Это исследование стало результатом сотрудничества исследовательской группы во главе с профессором СУЗУКИ Акирой и доцентом МАЕХАМА Томохико из Высшей школы медицины Университета Кобе и доктором. Команда МАСУДА Мунэюки в онкологическом центре Кюсю.
Эти результаты были опубликованы 18 марта в американском научном журнале Science Advances.
Основные моменты:
> Удаление MOB1 (* 1, который репрессирует YAP) в языках мыши вызывает сильную активацию YAP (* 2), что приводит к раннему началу рака (примерно через 1 неделю).
> У людей экспрессия YAP увеличивается во время развития дисплазии (предраковых поражений) до начала рака головы и шеи.
YAP продолжает увеличиваться с развитием и прогрессированием рака. Эта высокая активация YAP связана с плохим прогнозом пациента.
> Начало и прогрессирование рака головы и шеи у мышей в этом исследовании, а также пролиферация стволовых клеток при этом раке у людей зависят от YAP.
> Эти результаты предполагают, что рак развивается, когда активация YAP превышает пороговое значение.
YAP может играть фундаментальную роль в возникновении и прогрессировании рака головы и шеи. Эти выводы представляют собой смену парадигмы в понимании этих видов рака.
> Модель мыши, разработанная в этом исследовании, может быть использована в исследованиях для разработки новых лекарств от рака головы и шеи и, кроме того, обеспечивает полезный ресурс для исследований рака в целом.
> Ингибируя YAP, можно подавить развитие и прогрессирование рака головы и шеи. Таким образом, путь YAP является хорошей мишенью для лечения рака головы и шеи.
Предпосылки исследования
Рак головы и шеи у человека
Рак головы и шеи – шестой по распространенности тип рака в мире, ежегодно поражающий 600 000 человек. В Японии ежегодно регистрируется около 22 500 новых случаев. Эта «голова и шея» включает ротовую полость и области горла (глотку и гортань).
Среди них наиболее распространенными являются рак ротовой полости (особенно рак языка).
Понятно, что воздействие канцерогенов, например, содержащихся в сигаретах и алкоголе, а также механическое раздражение слизистых оболочек во рту, кариес и неправильно установленные зубные протезы являются факторами риска развития рака головы и шеи.
Кроме того, 15% случаев рака головы и шеи вызывается вирусом папилломы человека (ВПЧ), который, в частности, вызывает рак ротоглотки.
Прогноз для ВПЧ-положительных пациентов относительно хороший.
И наоборот, для пациентов, отрицательных по ВПЧ, прогноз плохой, и в большинстве случаев мутации обнаруживаются в гене-супрессоре опухоли TP53 (p53). Однако одной мутации в этом гене недостаточно, чтобы вызвать рак головы и шеи.
Считалось, что изменения в других молекулах также необходимы для развития рака, однако эти причины остаются неуловимыми.
Из всестороннего анализа генома рака известно, что мутации генов PTEN / P13K (46%), FAT1 (32%), EGFR (15%) также обнаруживаются при HPV-отрицательном раке головы и шеи. Однако генетический путь этих молекул в отношении развития рака головы и шеи изучен недостаточно.
Мышиные модели рака
До сих пор исследования с использованием мышиных моделей рака головы и шеи показали, что если оба гена p53 и Akt мутируют, у 50% мышей разовьется этот тип рака примерно через 9 месяцев после мутации (средняя продолжительность жизни мышей составляет 2 года).
Возникновение рака начинается после накопления множества генетических мутаций (многоступенчатый канцерогенез). Мыши с мутацией в одной важной молекуле обычно заболевают раком в течение 4-24 месяцев (при этом у большинства появляются признаки в период от 6 до 12 месяцев).
Путь YAP
Функция коактиватора транскрипции YAP состоит в том, чтобы «включить» транскрипцию кластеров генов, связанных с ростом клеток. Комплекс LATS / MOB1 фосфорилирует YAP, тем самым исключая YAP из ядра, что приводит к последующей деградации белков YAP.
Другими словами, MOB1 и LATS действуют как «тормоз» (супрессор опухолей), подавляя пролиферацию клеток, чему способствует YAP. Сообщалось, что в 8% случаев рака головы и шеи человека ген YAP амплифицируется, и существует связь между активацией YAP, прогрессированием рака и плохим прогнозом.
Эта исследовательская группа произвела мышей с делецией MOB1 на языке (так, чтобы YAP был внутренне активирован), чтобы выполнить подробный анализ in vivo роли, которую путь YAP играет в раке головы и шеи.
Методология исследования
У мышей с делецией MOB1 быстро развивается рак языка
Эта исследовательская группа разработала мышей с делецией MOB1 на языке, нанеся тамоксифен на их язык, а затем изменив их генетически с помощью системы Cre-loxP (* 4).
Через три дня после применения тамоксифена количество MOB1 практически не уменьшилось, однако к 7-му дню подавляющее большинство этих белков исчезло.
