаноидов), активирующих синтез различных стероидных гормонов через мевалонатный путь​*​, весьма активный в клетках глиобластомы [37]. ЖК могут выполнять роль кофактора для образования липидных капель в гипоксических условиях [32]. Кроме того, они могут облегчать посттрансляционные модификации (например, пальмитоилирование) проонкогенных мембранных белков и белковых комплексов [38].

Таким образом, ЖК играют разнообразную и важную роль в функции опухолевых клеток в глиомах. Практически все вышеперечисленные липидные молекулы, связанные с ЖК, служат маркерами при диагностике глиом с помощью метода масс-спектрометрии в различных его модификациях [18]. Тем не менее влияние ряда важнейших генетических, молекулярно-биологических факторов канцерогенеза на уровень и особенности липидного метаболизма исследовано недостаточно.

Современные возможности масс-спектрометрии в нейроонкологии

В опубликованной в 2010 г. пионерской работе L. Eberlin и соавт. [14] было показано, что использование методики DESI позволяет получить характеристические профили липидов (в частности, структурных сфинго- и глицерофосфолипидов), на основе которых возможна молекулярная дифференциация астроцитарных глиом различных степеней злокачественности. В ней был предложен подход, который можно применить для идентификации глиом при помощи молекулярного профилирования методом DESI MS с дальнейшим применением многофакторного статистического анализа и машинного обучения. В этом исследовании с помощью метода DESI MS проводили измерение липидных профилей 36 образцов глиом человека, включая олигодендроглиому, астроцитому и олигоастроцитому. Были определены специфические молекулярные паттерны интактного серого и белого вещества с целью дифференцировки его с тканью глиальных опухолей. На основе липидных спектров были созданы классификационные критерии для экспресс-определения опухолевой и мозговой ткани. Диагностические показатели в образцах опухолей, выявленные с помощью масс-спектрометрии, совпадали с экспертной диагностической оценкой патологов для 79% тестируемых признаков [18].

Аналогичные результаты были получены и отечественными учеными. Был разработан метод, позволяющий быстро (в течение нескольких секунд) получать масс-спектры образцов малого размера (~1 мм3) [16]. Измеряемые таким методом масс-спектры содержат данные о липидном профиле исследуемого образца. Верификация данных проводилась путем идентификации липидов с использованием их точных молекулярных масс, анализа фрагментов ионов этих липидов и распределения интенсивностей изотопных пиков в масс-спектре. Было показано, что с использованием разработанного метода в каждом образце можно идентифицировать широкий набор липидов, включающий в себя липиды, идентифицированные ранее другими лабораториями. По идентифицированным липидам была составлена база данных липидных профилей, соответствующих разным типам опухолей головного мозга. База данных сравнивалась с имеющимися аналогичными базами данных других коллективов, работающих в области молекулярного профилирования опухолей головного мозга [14]. Уровень совпадения данных, получаемых разными группами, достаточно высок, например, в базе данных российской группы и базе данных, описанной в исследовании L. Eberlin и соавт. [14], пересечение идентификаций составило около 50%. Расхождение в 50% идентификаций можно объяснить различием в методах микроэкстракции и ионизации, используемых разными группами, а также гетерогенностью и биологической вариабельностью образцов. Тем не менее результаты измерений являются воспроизводимыми, что позволяет использовать метод для создания классификаторов тканей по масс-спектру смеси экстрагированных из ткани веществ [15, 16].

Е. Жванский и соавт. [15], исследовавшие данным методом биоптаты глиобластомы, показали, что метод анализа липидных профилей может быть положен в основу подхода к анализу состава гетерогенного образца опухолевой ткани, включающей клетки интактной или некротической ткани. В результате такого анализа были разработаны классификационные критерии для определения наличия в образце различных типов ткани, прежде всего интактной мозговой и опухолевой. Были получены также предварительные результаты, свидетельствующие о различиях профилей в масс-спектрах разных гистологических типов опухолей при использовании предложенных методов классификации. Таким образом, для практического применения методов прямой масс-спектрометрии и прямой экстракции липидов из тканей требуется разработка специальных алгоритмов для анализа спектров. Этой же группой авторов [17] предложен алгоритм, предназначенный для анализа данных прямой масс-спектрометрии для определения физических границ опухолевой ткани.

