LINEBURG


<< Пред. стр.

страница 19
(всего 28)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

нить эмбрионализацией клетки, в результате которой она становит-
ся дедифференцированной. Это изменение обозначают тенденцией
к конвергенции, монотении опухолевых клеток в процессе прогрес-
сирующего омоложения. Отмечено, что для метастазирующих но
вообразований характерно большее антигенное упрощение по срав-
нению с аналогичными неметастазирующими. L.L.Ghast и соавт.
(1981) показали снижение содержания гликокаликса и поверхност-
ных антигенов в клетках метастазов рака молочной железы челове-
ка ? животных по сравнению с первичными опухолями. Таким об-
разом, данные свидетельствуют о том, что изменение злокачествен-
ности опухолевых клеток напрямую коррелирует со степенью де-
дифференцировки клетки, поэтому она может не только повышать-
ся, но и снижаться, такое изменение злокачественности трудно объ-
яснить с позиции необратимых мутаций, поскольку они предпола-
гают изменение только в одну сторону.
3. Фибронектины

Как было показано с позиции тканевой модели, адгезивные
свойства опухолевых клеток изменяются в ходе прогрессирующего
омоложения ткани при канцерогенном воздействии, т.е. закономер-
но уменьшается синтез белков и других молекул, осуществляющих
функцию межклеточного контакта. Что это за молекулы, какова их
молекулярная природа? Согласно Ричарду О. Хайнсу (1986), ста-
бильная и вместе с тем динамическая организация клеток обеспечи-
вается разнообразными гликопротеинами — белками с присоеди-
ненными к ним углеводными цепями. Эти белки связывают клетку
с неклеточным матриксом. Лучше всего из гликопротеинов изучено
семейство белков, называемых фибронектинами.
Молекулы фибронектина могут собираться в волокна (фиб-
риллы), связываться с клетками и прикреплять клетки к фиб-
риллам другого типа во внеклеточном матриксе. Фибронектин
играет важную роль во внутренней организации клеток. Кроме
того, благодаря своим адгезивным свойствам фибронектин явля-
ется одним из компонентов, участвующих в процессе свертыва-
ния крови и в обеспечении путей, по которым мигрируют клетки.
Первое указание на значение фибронектина в организации пове-
дения клеток было получено в 1973 г. при исследовании рака.
Р.О.Хайнс, занимаясь сравнением поверхностей опухолевых кле-
ток и нормальных клеток, «привязывал» к поверхностным клеточ-
ным белкам радиоактивную метку и затем анализировал белки с по-
мощью метода гель-электрофореза. Оказалось, что на поверхности
нормальных клеток в большом количестве присутствует белок, ко-
торого совсем нет на поверхности опухолевых клеток. К.Ямада и
А.Пастан со своими коллегами в Национальном институте рака
(США), а также И.Али, работавший в Массачусетском технологи-
ческом институте, подтвердили значение фибронектина для клеточ-
ной адгезии. Оказалось, что, если к культивируемым опухолевым
клеткам добавить фибронектин, выделенный из нормальных кле-
ток, адгезия резко улучшается. В обработанных фибронектином
опухолевых клетках изменяется внутренняя структура. Форма
клетки определяется цитоскелетом — внутриклеточным каркасом,
образованным структурными и сократительными белками. В опу-
холевых клетках цитоскелет дезорганизован. Добавление фибро-
нектина приводит к восстановлению нормального высокоупорядо-
ченного распределения одного из основных элементов цитоскеле-
та — сети филаментов, состоящих из белка актина.
Как исчезновение фибронектина связать с проблемой рака?
Согласно Р.О.Хайнсу (1986), опухолевые клетки перестают син-
тезировать фибронектин или производят его значительно мень-
ше, чем нормальные. В свою очередь, уменьшение синтеза фиб-
ронектина влияет на трансмембранный комплекс — многомолеку-
лярную структуру, включающую ответственный за связывание с
клеткой домен фибронектина. Нарушение в этом комплексе в
связи с нехваткой определенного компонента приводит к появле-
нию особенностей, характерных для злокачественной трансфор-
мации: отсутствию наружного фибронектина, потере способности
к адгезии и дезорганизации цитоскелета. Эти особенности, на-
блюдаемые in vitro, имеют отношение к нарушению механизма,
регулирующего расположение клеток, и их перемещению. Могут
ли все эти факты пролить свет на причину утраты фибронектина
опухолевыми клетками? Как считает Р.О.Хайнс, ответ на этот
вопрос мог бы раскрыть механизм рака. Согласно его точке зре-
ния, простейшее объяснение такой утраты состоит в том, что опу-
холевые клетки перестают синтезировать фибронектин. Однако с
нашей точки зрения, остается невыясненной причина резкого
снижения синтеза молекул фибронектина. Окончательный ответ
на этот вопрос дает тканевая модель канцерогенеза: в процессе
эмбрионализации ткани адгезивные свойства резко снижаются в
результате того, что недифференцированные клетки не синтези-
руют фибронектины, как и другие адгезивные молекулы. Это ук-
ладывается в более общую закономерность изменения состава
синтезируемых белков, часть из которых исчезает из клетки в ре-
зультате прогрессирующего омоложения.