К этому моменту у трети мышей было обнаружено быстрое начало рака головы и шеи (интраэпителиальный рак языка), причем у всех мышей болезнь развивалась к 14 дню. К 28 дню рак прогрессировал у всех мышей (инвазивный рак языка).
Команде удалось разработать самую быструю в мире мышиную модель начала рака (рис. 1).
На эту модель были поданы заявки как на отечественные, так и на международные патенты.
Эта модель на мышах показала, что рак головы и шеи развивается быстро (в течение недели), когда путь YAP сильно активирован, что позволяет предположить, что этот путь играет чрезвычайно важную роль в возникновении рака головы и шеи.
Активация YAP и онкогенные свойства эпителия языка у мышей с делецией MOB1.
Эпителиальные клетки (на поверхности языков) мышей с делецией MOB1 проявляли следующие свойства, характерные для развития опухоли: повышенная клеточная пролиферация и плотность насыщения клеток, нарушение полярности клеток, низкие уровни апоптоза (гибели клеток), увеличение недифференцированных клеток, и хромосомная нестабильность (характеризуется увеличением анеуплоидных клеток (* 5)), мультиполярных веретен (* 6) и микроядерных клеток).
На биохимическом уровне активация YAP и уменьшение белков LATS были очевидны из-за делеции MOB1.
Эпителиальные клетки приобрели характеристики опухолевых клеток из-за активации YAP, вызванной делецией MOB1.
Активация YAP на стадиях рака языка у человека
Развитие рака языка человека можно разделить на следующие стадии; нормальная стадия, стадия дисплазии, стадия интраэпителиального рака (* 8) и стадия инвазивного рака (* 9).
Если мы посмотрим на активацию YAP на всех этих стадиях, мы увидим, что YAP усиливается на стадии дисплазии, которая продолжается в начале рака. Активация YAP показывает постоянное увеличение на последующих стадиях прогрессирования рака.
В случаях, когда YAP сильно активирован, общая выживаемость снижается, а вероятность рецидива рака высока.
Другими словами, YAP увеличивается до начала рака и продолжает увеличиваться по мере развития и прогрессирования рака.
Накопление YAP связано с плохим прогнозом пациента.
Формирование рака зависит от YAP при удалении MOB1
Инвазивный рак возник у мышей с делецией MOB1. Однако, когда и YAP, и MOB1 удаляются из мышей, начало рака останавливается на стадии дисплазии, показывая, что начало рака головы и шеи зависит от YAP (Рисунок 2).
Среди имеющихся в настоящее время ингибиторов пути YAP наиболее эффективным является ингибитор SRC дазатиниб (* 10) (ранее было показано, что SRC активирует YAP как прямо, так и косвенно). Было показано, что дазатиниб предотвращает возникновение интраэпителиального рака головы и шеи у мышей с делецией MOB1. Он также подавлял развитие инвазивного рака у мышей с делецией MOB1, достигших стадии интраэпителиального рака головы и шеи.
В стволовых клетках рака головы и шеи человека можно подавить пролиферацию клеток либо путем ингибирования экспрессии гена YAP, либо путем добавления ингибиторов YAP.
Цисплатин, который обычно используется для лечения рака головы и шеи, увеличивается, когда YAP подавляется.
У мышей возникновение и прогрессирование рака головы и шеи подавлялось при ингибировании YAP. Таким же образом было показано, что в стволовых клетках рака языка человека пролиферация клеток также подавляется, когда YAP ингибируется.
Известные генетические мутации при раке головы и шеи человека и активация YAP
Генетические мутации в p53, PTEN / PI3K, FAT1 и EGFR были идентифицированы при HPV-негативном раке головы и шеи.
Эта исследовательская группа показала, что активация сигнала EGF и мутации в p53, PTEN и FAT1 играют роль в активации YAP.
Кроме того, активация YAP постепенно увеличивается по мере накопления этих генетических мутаций.
Обычно для развития рака требуется время, так как это многоступенчатый процесс. Однако в этом исследовании интраэпителиальный рак головы и шеи быстро развился только из-за сильного усиления активации YAP.
В заключение, это исследование предполагает возможность того, что имеет место следующий процесс развития рака головы и шеи:. Рак развивается, когда активация YAP превышает пороговое значение из-за накопления генетических мутаций в p53, PTEN / PI3K, FAT1 и EGFR (рисунок 3). B. Впоследствии YAP продолжает накапливаться после развития рака, что приводит к его прогрессированию.
Заключение и дальнейшие разработки
YAP часто активируется в раковых клетках, хотя генетические мутации в пути YAP обнаруживаются нечасто. Считается, что именно поэтому важность YAP-пути в возникновении рака головы и шеи до сих пор была неясной.
1. Уровни активации YAP высоки до начала рака головы и шеи у людей.
2. YAP дополнительно активируется по мере прогрессирования рака. 3. Высокая частота мутаций в p53, PTEN / PI3K, FAT1 и EGFR активирует YAP. 4. Накопление этих молекулярных мутаций постепенно приводит к высокой активации YAP: A. Накопление генетических мутаций в p53, PTEN / PI3K, FAT1 и EGFR приводит к тому, что YAP достигает своего порогового значения, что приводит к развитию рака.