Полученные авторами результаты хорошо согласуются с результатами работы L. Eberlin и соавт. [19], которые продемонстрировали высокую достоверность классификатора, построенного при помощи липидных профилей, для образцов олигодендроглиом, астроцитом и менингиом разных гистологических типов и степеней злокачественности. Диагноз, основанный на данных о молекулярном профиле опухоли, полученном с помощью масс-спектрометрии, соответствовал результатам традиционного гистологического анализа (микроскопия срезов после окраски гематоксилином и эозином) во всех образцах. Проводилась оценка различий между опухолями разных гистологических типов, а также имеющихся различий в зависимости от степени злокачественности внутри одного типа новообразований. Результаты масс-спектрометрического профилирования опухолей были сопоставлены с предоперационной МРТ благодаря применению интраоперационной нейронавигации.

Интересным и актуальным в наши дни представляется вопрос взаимосвязи вышеуказанных метаболических параметров, определяемых с помощью масс-спектро-метрии, и наиболее принципиальных молекулярно-биологических особенностей опухолевых клеток. Наиболее важными факторами нам представляются мутации в гене IDH1 и активность атипических изоформ протеинкиназы C (ПКС), поскольку они — мутация IDH1 в качестве первичного генетического звена, а атипические ПКC в качестве главных плейотропных эффекторов — вовлечены во все аспекты жизнедеятельности опухолевой клетки (катаболический, анаболический, генетический и эпигенетический процесс), будучи важнейшими модуляторами канцерогенеза.

Роль мутаций в генах IDH в канцерогенезе и их связь с липидным метаболизмом

Ферменты семейства изоцитратдегидрогеназы представлены в трех изоформах, находящихся как в цитоплазме (IDH1), так и во внутриклеточных компартментах ‒ пероксисомах и митохондриях (IDH2, IDH3) [39]. Все они участвуют в процессах окислительного фосфорилирования — превращения изоцитрата в альфа-кетоглутарат (прямая и обратная реакции), причем IDH3 катализирует этот процесс в рамках цикла трикарбоновых кислот только в прямом направлении, в результате чего образуется 2-оксоглутарат [40, 41].

Работы по картированию генов изоцитратдегидрогеназы были начаты еще в 70-е годы. В 1985 г. K. Narahara и соавт. [42] установили, что ген IDH1 лоцирован на коротком плече 2-й хромосомы (локус 2q33.3), а в 1996 г. T. Huh и соавт. [43] показали, что ген IDH2 расположен на коротком плече 15-й хромосомы (локус 15q26.1). Интересно, что IDH3, будучи гетеротетрамерным комплексом, кодируется несколькими генами — IDH3A, расположенными на коротком плече 15-й хромосомы (локус 15q25.1–q25.2), IDH3B на длинном плече 20-й хромосомы (локус 20p13) и IDH3G на коротком плече Х-хромосомы (локус Xq28) [41, 43—46].

Мутации в генах IDH носят характер соматических, гетерозиготных, точечных мутаций в активных центрах ферментов, причем для IDH1 все мутации с заменой аргинина возникают в 132-м кодоне (аrg132), а для IDH2 в 140-м или 172-м кодонах (аrg140, arg172) [39, 47]. Интересно, что эти мутации встречаются только в гетерозиготном состоянии и связаны с увеличением активности фермента. Таким образом, мутантные формы IDH1 и IDH2 приводят к образованию из альфакетоглутарата D-2-дезоксиглутарата, избыток которого в свою очередь приводит к подавлению альфакетоглутарат-зависимых диоксигеназ, участвующих в репарации ДНК, деметилировании гистонов [48]. Все это приводит к тому, что в мутантных клетках возникает гиперметилирование гистонов и ДНК (особенно в ее участках с большим содержанием островков CpG), которое в свою очередь реализует эпигенетические эффекты с опухолевой трансформацией клеток [49—51]. Некоторые авторы [41] полагают, что моно- или биаллельные мутации в гене IDH3 не активируют канцерогенез, а наоборот, за счет торможения цикла трикарбоновых кислот приводят к подавлению продукции АТФ в митохондриях и апоптозу.

