Invázió (rák) - Invasion (cancer)
A rák esetében az invázió a rákos sejtek közvetlen kiterjesztése és behatolása a szomszédos szövetekbe . Általában megkülönböztetik az áttétektől , amely a rákos sejtek terjedése a keringési rendszeren vagy a nyirokrendszeren keresztül távolabbi helyekre. Mégis, a limfovaszkuláris invázió általában az áttét első lépése.
Bevezetés
Számos tanulmány megerősítette a sejtmigráció által a rákos sejtek inváziójának két fő mintázatának létezését : a kollektív sejtvándorlást és az egyes sejtek migrációját, amelyek révén a tumorsejtek legyőzik az extracelluláris mátrix gátjait és átterjednek a környező szövetekbe. A sejtmigráció minden mintája specifikus morfológiai jellemzőket és a sejtmigráció mögött álló biokémiai / molekuláris genetikai mechanizmusokat jeleníti meg. Kétféle vándorló daganatsejt, a mesenchymalis (fibroblastszerű) és az amoeboid figyelhető meg a rákos sejtek inváziójának minden egyes mintájában. Ez az áttekintés leírja a rákos sejtek vándorlásának változatai közötti legfontosabb különbségeket, az epithelialis-mesenchymalis, a kollektív-amoeboidos, a mesenchymal-amoeboidos és az amoeboid-mesenchymalis átmenetet, valamint a különböző tumor faktorok és a stroma molekulák jelentőségét a tumor inváziójában. . Az összegyűjtött adatok és tények elengedhetetlenek annak megértéséhez, hogy a rákos sejtek inváziójának mintái hogyan kapcsolódnak a rák progressziójához és a terápia hatékonyságához. Meggyőző bizonyíték áll rendelkezésre arról, hogy az inváziós minták morfológiai megnyilvánulásait a szövetek (tumorok) sokféle szerkezete jellemzi. Saját tanulmányaink eredményei bemutatják az emlőrák progressziójának összefüggését az intratumorális morfológiai heterogenitással, amely nagy valószínűséggel tükrözi a rákos sejtek vándorlásának típusait, és a morfológiai szerkezetű tumorsejtekben a sejtadhéziós molekulák különböző aktivitásából származik .
Invazív növekedés és áttétek, mint a rák malignitásának megnyilvánulása
A rosszindulatú daganatok számos kísérleti és klinikai vizsgálatának eredményei azt mutatták, hogy az invazív növekedés és az áttétek a tumor progressziójának legfőbb megnyilvánulásai , amelyek két szorosan összefüggő folyamatot képviselnek.
A rosszindulatú daganatot egy olyan biológiai jelenség megvalósításának lehetősége jellemzi, mint az áttétes kaszkád, amely egyedülálló többlépcsős „program”, ahol a sejtinvázió kiváltó tényező és kulcsfontosságú tényező a rák további előrehaladásában és távoli szervek és szövetek áttétjeiben. A hatalmas metasztatikus elváltozások súlyos szervi elégtelenség kialakulásához vezetnek, ezért a beteg halálához vezetnek. A komplex invazív metasztatikus folyamat „végpontjai” közötti távolság - az elsődleges daganat behatolása a környező szövetekbe és a metasztatikus gócok kialakulása - több szakaszból áll, amelyek átengedése feltétlenül szükséges a daganat növekedésének sikeres fejlődéséhez és későbbi előrehaladásához : intravazáció, túlélés és jelenlét a szisztémás keringésben, extravazáció, majd a szervek tumorsejtek általi kolonizációja és klinikailag kimutatható metasztázis kialakulása. A daganat növekedését az extracelluláris mátrixszerkezetekre gyakorolt növekvő nyomás kíséri, míg a szöveti mikrokörnyezet a tumorsejtekre gyakorolt növekvő nyomás révén küzd funkcionális-anatómiai integritásának megőrzéséért. A rosszindulatú daganatok növekedését korlátozó tényezők közé tartozik a bazális membrán és a környező stroma különböző komponensei, a megnövekedett intersticiális nyomás, a daganatos sejtek korlátozott oxigénellátása és az aktív oxigénformák képződése, a hipoxia állapotai és az immunrendszer sejtjeinek állandó kitettsége. Tekintettel az intratumorális heterogenitásra, a túlélésért folytatott küzdelemben egyes daganatos sejtek regressziónak és halálnak lehetnek kitéve, míg más sejtek, amelyek ellenállnak az erőteljes, ellensúlyozó mikroen vironmentális tényezőknek, agresszív fenotípust és metasztatikus progresszió képességet nyernek. Az invazív daganatnövekedést a rosszindulatú sejtek leválasztása teszi lehetővé a daganat tömegéből az intercelluláris adhéziós molekulák csökkenésének vagy teljes elvesztésének következtében, és ezért a sejtek anomáliásan magas motilitásra képesek, lehetővé téve a behatolást a sejtek merev szerkezeti elemein. környező sztróma. Ebben az esetben az inváziós folyamat nagymértékben magában foglalja a különböző molekuláris és sejtes mechanizmusokat, amelyek a közzétett adatok szerint közvetlenül függenek egy másik biológiai jelenségtől - az epitheliális-mezenhimális transzformációtól, amelyet először ED Hay írt le 1995-ben. Később az „epitheliális -mesenchymális átmenet ”(EMT) alkalmazásával tisztázták ennek a folyamatnak a reverzibilitását. Jelenleg ismert, hogy az EMT az embriogenezis, valamint a szövetek gyulladásának és regenerációjának folyamatai mögött áll, és természetesen kulcsfontosságú szerepet játszik a karcinogenezis mechanizmusaiban.
Az invazív növekedés fiziológiai prototípusai
A környező szövetekbe és távoli szervekbe terjedő tumorsejtekről ismert, hogy az élettani folyamatok során reprodukálják a normális, nem tumoros sejtekre jellemző mechanizmusokat és migrációs típusokat. A normál sejtekhez hasonló daganatos sejtek képesek aktiválni ezeket a mechanizmusokat saját alakjuk megváltoztatására, a mozgás feltételeinek megteremtésére, valamint a környező szövetek átalakítására a migrációs utak kialakításához. A fő probléma az, hogy a daganatos sejtek, ellentétben a normál sejtekkel, nem rendelkeznek fiziológiai „stop jelekkel” e folyamatok befejezéséhez. Valószínűleg ez a migrációs mechanizmusok kialakulásához vezet, és elősegíti a tumor progresszióját és terjedését.