4. Гликосфинголипиды

Другим классом молекул, представляющих интерес с точки
зрения молекулярных механизмов, определяющих поведение
опухолевых клеток, являются Гликосфинголипиды. В последние
годы стало известно, что они располагаются в клеточной мембра-
не и регулируют взаимодействия клетки с ее окружением.
Согласно Сен-Итиро Хакомори (1986), Гликосфинголипиды
служат маркерами и таким образом участвуют в процессах узнава-
ния и контактов клеток. Экспрессия молекул на клеточной поверх-
ности изменяется при делении и дифференцировке клеток, что ука-
зывает на важную роль гликосфинголипидов в процессах роста и
развития организма. Предполагаются два механизма их участия в
регуляции роста клеток. Реагируя на плотность расположенных в
непосредственной близости друг от друга клеток, гликосфинголи-
пиды могут стимулировать или подавлять деление клеток. С другой
стороны, взаимодействуя с рецепторными белками на клеточной
поверхности, они могут ингибировать ответ клеток на действие фак-
торов роста, находящихся в окружающей среде.
Эксперименты свидетельствуют об изменении количественного
состава гликосфинголипидов в процессе канцерогенеза. Более
90% всех раковых заболеваний у людей начинается с перерожде-
ния эпителиальных клеток. Иммунохимический анализ глико-
сфинголипидов опухолевых клеток показал, что многие опухо-
леспецифические антигены представляют измененные формы ан-
тигенов групп крови.
Согласно исследованиям Т.Ямакава (1952) из Токийского
университета, характер распределения ганглиозидов — важной
группы гликосфинголипидов — связан с типом клетки и зависит
от вида животных.
В лаборатории Сен-Итиро Хакомори было показано, что не-
которые гликосфинголипиды присутствуют на поверхности кле-
ток определенных типов только в течение коротких промежутков
времени, отвечающих конкретным стадиям эмбрионального раз-
вития. Результаты позволили Хакомори предположить, что гли-
косфинголипиды имеют самое близкое отношение к механизмам
деления и дифференцировки клеток.
Сложилось представление о двух аспектах участия сфинголипи-
дов в жизнедеятельности клеток. Они могут как модулировать ак-
тивность белков, находящихся на клеточной мембране, так и слу-
жить наряду с белками в качестве поверхностных маркеров, необ-
ходимых для межклеточных взаимодействий и их регуляции.
Рецепторные белки, находящиеся в плазматической мембране,
часто выступают в роли важного звена цепи событий, которая
приводит к митозу. Э.Бремер из лаборатории Хакомори в со-
трудничестве с Д.Буэн-Поупом, Э.Рэйне и Р.Россом из Вашинг-
тонского университета показали, что некоторые гликосфинголи-
пиды могут разрывать цепь событий, оказывая влияние на рецеп-
торы, и таким образом подавлять деление клеток.
Обычно клетки животных делятся путем митоза и пролифери-
руют только в присутствии факторов роста, которые связывают-
ся с рецепторами на клеточной мембране. После этого рецепторы
вместе со связавшимися с ними молекулами факторов роста пере-
ходят внутрь клетки.
Э.Бремер обнаружил, что добавление гликосфинголипидов
GM1 или GM3 к пролиферирующим клеткам останавливает их
деление. Рецепторы клеток, пролиферация которых была оста-
новлена таким образом, хуже присоединяют фосфатную группу.
Эти эффекты специфичны для данного типа гликосфинголипида.