Мутации IDH в клетках глиом

По данным D. Krell и соавт. [52], мутация в гене IDH1 встречается приблизительно в 70% глиом Grade II—III и первичных глиобластом и лишь в 5% вторичных глиобластом. Мутация гена IDH2 в глиомах Grade II—III вв.стречается реже. В последние годы было показано, что мутации генов IDH1 и IDH2 являются прогностическими факторами замедленной прогрессии опухоли и увеличения общей выживаемости пациентов [53—55]. Мутационный статус IDH1 и IDH2 является на сегодняшний день одной из главных прогностических и диагностических характеристик астроцитом, широко используемой в новой классификации опухолей нервной системы ВОЗ [56]. Данные особенности мутировавших опухолей изучены недостаточно. Было показано, что мутация аллелей гена IDH1 или IDH2 приводит к масштабным изменениям различных компонентов канцерогенеза. Так, в клетках, несущих данную мутацию, возникает гиперпродукция 2-гидроксиглутарата, приводящая к значительным перестройкам в эпигенетической регуляции активности генома: исследование эпигенома большого набора промежуточного класса глиом продемонстрировало наличие значительного гиперметилирования ряда участков генома. Введение мутантного аллеля гена IDH1 в культуру человеческих астроцитов изменяет паттерны специфического метилирования и ацетилирования гистонов, индуцирует обширное гиперметилирование ДНК и перестраивает метилом пораженных клеток, делая его похожим на метилом клеток глиом с более низкой степенью злокачественности [57]. Кроме того, эпигеномные изменения, возникающие в результате мутации IDH1, приводят к инактивации некоторых протоонкогенов. В это же время наблюдается и эпигенетическая стимуляция ряда механизмов, способствующих некоторой дестабилизации генома клетки [58].

Важную роль играют и генетические изменения, возникающие вследствие мутации генов IDH1 и IDH2. В ряде работ было [59] выявлено как активирующее, так и инактивирующее влияние мутации IDH на различные протоонкогены, такие как PIK3CA, KRAS, AKT, N-MYC и др. Также была показана роль IDH-генов в активации процессов ангиогенеза, играющего существенную роль в процессе прогрессирования и инвазии опухоли [60].

Недавно были получены интересные данные о взаимосвязи мутаций IDH1 и IDH2 с изменениями в процессах репарации ДНК опухолевых клеток. Выяснилось, что повышенная продукция 2-гидроксиглутарата (2HG), индуцированная IDH-мутациями, приводит к значительному снижению активности процессов гомологичной рекомбинации, являющимся одним из ключевых факторов восстановления нативной структуры генома и представляющим собой важнейший компонент естественной антионкогенной внутриклеточной защиты. Таким образом, мутации IDH1 и IDH2 приводят к снижению активности механизмов антионкогенной защиты и росту нестабильности генома [61, 62].

Опубликованы новые данные, раскрывающие наличие и характер взаимосвязи содержания 2HG и уровня липидного метаболизма в опухолевых клетках. В недавнем исследовании [30] был обнаружен необычный путь синтеза липидов, в котором углерод из глюкозы используется для продукции в митохондриях альфа-кетоглутарата (АКГ), транспортируемого затем в цитозоль и служащего субстратом для восстановительного карбоксилирования изоцитратдегидрогеназой 1 (IDH1). Образовавшийся цитрат расщепляется с синтезом липогенного ацетил-СоА, тем самым завершая новый путь глюкозозависимого восстановительного карбоксилирования. В клетках с ингибированием нормального действия IDH1 нарушается синтез липидов из глюкозы или глютамина, что говорит о необходимости наличия немутированного аллеля IDH1 как важнейшего компонента синтеза жирных кислот в опухолевых клетках [63]. Данное исследование демонстрирует прямую взаимосвязь мутации гена IDH1 с липидным обменом, при этом влияние данной мутации на липидные спектры опухолей различной степени злокачественности остается пока малоизученным.