A rosszindulatú sejtekről kiderült, hogy beépített genetikai programokat alkalmaznak az invazív növekedést és az áttét lehetőségét meghatározó folyamatok megvalósításához. Például egyetlen sejt mozgását figyelik meg az embrionális fejlődés és a gyulladás (pl. Leukocita vándorlás) során. Hasonló disszeminációs mechanizmus jellemző a rákos sejtekre a tumor progressziója és az áttétek során.
Az egysejtes migrációval együtt kollektív sejtvándorlás is előfordulhat, amikor a szorosan összekapcsolt tumorsejtcsoportok vándorolnak. Ez a fajta migráció a szövetek átrendeződését jelzi, az embrionális morfogenezis folyamatainak alapját képezi, valamint a sebfelületek gyógyulásának elengedhetetlen eleme.
Ezért a legfontosabb, hogy a rosszindulatú daganatsejtek mind az együttes, mind az egysejtes vándorlás mechanizmusait fiziológiai prototípusként használják az invazív növekedés és az áttétek folyamatában.
Az invazív növekedés mintái
Jelenleg bizonyos morfológiai és molekuláris genetikai paraméterek komplexe alapján az invazív növekedés két alapvetően különböző mintáját különböztetik meg: kollektív (csoportos) sejtvándorlás és egysejtes vándorlás (egyéni vándorlás: 1. ábra). Ebben az esetben a migrációs típust nagymértékben a szöveti mikrokörnyezet jellemzői határozzák meg, és ez a tumorsejtek molekuláris változásaitól függ.
Az egyetlen migráló sejtek által a migráció során alkalmazott inváziós mechanizmus meghatározása összetett feladat. Sajnos az ezt a kérdést molekuláris és morfológiai szinten vizsgáló tanulmányok száma kevés, és többnyire in vitro végeztek specifikus sejtvonalak felhasználásával.
Most azonban jelentősen megnőtt azoknak a vizsgálatoknak a száma, amelyek növekvő érdeklődést mutatnak a daganatos sejtek molekuláris genetikai jellemzői iránti kutatás iránt, amelyek meghatározzák a sejtek mozgásának fő különbségeit az egyedi vándorlás, valamint a kollektív vándorlás során. .
Kollektív migráció
A kollektív migrációt az egész sejtcsoportok migrációja jellemzi, amelyeket összekapcsolnak adhéziós molekulák és más kommunikációs csomópontok (1. ábra). Ez az ilyen típusú invázió fő jellemzője, mivel a mögöttes sejtmechanizmusok ugyanazok a kulcsfolyamatok, amelyek nagyrészt meghatározzák az egysejtű migrációt.
Kollektív sejtvándorlást figyeltek meg az emlő- és az endometrium rák, a prosztatarák, a vastagbélrák, a nagysejtű tüdőrák, a rhabdomyosarcoma, a melanoma, valamint a legtöbb pikkelyes sejtes karcinóma kialakulásában és előrehaladásában.
Kollektív migráció esetén a rákos sejtek, a daganat tömegének részeként vagy többsejtű csoportok formájában leválva róla, behatolnak a környező szövetekbe, és vékony rövid akkordokat, klasztereket, csíkokat és széles mezőket, valamint struktúrákat alkotnak. lumennel, amelyek sokféle szerkezeti elemet jeleznek a tumor inváziójában.
Mint már említettük, a kollektív migrációt a cadherinekkel és sejtek közötti résekkel összekapcsolt egész sejtcsoportok vándorlása jellemzi. A mozgó sejtcsoportnak van egy „éle” vagy „vezető frontja”, amely integrineket és proteázokat használ (1. ábra). A kutatók egyértelmű különbségeket jeleznek a gének expressziójában és morfológiájában a vezető élt képező „vezető” sejtek és a mögöttük, a „hátsó élnél” elhelyezkedő „követő” sejtek között. A sejtalakú „vezetők” gyakran hasonlítanak a mezenhimális sejtekre, és kevésbé kifejezett rendeződés és szerkezeti szerveződés jellemzi őket, míg a „követők” általában szorosabban tömörített, rozettaszerű csőszerű struktúrákat alkotnak, szoros sejtközi érintkezésekkel.
Kollektív migráció esetén a tumorsejtek kiemelkedéseket (pseudopodia) képeznek az élen, integrinek segítségével fokális kapcsolatokat alakítanak ki az aktin citoszkeletonnal, és végrehajtják az extracelluláris mátrix proteolitikus lebontását, teret teremtve a daganatszövet behatolásához és kiterjedten az aktin-miozin kontraktilis készülék bevonása a folyamatba a sikeres migráció biztosítása érdekében.
A kollektíven vándorló sejtcsoportok polaritásának különbségei a felületi receptorok, például a CXCR4 és CXCR7 kemokin receptorok expressziójának sajátosságaiból adódnak a „vezető” sejtekben. A stromális sejtek által termelt növekedési faktorok és kemokinek, valamint a diffúziós gradiens biztosítja a sejtek polarizációjának extracelluláris indukcióját. A kemokinek, például az SDF1 (CXCL12), a fibroblaszt növekedési faktor (FGF) és a transzformáló β növekedési faktor (TGF-β) bevonása ezekbe a folyamatokba vitatott.
Sokat tudni a TGF-β karcinogenezisben való részvételéről, amelynek szerepe kettős. Taylor és mtsai. felhívták a figyelmet arra a tényre, hogy a TGF-β, amely az emlőmirigy hámsejtjeiben erős daganatszuppresszorként hat a rák korai szakaszában, az onkogén citokinekkel való kölcsönhatás révén befolyásolhatja a tumor fejlődését. A TGF-β fokozott expressziója összefüggésben van a tumor progressziójával, amelyet gyakran megfigyeltek, például a mellrák későbbi szakaszaiban. A TGF-β szerepét a hám-stroma migrációban a tumor progressziója alatt nem vizsgálták kellőképpen. Állítólag a TGF-β kulcsfontosságú szabályozója a daganat és a sztróma közötti kölcsönhatásoknak, amely elősegíti az emlőrák kollektív sejtmigrációját.