С.Хакомори (1986) считает, что функционирование рецептора за-
висит от его гликосфинголипидного окружения в составе мембра-
ны. Когда клетки трансформируются в некоторых видах злокаче-
ственных опухолей, они характеризуются резко сниженным со-
держанием GM3, а в других видах опухолей — пониженным со-
держанием GM1. Предполагается, что эти изменения коррелиру-
ют с потерей контроля над размножением клеток, который осу-
ществляется при участии гликосфинголипидов.
Как считают авторы, не всегда гликосфинголипиды связаны с
подавлением деления и дифференцировки клеток. Исследования
Й.Нагаи и его коллег из Токийского университета показали, что
добавление другого сфинголипида GQlb к раковым эмбриональ-
ным клеткам нервной ткани, напротив, индуцирует образование
зрелых нервных клеток. Согласно авторам, гликосфинголипиды
участвуют в механизме пролиферации и дифференцировки, на-
правление которых они сами не определяют. С нашей точки зре-
ния, можно иначе интерпретировать эти данные: поскольку оста-
новка деления клеток сопряжена с повышением дифференциации
клетки, то между данными, полученными ранее, и новым резуль-
татом нет противоречия.
Я.Фукуси и К.Абе из лаборатории Хакомори получили моно-
клональные антитела, избирательно взаимодействующие с эмбрио-
нальными антигенами Lex и Ley, которые имеют прямое отношение
к гликосфинголипидам. К антителам присоединялась метка, вызы-
вающая окрашивание клеток, с которыми они связывались. Была
выявлена значительная экспрессия димерной формы Lex в клетках
эпителия желудка 35 —45-дневных эмбрионов, а у 100-дневных эм-
брионов этот антиген обнаруживался только в глубинных слоях
эпителия пищевода и желудка. У новорожденных и взрослых анти-
ген «FH» практически исчезает.
Онкоэмбриональные антигены обнаружились примерно в рав-
ных количествах в раковых клетках и в нормальных клетках оп-
ределенных типов на некоторых кратковременных стадиях эмб-
риогенеза.
Антитела FH6 окрашивают эмбриональные ткани, но не окра-
шивают ткани желудочно-кишечного тракта взрослых. В то же
время антитела FH6 вызывают специфическое интенсивное окра-
шивание клеток раковых опухолей пищевода и желудка.
Согласно Хакомори (1986), эти результаты являются весьма
сильным подтверждением точки зрения, согласно которой рако-
вые клетки по своим свойствам похожи на недифференцирован-
ные клетки, характерные для ранних стадий эмбрионального раз-
вития. Этот вывод, с нашей точки зрения, имеет принципиальное
значение, он получен на основе молекулярно-генетических дан-
ных и хорошо коррелирует с данными относительно подобия ра-
ковых и стволовых клоногенных клеток.
В нормальных тканях взрослых организмов также выявляются
эмбриональные антигены, но они находятся в глубине ткани и в го-
раздо меньших количествах Такая ситуация хорошо укладывается
в представление о функционировании стволовых клеток в тканях
кишечника. Получается, что одним антигеном окрашиваются эмб-
риональные клетки, стволовые клетки зрелых тканей и опухолевые
клетки. Этот тройной параллелизм является убедительным под-
тверждением положения тканевой модели о том, что раковые клет-
ки — это стволовые клетки, которые перешли к неконтролируемо-
му росту в результате нарушения тканевого контроля.