Роль атипических изоформ протеинкиназы C в канцерогенезе и липидном метаболизме

Протеинкиназы класса C представляют собой ключевые элементы ряда пролиферативных каскадов. К членам данного семейства относятся такие протеинкиназы, как ПК ζ, ПК Mζ и ПК С. Данные ферменты обладают необычными свойствами, в частности более высокой, чем у других представителей их класса, каталитической активностью. Стоит заметить также, что ПК Mζ обладает свойством поддержания собственной активности, так как, в отличие от других представителей данного класса, не имеет аутоингибиторных доменов и обладает специальными аутокаталитическими доменами [64].

Ряд членов данного класса белков участвует в развитии опухолевых заболеваний различной локализации. Непосредственная роль в процессах канцерогенеза связана с участием атипических изоформ ПКC в процессах пролиферации и роста клеток, а также в изменениях свойств цитоскелета ряда опухолевых клеток и свойств их адгезивности [65, 66].

Значение протеинкиназы Сζ в онкологии

В ряде исследований была показана роль ПКСζ в регуляции роста клеток первичной опухоли и реализации механизмов метастазирования при раке молочной железы, толстой кишки, гепатоцеллюлярной карциномы [67—69].

Роль формы ПКСζ при опухолях головного мозга значительно менее изучена в сравнении с другими локализациями опухолевого процесса. Так, в одном из исследований было показано, что ПКСζ участвует в контроле миграции клеток глиобластомы и их инвазии путем регуляции перестройки цитоскелета, изменения клеточной адгезивности и стимуляции повышенной экспрессии матриксной металлопротеиназы-9 [70]. Также было обнаружено, что активность ПКСζ в клетках глиобластомы во многом связана с системой фактора некроза опухоли (ФНО) и играет важную роль в процессе канцерогенеза [71].

Протеинкиназа Mζ в развитии онкологических заболеваний

Роль протеинкиназы Mζ (ПКMζ) в развитии опухолевых заболеваний исследована далеко не так хорошо и подробно, как роль ее «старшей сестры» ПКСζ, в связи с тем, что выявлена эта форма была не так давно. В одном из немногих исследований выявлено участие данной формы протеинкиназы в развитии острого лимфобластного лейкоза [72]. Исследований роли ПКMζ в развитии глиальных опухолей головного мозга не проводилось. Тем не менее было обнаружено, что ПКMζ вовлекается в процессы пролиферации нейронов при нейрогенезе и может быть вовлечена в пролиферативные каскады в клетках астроцитарной глии [73]. Данные исследования показывают перспективность рассмотрения роли этих протеинкиназ в развитии опухолей головного мозга.

Значение протеинкиназы C в патогенезе опухолей головного мозга

Известно, что высокая активность протеинкиназы С (ПКС) наблюдается в клетках злокачественных опухолей легкого, желудочно-кишечного тракта, яичников и молочной железы [74—78].

В некоторых исследованиях [79] была выявлена роль ПКС в развитии глиобластомы. Эти наблюдения указывают на то, что этот фермент может оказаться удачной мишенью для действия терапевтических ингибиторов [80, 81]. В то же время исследований, выявляющих участие ПКС в патогенезе различных видов глиальных опухолей, а также в глиальных опухолях различной степени злокачественности, не проводилось.

Роль атипических изоформ ПКС в канцерогенезе в аспекте липидного обмена

Согласно многочисленным исследованиям, одним из ключевых протоонкогенных факторов, синтезируемых из липидов, является вторичный мессенджер диацилглицерол, появление которого в среде приводит к активации митоген-активируемых протеинкиназ (MAPK-каскада), играющих важнейшую роль в процессах деления клеток. Одним из важнейших эффекторов MAPK-каскада, обусловливающим основное его воздействие на пролиферативную активность, является ПКСζ. Именно ее активация обеспечивает функционирование митогенного пути, запускаемого через рецепторы тромбоцитарного фактора роста, который в свою очередь является одним из ключевых триггеров опухолевого роста в глиомах [82]. Кроме того, было показано, что ПКСζ, ПКСΙ и ПКСΛ являются важнейшими факторами, регулирующими синтез ряда ЖК и липидных производных, служащих индикаторными метаболитами опухолевой трансформации клеток при проведении масс-спектрометрического исследования [83, 84]. Различные изоферменты ПКС способны дифференциально активироваться липидами, что имеет особое значение для процесса канцерогенеза [85]. Таким образом, атипические изоформы ПКC являются ключевыми компонентами пути липидного метаболизма клеток, обусловливающими как синтез липидов, так и их функции, принимающие участие в процессе канцерогенеза.