Megállapítást nyert, hogy a vezetősejtek a podoplanint, egy transzmembrán glikoproteint expresszálják, amely normális körülmények között expresszálódik vese podocytákban, 1-es típusú tüdő alveoláris sejtekben, vázizomsejtekben, placentában stb. A mellrákos sejtekben a podoplanin expressziója sejtmigrációt és inváziót vált ki. filopodiumok kialakulása és az Ecadherin expresszió egyidejű megtartása.
Olyan adatokról számoltak be, amelyek azt mutatják, hogy a kollektíven vándorló rákos sejtek felhasználhatják a szomszédos mezenhimális sejtek képességét a mátrix szerkezetének módosítására és újjáépítésére, majd „nyomdokaiba lépve”. In vitro kísérletekben a fibroblasztok kultúrába juttatása láncok formájában kollektív tumorsejt-migrációt indukál az alapul szolgáló mátrixba. Ezért a fibroblasztok „útmutatót” jelentenek a daganatos sejtek behatolásához, és a környező extracelluláris mátrixot olyan utakhoz alakítják át, amelyek oldalán vastag kollagénkötegek találhatók, a központban pedig nincs mátrix.
A LIM-kináz, amely az egyik fehérjecsalád tagja, szerepet játszik a tumorsejtek kollektív migrációjának kialakulásában. Ez a fehérje közismerten részt vesz a fejlődő invadopodiumok szabályozásában, amelyek a rosszindulatú daganatos sejtekre jellemző struktúrák és felelősek a környező extracelluláris mátrix elpusztításáért. Az emlőrákban a LIM-kináz túlzott aktiválása jelenik meg. A LIM-kináz gén elnyomott expressziójú emlődaganatos sejtjei elvesztik az inváziós képességüket, mivel elvesztik az extracelluláris mátrix megszakításának képességét.
Egysejtes invázió vagy egyedi sejtvándorlás
Az invazív növekedés ilyen típusát, mint az egysejtű invázió, megkülönböztetjük azon morfológiai elemzés során végzett egyes tumorsejtek kimutatása alapján, amelyek egymástól függetlenül behatolnak a környező szövetekbe. Ebben a típusú daganatinvázióban az egysejtes migráció két különböző mozgástípuson keresztül történhet: mesenchymalis és amoeboidos. Számos kutató rámutat arra, hogy az egysejtű invázió esetén az egyik típusú migrációról a másikra (a mesenchymalisról az amoeboidra és fordítva, 1. ábra) "elmozdulhat". Ezek az átmenetek általában bizonyos sejtmolekulák aktivitásának változásakor következnek be, amikor a tumorsejteknek alkalmazkodniuk kell a mikrokörnyezet sajátosságaihoz.
Mesenchymalis (fibroblasztszerű) sejtvándorlás
Az invazív sejtnövekedés mesenchymális mechanizmusait, ellentétben az amoeboid típusú migrációval, bonyolultabb folyamatok előfordulása és nagyobb számú sejtmolekula részvételének igénye jellemzi megvalósításában (1. ábra).
Ez a fajta migráció a reparatív regeneráció során a keratinocitákra , az endotheliocitákra , a simaizomsejtekre és a fibroblasztokra jellemző . Mivel a mesenchymal típusú mozgást alkalmazó rosszindulatú sejtek elveszítik az epitheliális polaritást és megnyújtják az orsó alakját, amely hasonlít a fibroblast alakjához, ezért az ilyen típusú inváziót „fibroblast-szerű” migrációnak is nevezik. Mesenchymalis inváziót észleltek a melanoma , a fibrosarcoma , a glioblastoma és más rosszindulatú daganatok kialakulása során.
A daganat tömegétől elszakadó és a környező szövetekbe behatoló rákos sejtek többségében ismert, hogy bizonyos változásokon mennek keresztül, megszerezve a mesenchymális sejtekre jellemző morfológiai tulajdonságokat és fenotípust. Ezt a rosszindulatú hámsejt átalakulását, amely új molekuláris és morfológiai jellemzők megjelenésével függ össze, „hám-mesenchymális átmenetnek” nevezzük. Mint már említettük, ezt a biológiai jelenséget először ED Hay írta le 1995-ben. Ma a jelenség fennállását számos olyan tanulmány eredményei támasztják alá, amelyek a rosszindulatú daganatok inváziójának és metasztázisának mechanizmusait vizsgálták. Az invazió mesenchymális mechanizmusa feltehetően az EMT következménye, amikor egy rosszindulatú hámdaganat aktív dedifferenciálódása következik be, és a többsejtű csoportok elkezdenek felosztódni egyetlen daganatsejtre, mezenchimális fenotípust nyerve.
Számos kutató hangsúlyozta, hogy a daganatos sejtek a mesenchymális típusú migráció során számos specifikus, egymást követő lépésen mennek keresztül, amelyek a migráció ötlépcsős modelljét alkotják. Ez a ciklus a következő változásokat tartalmazza: 1) kiemelkedés kialakulása az egyik sejtpóluson - egy lamellipódia vagy egy filopódia, amelyet az aktin citoszkeleton összehúzódásai hoznak létre a kis Rac1 és Cdc42 GTPázok irányítása alatt, a β1 család integrinjeinek gyors bevonásával ; 2) fokális adhézió bekövetkezése a β1 és β3 integrinek bevonásával az extracelluláris mátrix és a sejt érintkezési helyén; 3) fókuszos kontaktusok összeszerelése, amely az integrin által közvetített kölcsönhatásokon alapul, és a proteolitikus enzimek (mátrix metalloproteinázok, szerin és treonin proteázok, katepszinek) aktiválása a „sejt-mátrix” határfelületen, ami a környező pusztulásához és átalakításához vezet extracelluláris mátrix; 4) az aktin citoszkeleton polarizációjának változása a miozin II által közvetített kontroll alatt, a sejt testének összehúzódásai; és 5) a hátsó él „mozgatása” felé a mátrixszerkezet újonnan kialakult hibáin keresztül. Mivel a sejtek, amelyek a fibroblaszt-szerű inváziós mechanizmust alkalmazzák, követik a leírt vándorlási lépéseket, mozgási sebességük alacsony: körülbelül 0,1– μm / perc.