5. Топобиология тканей и
нарушение адгезии при раке

Адгезия клеток играет важную роль в формировании тканей и
органов в процессе эмбриогенеза. При эмбриональном развитии
происходит дифференцировка клеток, их сортировка в организо-
ванные скопления сходных клеток, транслокация клеток в окон-
чательно сформированные органы. Эти процессы зависят от спе-
цифического межклеточного узнавания и избирательной адгезии
клеток (Хьюз, 1985).
Интегральный результат опухолеобразования связан с наруше-
нием формы, топологической структуры ткани в результате избы-
точного, неконтролируемого роста клеток. Очевидно, к проблеме
опухолеобразования можно подойти с точки зрения нарушения
контроля формообразования и структуры ткани, т.е. рак — это на-
рушение топобиологии ткани, т.е. пространственной организации
ткани. Лауреат Нобелевской премии Дж.М.Эдельман (1984, 1989)
предложил назвать направление эмбриологии и гистологии, изуча-
ющее взаимодействия, проходящие на поверхности клеток и осуще-
ствляющие регуляцию их жизнедеятельности, топобиологией. Ис-
следования этих проблем привели к открытию молекул клеточной
адгезии — САМ (от англ, cell-adhesion molecules), которые пред-
ставляют собой белки, опосредующие взаимодействия клеток в за-
родыше. В адгезии клеток участвуют несколько семейств молекул.
Это молекулы адгезии к субстрату — SAM (от англ, substrate-
adhesion molecules), молекулы клеточных контактов — SJM (от
англ, cell junctional molecules) и молекулы САМ.
САМ находятся на клеточной поверхности и опосредуют меж-
клеточные взаимодействия; SAM секретируются в межклеточную
среду, где входят в состав сложного матрикса, к которому клетки
могут прикрепляться; SJM участвуют в формировании сложных
структур, соединяющих клетки в тканях, в частности так называ-
емых плотных контактах, щелевых контактах и адгезионных
контактах. Почти все известные САМ взаимодействуют друг с
другом по гемофильному механизму: САМ одной клетки связы-
вается с САМ того же типа соседней клетки.
Рассмотрим вначале генетический аспект эмбриогенеза, а за-
тем фенотипический и топобиологический. Любой орган взросло-
го организма образован специализированными тканями и выпол-
няет определенную задачу. В клетках проявляется лишь неболь-
шая часть генетического потенциала, имеющегося в оплодотво-
ренной яйцеклетке. За последнее время удалось идентифициро-
вать некоторые гены-регуляторы, принимающие участие в управ-
лении развитием (Геринг, 1985). В ходе развития эмбриона вре-
мя различных событий и пространственная организация должны
быть точно отрегулированы. Такие гены были идентифицирова-
ны у прозрачных круглых червей Caenorhabditis elegans — эти
гены включаются в определенные моменты дифференцировки.
В экспериментах на плодовой мушке Drosophila melanogaster
было обнаружено, что многие гены, контролирующие пространст-
венную организацию, содержат один и тот же сегмент ДНК, кото-
рый был назван гомеобоксом. Гены этого сегмента регулируют ак-
тивность других генов. При трансляции гомеобокса образуется по-
липептид, который, как полагают, связывается с ДНК, в результа-
те чего соответствующие гены «включаются» или «выключаются».
Если в одной из групп эмбриональных клеток включается специфи-
ческий набор генов, эти клетки направляются по пути развития
крыла; активация иного набора генов формирует ноги и т.д. Гомео-
бокс выявлен у многих организмов — от червей до человека.
При образовании специализированных структур взрослого ор-
ганизма С.elegans в точно определенное время происходит раз-
ветвление клеточной родословной. Гены, изменяющие характер
своей деятельности по достижении клетками определенной пози-
ции, получили название хроногенов. В результате анализа мута-
ций было выяснено, что функция хроногена lin-14 состоит в
обеспечении дифференцировки клеток, образующих кутикулу, в
результате чего клетки образуют кутикулу, характерную для