Заключение

Современные технические решения, основанные на передовом опыте физической и химической науки, все шире входят в практику медицины. Масс-спектрометрия — важный инструмент в руках фундаментальной медицины и биологии на протяжении последних десятилетий — сегодня близка к тому, чтобы полноценно войти и в хирургическую практику. Подобный подход, вне всяких сомнений, оправдан и необходим — масс-спектрометрия открывает новые интересные перспективы в быстрой интегральной диагностике различных заболеваний, в том числе интраоперационной. Проблема надежных и в то же время достаточно быстрых методов диагностического поиска в рамках хирургического процесса является очень актуальной в наши дни. Ценность масс-спектрометрического метода для анализа операционного биологического материала может быть очень высока, позволяя с достаточной скоростью и точностью устанавливать важнейшие диагностические параметры, аналогичные таковым, определяемым при классическом гистологическом исследовании.

Тем не менее параметры липидного обмена, индикаторные для масс-спектрометрии, являются лишь метаболическим следствием принципиальных молекулярно-биологических процессов, лежащих в основе развития опухоли. Поэтому наиболее важной представляется проблема установления взаимосвязи основных молекулярно-биологических параметров опухоли с параметрами липидного обмена, определяемыми при проведении масс-спектрометрического анализа новообразования.

Анализ литературы показал, что мутации в генах IDH1 и IDH2 являются одними из важнейших генетических факторов, влияющих на процессы канцерогенеза глиом. Определяющая роль данных мутаций в установлении прогноза и биологических характеристик глиальных опухолей обусловлена наличием плейотропных эффектов на большинство ключевых внутриклеточных звеньев онкопрогрессии. Наличие мутаций в генах IDH1 и IDH2 приводит к изменению активности протоонкогенов, гиперметилированию ДНК, глобальным переменам в эпигенетической регуляции функционирования генома и модификации системы генетической репарации. В то же время продукт мутантного гена оказывает прямой эффект на синтез ряда липидов. Таким образом, мутации в генах IDH1 и IDH2 выраженно изменяют параметры липидного обмена как опосредованно, при помощи модификации глобальных внутриклеточных процессов, так и напрямую, влияя на синтез липидных метаболитов.

Главным исполнительным звеном в реализации эффектов не только мутации изоформ генов IDH1 и IDH2, но и других генетических и эпигенетических модификаций генома опухолевых клеток, вполне вероятно, являются атипические изоформы ПКC. Белки данного класса по своим функциональным возможностям и эффектам полностью соответствуют плейотропности действий вышеописанных мутаций генов IDH1 и IDH2 — их влияние на внутриклеточный метаболизм и функциональный статус глобальных регуляторных систем также многообразно. Ключевая роль в пролиферативных каскадах, регуляция активности протоонкогенов, влияние на адгезивность клеток и регуляция различных видов обмена — вот лишь часть функциональной многогранности данных ферментов. В целом влияние атипических изоформ ПКC на параметры липидного метаболизма также выглядит двойственно — имеет место сочетание прямого и косвенного вмешательства активности данных белков в липидный обмен.

Таким образом, мутации в генах IDH1 и IDH2 и экспрессия атипических изоформ ПКC имеют как прямое, так и опосредованное влияние на основные параметры липидного метаболизма. Для непрямой экспресс-диагностики этих мутаций могут быть успешно использованы масс-спектрометрические методы.

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.

*e-mail: vash.nsi@gmail.com

*Мевалонатный путь — один из важнейших метаболических путей в клетках эукариот, приводящий к образованию из молекул ацетил-КоА двух предшественников класса терпеноидов — изопентилпирофосфата и диметилаллилпирофосфата. Эти соединения в дальнейшем участвуют в образовании различных биомолекул — холестерина, гема, витамина К, стероидных гормонов.

Подтверждение e-mail

На test@yandex.ru отправлено письмо с ссылкой для подтверждения e-mail. Перейдите по ссылке из письма, чтобы завершить регистрацию на сайте.

Подтверждение e-mail