A proteolízis és a szövetszerkezetek átalakításának lehetősége megmagyarázza azt a tényt, hogy a daganatos sejt mesenchymalis mozgása az amoeboid vándorláshoz képest kisebb változásokkal jár a sejt alakjában és a sejtmag minimális deformációjával. Világos érdeklődésre tartanak számot azok a tanulmányok eredményei, amelyek azt mutatják, hogy a daganatos sejtek viselkedése az egyéni migráció során függ a környező mátrix merevségétől. Például a vándorlás mezenhimális vagy proteolitikus modellje dominál a „merev” („sűrű”) körülvevő mátrix körülményei között. Egyetlen sejt magas vándorlási hatékonyságát a sűrű szövetekben mesenchymális mechanizmust alkalmazva a különböző proteázok szekréciója miatt bekövetkező proteolízissel és a sztómás elemekkel való fokális érintkezés kialakításának képességével magyarázzák.
Ezért érdemes megjegyezni, hogy az invazív növekedés fibroblasztszerű mechanizmusának legfontosabb pontjai az erős tapadási erők a sejt mindkét pólusán, valamint a sejtek és az extracelluláris mátrix komponensek között, az integrinek kifejezett expressziója (β1 és β3 családok), proteolízis a szövetek roncsolásával és ezt követő átalakításával, a mátrixszerkezet hibáinak kialakulásával, és egyetlen sejt vagy sejtlánc mozgása a hibákon keresztül. A mag deformációja minimális, és a sejtek vándorlása lassú.
A releváns gének expressziójának elnyomása alapján, kis interferáló RNS-ek felhasználásával, a Rac1 és Cdc42 GTPázok specifikus aktivitása bizonyult a mesenchymalis invázió jellegzetességének. A GTPáz Rac1 szuppressziója a GTPase RhoA és effektora, a ROCK kináz szignálaktiválásával a tumorsejtek mesenchymális migrációjának blokkolásához vezet.
Amoeboid sejtvándorlás
Az invazív növekedés amoeboid mechanizmusa a legprimitívebb és egyben a leghatékonyabb módja az egyes tumorsejtek vándorlásának. Minden tulajdonságában hasonlít az egysejtű organizmus, például az amőba Dictyostelium discoideum viselkedésére és mozgására.
Az integrineket vagy proteázgátlókat blokkoló antitestek alkalmazása a klinikai vizsgálatokban tumorsejtek megjelenéséhez vezet, amoeboid típusú migrációval. Hasonló eredményeket értek el rosszindulatú daganatok in vivo vizsgálatában. Megállapítottuk a kapcsolatot a mátrix metalloproteináz gátlókon alapuló gyógyszerek rákterápiában való alkalmazása és a tumor folyamatának progressziója között. Ennek a kapcsolatnak a magyarázata csak az amoeboid migrációra képes tumorsejtek azonosítása után vált lehetségessé. Ezek az adatok nagy valószínűséggel azt mutatják, hogy az extracelluláris mátrix adhézióját és roncsolását végző fő molekulák alkalmazásával a környező szövetekbe való terjedésük képességének csökkenése vagy teljes elvesztése esetén a tumorsejtek az amoeboid inváziós mechanizmushoz fordulnak, amely válik a migráció egyetlen és leghatékonyabb módjává.
Ezt a fajta vándorlást írták le keringő őssejtekben, leukocitákban és bizonyos daganattípusokban. Zijl és munkatársai szerint az amoeboid típusú invazív növekedést emlőrákban, limfómában, kissejtes tüdőrákban és prosztatarákban, valamint melanomában figyelték meg.
Amoeboid vándorlás esetén kimutatták, hogy a rosszindulatú daganatos sejtek kerek vagy ellipszis alakúak (1. ábra). Az amoeboid sejtekre jellemző a gyors deformálhatóság, alakjaik alkalmazkodása a környező extracelluláris mátrix meglévő struktúráihoz és szűk tereken keresztül, összenyomott formában történő behatolásuk. A mozgást és az áthelyezést a sejt testének egymást követő nagy sebességű tágulási és összehúzódási ciklusai hajtják végre, a sejtmembrán „gömbszerű” kiemelkedéseinek kialakulásával. Ezek a lyukak lehetővé teszik a sejt számára, hogy megvizsgálja a mikrokörnyezetet, hogy megtalálja a legmegfelelőbb mozgási utat a különféle akadályok megkerülésére, ezáltal a daganatsejtek képesek mozogni az extracelluláris mátrix keskeny rései között. A sejt alakjában kialakuló változásokat a kortikális aktin citoszkeleton generálja, amelyet viszont a kis GTPáz RhoA és effektora, a ROCK kináz szabályoz. Ez a GTPáz a kis GTP-hidrolázok szupercsaládjába tartozik, amelyek tagjai kulcsszerepet játszanak az amoeboid típusú invázióban, mivel részt vesznek a jelátvitelben és ezáltal a sejtben lejátszódó sokféle folyamat szabályozásában, ideértve az átszervezést is. az aktin citoszkeleton migrációja során.
Érdemes megjegyezni, hogy az invázió amoeboid mechanizmusán keresztül történő migráció nemcsak a sejt alakjában, hanem a mag alakjában, valamint a többi belső organellához viszonyított helyzetében és helyzetében is megváltozik. A magot, amely a környező citoszkeletonhoz, az organellához képest a legnagyobb és merevebb, mechanikusan szilárdan stabilizálja a strukturális fehérjék kiterjedt hálózata, emiatt alakja, valószínűleg, gyakran nem megy át jelentős változásokon. Az amoeboid típusú migrációra azonban a legkifejezettebb magdeformáció jellemző, amelyet a környező mátrix proteolitikus lebontásának hiánya okoz. Mivel a daganatsejteknek keskeny tereken és pórusokon kell mozogniuk, a mag ebben az esetben is maximálisan összenyomott állapotban fordul elő. Feltételezzük, hogy a leukociták amoeboid mozgásához hasonlóan, az egyetlen vándorló daganatsejtek belsejében lévő magok előre mozognak az él felé.