взрослого организма. Сейчас известны многие другие хроногены,
оказывающие влияние на дифференцировку клеточных линий.
В последнее время наблюдается прогресс в понимании дея-
тельности генов сегментации и гомеозисных генов. Каждая мута-
ция сегментации определенным образом влияет на упорядоченное
разделение эмбриона на повторяющиеся сегменты. Одна из мута-
ций сегментации — мутация fushi tarazu, что по-японски означа-
ет «недостаточное число сегментов». У таких эмбрионов в опре-
деленных сегментах не хватает некоторых частей, и такие сегмен-
ты соединены с соседними сегментами.
В случае гомеозисных мутаций вместо одних частей тела раз-
виваются другие, расположенные в норме в иных сегментах. На
месте глаз у них вырастают крылья, там, где должен быть хобо-
ток, развиваются ноги, вместо ног — антенны и т.д.
Все изученные гомеобоксы могут транслироваться в аминокис-
лотные последовательности, и поэтому предположили, что гомео-
бокс кодирует домен-фрагмент белковой молекулы (его назвали
«гомеодомен»). Гены, содержащие гомеобокс, регулируют мно-
жество других генов, но тем не менее они должны как-то регули-
ровать самих себя. Выявление механизма регуляции регуляторов
было еще одним достижением на пути идентификации факторов
яйцеклетки, участвующих в определении позиционной информа-
ции. Согласно Герингу (1985), открытие гомеобокса у самых раз-
личных видов дает основание полагать, что механизмы, лежащие
в основе развития, гораздо более универсальны.
Процессы эмбриогенеза очень сложны, они регулируются не
только взаимодействием генов, но и сопутствующими эпигенети-
ческими событиями, которые не определяются непосредственно
индивидуальными генами, Адгезию и дифференцировку можно
назвать фенотипическим проявлением генетической детермина-
ции. Адгезия обусловлена молекулами белков, а белки кодируют-
ся генетически. Эти белки находятся на поверхности клеток и
представляют собой гликопротеиды, т.е. белки с ковалентно при-
соединенными остатками Сахаров. Наиболее изученные из них —
фибронектины — относятся к SAM.
На всех нейронах центральной и периферической нервной си-
стемы присутствуют молекулы клеточной адгезии (?-МАК). Для
уточнения вопроса, как влияет содержание МАК на агрессию
клеток, были проведены эксперименты с искусственными липосо-
мами; оказалось, что, когда липосомы содержали вдвое больше
?-МАК, скорость слипания возрастала в 30 с лишним раз. Та-
ким образом, варьирование содержания МАК на поверхности
клетки и замена эмбриональной формы на взрослую могут суще-
ственно влиять на темп агрегации клеток. Регуляция количества
МАК и смена их форм происходят плавно, поэтому возможны
промежуточные состояния с различной эффективностью связыва-
ния клеток (Эдельман, 1984).
На основе изучения динамики синтеза МАК Эдельман (1984)
показал, что экспрессия их проходит в динамике: распределение
и количество МАК меняются как при первичных, так и при вто-
ричных индукциях. При превращении эпителия в мезенхиму
МАК, по-видимому, исчезают с поверхности.
Мы подошли к главному вопросу, который связан с опухоле-
образованием. Находятся ли процессы межклеточной адгезии в
регуляторной обратной связи с цитодифференцировкой и клеточ-
ным делением? Согласно Эдельману, это пока неизвестно. А
между тем это принципиальный вопрос в свете проблемы про-
грессирующего омоложения при опухолеобразовании. С нашей
точки зрения, имеющиеся факты позволяют дать положительный
ответ на него, т.е. констатировать, что клеточная адгезия напря-
мую зависит от состояния молекул адгезии на мембране, а они
зависят от эмбрионализации ткани. Так, Р.Брэкенбери, М.Грин-
берг и Дж.М.Эдельман показали, что ?-МАК исчезают из нерв-
ных клеток, трансформированных вирусом (Эдельман, 1984).
Фибронектины, относящиеся к SAM при невирусных формах ра-
ка, постепенно исчезают с поверхности опухолевых клеток (Фул-
тон, 1987; Хайнс, 1986). Накопились многочисленные данные,