B. YAP продолжает накапливаться после начала рака, что приводит к его дальнейшему прогрессированию.
Необходимо рассматривать YAP как основу возникновения и прогрессирования рака головы и шеи. Это представляет собой смену парадигмы в нашем понимании этих видов рака.
Кроме того, также было показано, что факторы риска рака головы и шеи, такие как курение сигарет, механическое раздражение слизистых оболочек и инфекция ВПЧ, также играют роль в активации YAP.
Модель мыши в этом исследовании: 1. Самая быстрая модель мыши в мире, показывающая естественное начало рака.
2. Может использоваться для визуализации начала и прогрессирования рака. 3. Позволяет одновременно естественным образом развиваться раку.
4. Позволяет анализировать начало и прогрессирование рака у мышей сразу после рождения, что позволяет проводить тесты на наркотики в более короткие сроки и в небольших количествах. Результаты показывают, что эта модель мыши была бы идеальной не только для исследований по разработке новых методов лечения рака головы и шеи, но и для исследований рака в целом.
Ожидается, что YAP-путь станет хорошей мишенью для лекарств, используемых при лечении рака головы и шеи, потому что ингибирование YAP не только подавляет начало рака, но также может предотвратить его прогрессирование.
Исследователи со всего мира, включая эту исследовательскую группу, в настоящее время пытаются найти новые лекарства, нацеленные на путь YAP. Мы показали один фактор, эффективный против рака головы и шеи. Также ожидается, что модель мыши станет незаменимым инструментом для оценки их результатов и для исследования рака головы и шеи.
Глоссарий
1. MOB1 (Mps One Binder 1): MOB1 необходим для активации LATS-киназы и действует как тормоз (супрессор опухоли) в нижележащем, отрицательно контролируемом YAP. Удаление MOB1 усугубляет пролиферацию клеток и приводит к раку.
2. YAP (Да-ассоциированный белок): YAP является коактиватором транскрипции. Он образует комплекс с множеством факторов транскрипции внутри ядра, чтобы контролировать экспрессию различных генов. YAP фосфорилируется киназой LATS, в результате чего YAP исключается из ядра и инактивируется.
3. Вирус папилломы человека (ВПЧ): тип вируса папилломы, существует более сотни генотипов или разновидностей ВПЧ. Вирус связан с остроконечными кондиломами, раком головы и шеи и раком шейки матки. 4. Система Cre-loxP: система генетической модификации с использованием рекомбиназы Cre, которая катализирует рекомбинацию ДНК между двумя сайтами loxP (нуклеотидная последовательность из 34 пар оснований). Если Cre экспрессируется в клетке, где хромосомная ДНК была искусственно вставлена в два сайта loxP, промежуточный сегмент ДНК удаляется.
5. Анеуплоидные клетки: содержат ненормальное количество отдельных хромосом. Это не включает различие в одном или нескольких полных наборах хромосом.
6. Мультиполярное веретено: веретена образуются во время деления клеток для разделения хромосом между дочерними клетками. В нормальных клетках пара центросом формируется до деления клетки, чтобы организовать белки, называемые микротрубочками, в веретено между двумя центросомами.
Однако в раковых клетках имеется более двух центросом, и образуются так называемые мультиполярные веретена. Это может вызвать хромосомную нестабильность и привести к образованию анеуплоидных клеток, потому что хромосомы не были правильно распределены во время деления клетки. 7. Дисплазия: наличие в ткани клеток аномального типа.
В медицинской диагностике наличие аномально выглядящих клеток (дисплазия), наблюдаемых под микроскопом, может означать повышенную вероятность развития рака у пациента (предраковые симптомы). 8. Внутриэпителиальный рак: здесь раковые клетки обнаруживаются внутри интраэпителиального слоя клеток, которые образуются на поверхности органа. На данный момент раковые клетки не смогли проникнуть через базальную мембрану и не распространились глубоко. Связанные термины включают карциному in situ (CIS), интраэпителиальную опухоль и интраэпителиальную неоплазию.
9. Инвазивный рак: раковые клетки проникают через базальную мембрану, тонкую мембрану, отделяющую их от других тканей. Оттуда рак может распространиться на окружающую территорию.
10. Дазатиниб: химиотерапевтический препарат, который ингибирует семейство киназ SRC, которое может вызывать злокачественную трансформацию в клетках. SRC прямо и косвенно связан с активацией YAP, поэтому дазатиниб также может ингибировать YAP. В настоящее время он используется для лечения лейкемии, но не назначается для лечения рака головы и шеи.
Благодарности:
Это исследование стало возможным в первую очередь благодаря финансированию проекта «Разработка методов лечения рака, нацеленных на гены подавления рака».'(Ведущий исследователь: Судзуки Акира) в рамках проекта Японского агентства медицинских исследований и развития по исследованию рака и терапевтической эволюции (AMED P-CREATE).