A mesenchymalis mozgással szemben az amoeboid vagy egy nem proteolitikus migrációs modell érvényesül, amikor a környező mátrixot viszonylag alacsony merevség jellemzi („puha” mátrix). Például a tumorsejtek amoeboid migrációját a nyirok- és keringési rendszerben migrációnak tekintjük egy puha mátrixban.
Condeelis és Segall két különböző daganatsor, az MTC és az MTLn3 példáján tárták fel a sejtvándorlás néhány jellemzőjét in vitro és in vivo körülmények között. A magas metasztatikus potenciállal rendelkező és valószínűleg az invazív növekedés amoeboid mechanizmusa révén vándorló MTLn3 sejtekre az epidermális növekedési faktor receptorok (EGFR) magasabb expressziós szintje jellemző, mint az alacsony metasztatikus potenciállal rendelkező MTC sejtek. Vándorlásuk összefüggésben van a vérerek és a kollagéntartalmú rostok jelenlétével a környező mátrixban. Úgy gondolják, hogy az erek felé irányuló tumorsejtek kemotaxisát az EGFR jelátviteli útvonalai közvetítik.
Az invázió ameboid mechanizmusának számos megkülönböztető jellemzője van. A sejtek és a környező mátrix közötti gyenge kölcsönhatás, valamint a gyújtóskontaktusok hiánya vagy gyengesége jellemzi. Felhívták a figyelmet arra, hogy a sejtek az extracelluláris szubsztráttal való érintkezés helyén gyors és nem fokális összeszerelésben tarthatók. Az integrinek nem fontosak ebben a fajta invazív növekedésben. Fontos szempont a proteolízis hiánya a sejt-mátrix kölcsönhatások helyén, valamint az extracelluláris mátrixot elpusztító proteolitikus enzimek expressziójának hiánya. In vitro vizsgálatok kimutatták, hogy amoeboid típusú invazív növekedés esetén valószínűleg ezeknek a tulajdonságoknak köszönhető, hogy a tumorsejtek képesek a kultúrák legnagyobb sebességével (20 μm / perc) mozogni.
Amoeboid-mesenchymal és mesenchymal-amoeboid átmenetek
Már megállapítottuk, hogy létezik bizonyos mértékű plaszticitás, és lehetősége van az egyik vándorlási típusról a másikra (a mesenchymális típustól az amoeboidig és fordítva) „eltolódni” az egyes sejtek inváziója esetén. Ezek az események nyilvánvalóan annak köszönhetők, hogy bizonyos sejtmolekulák aktivitása megváltozik, és hogy alkalmazkodni kell a szöveti mikrokörnyezet körülményeihez (1. ábra).
Ezeket a változásokat amoeboid-mesenchymal és mesenchymal-amoeboid átmenetekként írják le. A mezenhimális migrációs típust alkalmazó tumorsejtek bizonyos módon megváltoztathatók, és az amoeboid típusú mozgásra válhatnak egy gyengített jel és olyan mechanikai utak körülményei között, amelyek közvetlenül részt vesznek az extracelluláris mátrixszerkezetek és a rosszindulatú sejtek közötti kölcsönhatások stabilizálásában. A rendelkezésre álló adatokat azonban elsősorban kísérletek útján nyertük. A következő mechanizmusokat írták le, amelyek a sejtek átmenetéhez vezetnek a mesenchymaltól az invazív növekedés amoeboid típusú típusához (mesenchymal-amoeboid átmenet): 1) a pericelluláris proteolízis csökkentése vagy teljes megszüntetése proteázinhibitorok alkalmazása miatt; 2) az integrin receptorok aktivitásának csökkenése és kölcsönhatásuk a környező stroma elemekkel antagonistáikkal; 3) a kis GTPáz RhoA és ROCK effektorának aktivitásának növekedése és stabilizálása. S. Berton csoportjának tanulmánya érdekes tényt szolgáltatott, jelezve, hogy a p27 fehérje a funkciók sokfélesége ellenére fontos szerepet játszik a sejtek mozgékonyságának szabályozásában. Különösen e fehérje hiánya in vitro körülmények között indukálja a mesenchymal-amoeboid átmenetet a sejtekben egy 3D mátrixban.
Egyes szerzők az invazív növekedés mechanizmusait vizsgálják az egyedi sejtvándorlás során, amoeboid-mesenchymalis átmenet lehetőségét jelzik, amely fordított folyamat a mesenchymalamoeboid átmenet felé. Van egy hipotézis, amely szerint az amoeboid-mesenchymalis átmenet mechanizmusa valószínűleg ugyanazon a molekuláris alapon nyugszik, és hogy az egyetlen megbízható folyamat, amely meghatározza a leírt transzformáció lehetőségét, a kis GTPáz-család tagjainak aktivitásának egyensúlyhiánya és a Rac aktivitás túlsúlya a RhoA aktivitással szemben. A leírt változások alapjául szolgáló mechanizmusok továbbra sem tisztázottak.
Kollektív-egyéni átmenetek
Az egyetlen daganatban lévő tumorsejtek egyszerre mozoghatnak együttesen és egyenként is. Ebben az esetben az egyéni migrációról a kollektív migrációra való áttérés fontos lépés a rosszindulatú daganatok invazív és metasztatikus potenciáljának növelése felé. Például a szilárd masszától elszakadt melldaganatos sejtek képesek behatolni a nyirokerekbe. Jelenleg két mechanizmust különböztetnek meg: az epitheliális-mezenhimális és a kollektív-amoeboid átmeneteket, amelyek révén egyedileg vándorló tumorsejtek termelődnek (1. ábra). Viszont az utóbbiak, különösen az EMT-n átesett sejtek, bizonyos körülmények között képesek epitheliális fenotípus megszerzésére és tumor multicelluláris komplexek kialakítására. Ezt a fenotípus inverziót „mesenchymal-epithelialis átmenetnek” nevezték.
Hám-mesenchymalis átmenet
Az utóbbi időben erőteljesen megvitatták az epitheliális-mesenchymalis átmenetet, mint olyan mechanizmust, amelynek során a tumorsejt leválik az epithelialis rétegről és motilitást nyer (1. ábra), az úgynevezett „mozgásszervi fenotípus”, amely elősegíti az invazív növekedést és az áttéteket . Ennek a folyamatnak a rák progressziójának kulcsfontosságú tényezőként történő kifejlődését in vitro mutatták be specifikus tumorvonalak, valamint kísérleti modellek felhasználásával; azonban a tumorsejtek EMT-fejlesztésének megállapítása és azonosítása in vivo körülmények között és fő jellemzőik bonyolult feladat.