показывающие, что прогрессирующее омоложение ткани при кан-
церогенезе приводит к резкому сужению спектра синтезируемых
белков (ряд белков исчезает) и количественному уменьшению их
содержания, что сближает трансформированные клетки с эмбри-
ональными клетками (Ходосова, 1988), с позиции тканевой моде-
ли это получает объяснение, поскольку источником опухолевых
клеток являются стволовые клетки.
Для объяснения связи тканеспецифических белков и молекул
адгезии Эдельман предложил морфорегуляторную гипотезу. Со-
гласно этой гипотезе, клетки управляются механохимическими
циклами экспрессии САМ и окружающими SAM. Экспрессия
этих генов определяет форму клеток и их реакцию на внешние
сигналы, регулируя образование групп клеток, обменивающихся
между собой сигналами, и влияет на другие гены тканеспецифи-
ческих белков. Согласно концепции Эдельмана, механохимиче-
ские силы, создающие группы клеток, регулируются взаимодей-
ствием клеточных поверхностей. Образование таких групп кле-
ток сопровождается изменением сигналов, подаваемых клеткам,
и их уровня дифференцировки. Такое влияние со стороны САМ
и SAM должно играть важнейшую роль в формообразовании жи-
вого организма и в пространственной организации тканей.
Значительным открытием является обнаружение структурной
гомологии между N-CAM и молекулами антител. На основании
обнаруженной закономерности в 1969 году Эдельман сформули-
ровал «доменную» гипотезу. В дальнейшем гипотеза полностью
подтвердилась. Обнаружились новые члены постулированной им
группы родственных молекул, названной суперсемейством имму-
ноглобулинов: рецепторы факторов роста и антигены тканевой
совместимости. Эдельман предположил, что вся адаптивная им-
мунная система, характеризующаяся наличием суперсемейства
иммуноглобулинов, возникла из более древней системы клеточ-
ной адгезии. В качестве основания он приводит тот факт, что
адаптивная иммунная система есть лишь у позвоночных, т.е. сло-
жилась на поздних этапах эволюции, а система клеточной адге-
зии распространена гораздо шире.
Мы касаемся не всех проблем и деталей, поскольку нас интере-
сует проблема под определенным углом зрения: как изменяется ад-
гезия клеток в процессе опухолеобразования и какую роль в этом
играет эмбрионализация тканей? Морфорегуляторная гипотеза
Эдельмана хорошо дополняет и конкретизирует тканевую модель
канцерогенеза. И наоборот, тканевая теория дополняет и конкрети-
зирует морфорегуляторную гипотезу Эдельмана, в частности уточ-
няет, каким образом связана межклеточная адгезия с цитодиффе-
ренцировкой и клеточным делением. Согласно данным других ав-
торов (Хайнс, 1986; Фултон, 1987), фибронектины, относящиеся к
SAM, в опухолевых клетках резко уменьшаются и исчезают с по-
верхности. Следовательно, с позиции тканевой теории снижение
количества молекул адгезии в результате эмбрионализации ткани
должно привести к нарушению адгезивных свойств трансформиро-
ванных клеток, что и наблюдается при опухолеобразовании. Эта
картина дополняется и такими данными, что замена эмбриональной
формы МАК на взрослую усиливает агрегацию клеток. Следова-
тельно, процесс прогрессирующей эмбрионализации клеток приве-
дет к ухудшению адгезионных свойств.
С позиции тканевой модели опухолеобразования возникает
простое объяснение закономерности изменений адгезионных
свойств опухолевых клеток. Поскольку форма, структура ткани
определяется состоянием клеточной поверхности (ведущую роль
в этом играют молекулы клеточной адгезии), а повышенная, ус-
коренная пролиферация вызывает прогрессирующее омоложение,
эмбрионализацию ткани, то в том месте, где происходит стимуля-
ция пролиферации, клетки постепенно будут терять молекулы
адгезии. На каком-то этапе прогрессирующей эмбрионализации
возникает потеря контроля над формой: появляются выпячива-

<< Пред. стр.

страница 19
(всего 28)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

Copyright © Design by: Sunlight webdesign