Az EMT számos morfogenezis folyamat alapja. Úgy gondolják, hogy normális körülmények között (az embriogenezis során) az EMT-t a fibroblasztok által kiválasztott HGF (hepatocita növekedési faktor) indukálhatja. A HGF kötődik a hámsejtek membránján elhelyezkedő specifikus c-Met receptorokhoz. A receptorokhoz való kötődés aktiválja a kis GTPáz rendszer egyes fehérjéit (Cdc42, Rac, RhoA, RhoC) tartalmazó jelátviteli utat, amelyek szabályozzák az aktin mikrofilament polimerizáció intenzitását és az aktin-miozin szálak kontraktilitását, amely meghatározza a lamellipodia képződés intenzitását és a mátrixhoz kötött sejt feszültsége. Ebben az esetben jelentős az egész aktin-miozin citoszkeleton átrendeződése és az E-kadherin sejtközi érintkezéseinek elvesztése. A karcinogenezis során a hámsejteket morfológiai átalakításnak vetik alá, amely fenotipikusan hasonló az EMT-hez, de a vonatkozó HGF ligandum hiányában fejlődik ki. Ez a transzformáció rosszindulatú daganatokban különböző onkogének transzfekciójával indukálható. Az átalakulás során a daganatsejtek elhagyhatják a hámréteget és a fibroblasztokhoz hasonlóan mozoghatnak, ezáltal elsajátítva az invázió és az áttétképesség képességét.
Az EMT során a következő fő események fordulnak elő: a rosszindulatú hámsejtek elveszítik apikális-bazális polaritásukat a szoros sejtközi összekapcsolódások megszakadása és a sejtadhéziós molekulák (például E-kadherin és integrinek) elvesztése miatt; a sejtes aktin citoszkeletont megváltoztatják és átalakításnak vetik alá olyan stressz rostok képződésével, amelyek a sejtmembrán közelében lévő egyes sejtrészekben összegyűlnek, ahol később specifikus sejtnyúlványok kezdenek kialakulni; a hám mögöttes bazális membránjának lebomlása következik be, ami azt eredményezi, hogy a sejtek közötti kontaktus hiányában szenvedő daganatos sejtek invazív növekedésre és a környező stromális mátrixba való behatolásra képesek, és megkezdik az aktív migrációt.
Megállapították, hogy az EMT ritkán egyformán kifejezett a tumor teljes szövetében. Valószínűbb, hogy ezt a folyamatot a sejtek hámból a mezenhimális fenotípusba való átmenetének változó intenzitása jellemzi. Ezzel kapcsolatban egyes kutatók az úgynevezett részleges EMT-t írják le, amelyben az invazív front legtöbb sejtje részt vesz (1. ábra). A részleges EMT olyan állapot, amikor a sejtek már megszerezték a sikeres migrációhoz szükséges tulajdonságokat, de továbbra is fenntartják a sejt-sejt kapcsolatokat. Ezt a fenotípust hibrid „epitheliális-mesenchymal” fenotípusnak hívták, és összekapcsolták a kollektíven mozgó tumorsejtekre jellemző jellemzőkkel.
Taddei és mtsai. jelezték, hogy az EMT a legfontosabb transzkripciós tényezők, például a TWIST1, a Snail, a Slug és a ZEB1 / 2 aktiválásához kapcsolódó programok indukciója miatt fejlődik. Ez az erős kadherin-csomópontok megszakadását, a poláris sejtek migrációjának aktiválódását és az extracelluláris mátrix komponensek különféle szekretált proteázok általi proteolízisét eredményezi, az integrin receptorok funkcióinak megtartásával. Kísérletileg megállapították a Prrx1 transzkripciós faktor szerepét, amely meghatározza az emlőrákos sejtek invazív növekedési képességét.
Kimutatták, hogy a cinkujj-doménnel rendelkező ZEB1 és ZEB2 fehérjék képesek közvetlenül kötődni a promóterekhez, ezáltal indukálva a mesenchymal marker gének expresszióját, és elnyomva az E-kadherin és más epitheliális markerek expresszióját.
Hasonlóképpen, a Csiga és a Csiga képes elnyomni az E-kadherin gén expresszióját a promóteréhez való közvetlen kötődés révén, valamint epiteliális fehérjék, például dezmoplakin és claudin termelésével, és aktiválja a vimentin és a mátrix metalloproteinázok expresszióját, ezáltal növelve a sejtek migráció. A Sanchez-Tillo által vezetett kutatócsoport megállapította, hogy a csiga transzkripciós faktor nem fordul elő normális hámsejtekben, és annak kimutatása a tumor invazív front sejtjeiben a rákos betegek rossz túlélésének előrejelzőjeként tekinthető. Úgy gondolják, hogy a ZEB1 / 2, a csiga és a meztelen csigát TGF-β, gyulladásos citokinek és hipoxia indukálják.
Kollektív-amoeboid átmenet
Kísérleti adatok alapján számos kutató jelzi az úgynevezett kollektív-amoeboid átmenet létezését (1. ábra), amikor a környező szövetekbe kollektív multicelluláris csoportok formájában behatoló daganattömegek disszociálódnak egyetlen, az amoeboidot használó vándorló sejtekbe. mozgalom. Bebizonyosodott, hogy ez az esemény a β1 család integrinreceptorainak inhibitorainak alkalmazásával válik lehetővé, mivel ezek a molekulák kulcsfontosságú szerepet játszanak mind a sejt-sejt kontaktusok kialakulásában, mind a tumorsejtek és a környező szövetkomponensek közötti kölcsönhatásokban.
Mesenchymalis-epitheliális átmenet
Valójában nincsenek olyan tanulmányok, amelyek a mesenchymalis-epitheliális átmenet hátterében álló mechanizmusok vizsgálatára irányulnának. Ugyanakkor felismerik egy ilyen jelenség lehetőségét. Ebben az esetben azt mondják, hogy gyakran, pl. Emlő- és prosztatarák esetén, a távoli metasztatikus gócok szövetszerkezete hasonló az elsődleges daganatszerkezethez. Friedl és Gilmour szerint ezekre az adatokra számos feltételezés tehető. Először is, invázió és metasztázis előfordulhat EMT nélkül. Másodszor, a disszeminált sejtek detektálása a tumorszöveti minták rutinszerű kóros vizsgálata során meglehetősen összetett feladatnak tűnik, és e sejtek azonosítása az EMT során valójában lehetetlen. Harmadszor, a daganatsejtek átmenetileg az EMT mechanizmusait használják az intravazációhoz, és elterjednek a távoli szervekben és szövetekben, ahol visszatérnek az epitheliális fenotípushoz. Ezt az átalakulást mesenchymal-epithelialis átmenetnek (MET) nevezik. A MET-et kísérleti úton indukálták, és az egyedileg mozgó sejtek többsejtű komplexeket képeztek, de a MET molekuláris mechanizmusai fiziológiai körülmények között továbbra sem ismertek. Nguyen és mtsai. kimutatta, hogy a fibroblaszt növekedési faktor 1 receptor (FGFR1) szelektív inhibitora, a PD173074 gátolja az AP-1 fehérje aktivitását szabályozó MAPK jelátviteli utat, ami viszont indukálja a MET fejlődését. A PD173074 inhibitor gyógyszerként való alkalmazásának lehetőségének vizsgálata, amelyet specifikus tumorsejtvonalakon végeztek, feltárta a tumor növekedésének, migrációs képességének és inváziójának egyértelmű elnyomását. Ebben az esetben a Csiga és a mátrix metalloproteinase 3, 10, 12 és 13 gének expressziójának csökkenését és az E-kadherin gén expressziójának növekedését figyelték meg.
Az invazív növekedési típusok osztályozása az emlőrák példáján
Kutatócsoportunk évek óta tanulmányozta az emlőrák progressziójának jellemzőit az intratumorális heterogenitástól függően. Különös figyelmet fordítottak az elsődleges daganat fenotípusos sokféleségére invazív, nem speciális típusú karcinómában, amely az emlőrák összes szövettani típusának zömét (80%) teszi ki.
Az elsődleges emlődaganat jelentős szerkezeti sokfélesége ellenére a morfológiai struktúrák öt fő típusa különböztethető meg: alveoláris, trabekuláris, tubuláris és szilárd szerkezetek, valamint a tumorsejtek különálló csoportjai (2. ábra). Az alveoláris struktúrák kerek vagy kissé szabálytalan alakú tumorsejt-klaszterek. Az ilyen típusú struktúrákat alkotó sejtek morfológiája a mérsékelt citoplazmával rendelkező kis sejtektől és a kerek magoktól kezdve a szabálytalan alakú és mérsékelt citoplazmával rendelkező hiperkromatikus magokkal rendelkező nagy sejtekig változik. A trabekuláris struktúrák rövid, lineáris asszociációk, amelyeket kicsi, meglehetősen monomorf sejtek egyetlen sora alkot, vagy széles sejtcsoportok, amelyek két közepes méretű, mérsékelt citoplazmával rendelkező sejtből és kerek normokróm vagy hiperkromatikus sejtekből állnak. A csőszerkezeteket egy vagy két, meglehetősen monomorf sejt kerek normokróm maggal alkotja. A szilárd struktúrák különböző méretű és alakú mezők, amelyek vagy kis sejtekből, mérsékelt citoplazmából és monomorf magokból állnak, vagy nagy sejtekből, amelyekben bőséges a citoplazma és a polimorf mag. Diszkrét sejtcsoportok egy vagy négy sejt csoportja formájában fordulnak elő, változó morfológiával.
Az eddig felhalmozott adatok alapján feltételezhető, hogy a melldaganatok különböző morfológiai szerkezete megfelel az invázió bizonyos típusainak. Ezért azokat az alveoláris, trabekuláris és szilárd struktúrákat, amelyekre a sejt-sejt kontaktusok jellemzik, a kollektív migráció morfológiai megnyilvánulásaira lehet utalni, míg a tumorsejtek diszkrét csoportjaira az egyéni migráció megnyilvánulásait. Érdekes, hogy a sejtadhéziós gének expressziójának tanulmányozása során kapott első adatsor teljes mértékben megerősíti ezt a hipotézist. Például csökkent a sejt-sejt érintkezésért felelős kadherinek génjeinek aktivitása, sorrendben: szilárd - alveoláris és trabekuláris struktúrák - a tumorsejtek különálló csoportjai. Ebben az esetben a daganatos sejtek extracelluláris mátrixhoz való tapadásában részt vevő integrinek expresszált génjeinek száma sorrendben csökkent: szilárd és alveoláris - trabekuláris struktúrák - különálló daganatos sejtcsoportok.
Az invazív növekedés típusai a tumor progressziójában és a terápia hatékonyságában
Az invazív növekedés és a gyógyszerrezisztencia kialakulása összefüggő folyamatok, amelyek a legfontosabb szerepet játszanak a tumor előrehaladásában: különösen az áttétekben. Nagyon valószínű, hogy ugyanazok a jelátviteli utak vesznek részt a sejtvándorlásban és a tumor terápiával szembeni rezisztenciájának kialakulásában.
A vándorló tumorsejtek (a mozgás típusától függetlenül) jobban ellenállnak a kemoterápiának és a sugárkezelésnek, mint a nem mozgó sejtek. Ez nagyrészt annak köszönhető, hogy a vándorló sejtek átmenetileg elveszítik osztódási képességüket. Az is tény, hogy a mozgó tumorsejtek fokozott anti-apoptotikus gének aktivitását mutatják, ami rezisztenciát okoz a programozott sejthalál kiváltását célzó kemoterápiás gyógyszerekkel szemben. Ezenkívül az EMT állapotú sejtekről ismert, hogy kemorezisztenciát is mutatnak. Ez a gyógyszerrezisztencia annak köszönhető, hogy az EMT során a kemoterápiás gyógyszerek sejtből történő kiáramlásáért felelős ABC család fehérjéinek szintézise indukálódik. A fő transzkripciós tényezők, amelyek kiváltják az EMT-t, és egyúttal pozitívan szabályozzák az ABC transzporterek aktivitását, magukban foglalják a TWIST1, Snail stb.
A közelmúltban kapott adatok azt mutatják, hogy szoros összefüggés van a kollektív migráció, valamint a sugárterápiával és kemoterápiával szembeni ellenállás között. Saját kutatásaink szerint az alveoláris és a trabecularis struktúrákat egyaránt tartalmazó emlődaganatokra, amelyek jelentős morfológiai sokféleséget mutatnak, a megnövekedett gyógyszerrezisztencia jellemzi. Érdekes módon a trabecularis szerkezetek hozzájárulása a kemorezisztenciához valószínűleg az ABC transzporterek magas aktivitásával magyarázható egy adott morfológiai változat tumorsejtjeiben. Ezzel szemben az alveoláris szerkezetet tartalmazó melldaganatok rezisztenciáját más, még nem azonosított okok magyarázzák.
Az invazív növekedés és annak fenotípusos sokfélesége mind közvetlenül, mind a gyógyszerrezisztencia kialakulása révén metasztázisokkal társul. A keringő daganatsejtek, amelyek felelősek a jövőbeli áttétek kialakulásáért, a daganatos sejtek nyirok- vagy erekbe történő behatolásának és későbbi behatolásának következményei. Nem csak egyetlen vándorló daganatsejt, hanem sejtcsoportok is rendelkezhetnek intravazációs képességgel. Feltételezik, hogy a kollektív migráció sokkal gyakrabban vezet metasztázishoz, mint az egyéni migráció. Úttörő vizsgálatok állatmodellekkel kimutatták, hogy az áttétek gyakrabban alakulnak ki tumorsejtek intravénás injekciója után, mintsem egyetlen tumorsejt. Továbbá keringő tumorsejt-klasztereket találtak a különféle rákos betegek vérében. Feltételeztük, hogy a kollektív intravazáció összefügg a dilatált érrendszer VEGF-függő képződésével és az intravazált tumorcsoportok felhalmozódásával. Ezenkívül a daganatsejtek csoportjai a sérült ereken keresztül, vagy az EMT állapotban lévő sejtekkel és a rákkal társult fibroblasztokkal együttműködve juthatnak be a keringésbe, amelyek proteázokkal megzavarják az extracelluláris mátrixot. Az áttétek kollektív migrációtól való függését saját kutatásaink eredményei is megerősítik. Például a posztmenopauzás emlőrákos betegeknél az alveoláris struktúrák jelenléte a daganatokban a lymphogén metasztázisok magas arányával jár, míg az ilyen típusú progresszió kockázata a premenopauzás nőknél a különböző típusú morfológiai struktúrák számának növekedésével nő. Ez utóbbi függőség kvantitatív is: a melldaganatokban nagyobb számú alveoláris struktúra esetén gyakrabban mutattak ki limfogén metasztázisokat. Ezenkívül a daganatokban lévő alveoláris szerkezetű betegeknél alacsony volt a metasztázismentes túlélési arány (saját, nem publikált adatunk).
Az alveoláris struktúrák, mint a kollektív migráció egyik megnyilvánulása, valamint a limfogén és hematogén áttétek aránya közötti megalapozott kapcsolat lehetővé teszi számunkra a következő feltételezéseket. Nyilvánvaló, hogy az alveoláris struktúrák sejtelemei különböznek más struktúrák tumorsejtjeitől az áttétes fenotípust meghatározó biológiai tulajdonságok alapján. Az alveoláris struktúrák és a menopauzális periódus limfogén áttétje közötti egyértelműbb kapcsolat arra utal, hogy az ösztrogének bizonyos szerepet játszanak, beleértve az in situ termelést is abban, hogy az alveoláris struktúrák daganatos sejtjei a limfogogén úton jutnak el az áttétes fenotípushoz.
Ezért a különböző lokalizációjú karcinómák és különösen az emlőrák invazív növekedésének jellemzőiről jelenleg rendelkezésre álló adatok új lehetőségeket kínálnak a daganat progressziós mintáinak vizsgálatára, valamint a prognózis további kulcsfontosságú paramétereinek felkutatására és esetleg a „kontrollra”. ”A betegség progressziójáról.
In situ kontra invazív
Az invázió mértéke szerint a rák in situ besorolható, ha a rosszindulatú sejtek daganatként vannak jelen, de még nem áttétet képeztek , vagy behatoltak azon a rétegen vagy szövettípuson túlra, ahol keletkezett. Például az ilyen tulajdonságokkal rendelkező hám eredetű rákot in situ karcinómának nevezik , és úgy definiálják, hogy nem lépett be az alapmembránon túl . Ezzel szemben egy invazív karcinóma behatolt az alapmembránon túlra.
Következtetések
A rosszindulatú daganatok inváziójának és metasztázisának morfológiai megnyilvánulásainak és molekuláris genetikai mechanizmusainak vizsgálatának jelentősége nem kétséges. Számos tanulmány eredménye egyértelműen bizonyítja, hogy a daganatos sejtek migrációja invazív növekedés során mind egyes sejteken, mind sejtcsoportokon keresztül megvalósulhat. A sejtmigrációs típusok ilyen sokfélesége valószínűleg az intratumorális heterogenitás kialakulásához vezet, amelyet például az emlőrákban különböző morfológiai struktúrák képviselnek: alveoláris, trabekuláris és szilárd szerkezetek, valamint a tumorsejtek különálló csoportjai. Számos olyan biokémiai és molekuláris genetikai mechanizmus ismert, amelyek lehetővé teszik a rosszindulatú sejtek behatolását a környező szövetekbe, és képesek elterjedni messze az elsődleges tumor helyén túl, ami másodlagos metasztatikus gócok kialakulását idézi elő távoli szervekben és szövetekben. Az elért előrehaladás ellenére azonban továbbra is feltáratlan kérdések maradnak a különböző típusú invazív sejtnövekedés és a limfogén és hematogén metasztázis paraméterei közötti lehetséges kapcsolatról, a betegség progressziójának jellemzőiről, valamint a választott terápia hatékonyságáról. E problémák megoldása nagy segítség lehet a betegség prognózisának meghatározásában, és esetleg új megközelítések kidolgozásában a rákos betegek kezelésében.
Rövidítések
EMT epithelialis-mesenchymalis átmenet MET mesenchymal-epithelialis átmenet GTPázok guanozin-trifoszfatázok
Lásd még
Hivatkozások