Протеогликаны — это молекулы, которые помогают клеткам взаимодействовать между собой и с окружающей средой. Они важны при воспалении, ремоделировании тканей и развитии опухолей, потому что могут изменять действие факторов роста и влиять на то, как эти факторы связываются с клеточными рецепторами.
Перлекан — член семейства протеогликанов, который есть почти во всех тканях организма. Он контролирует деление клеток, способность опухолевых клеток проникать в соседние ткани и образование новых кровеносных сосудов (ангиогенез). У пациентов с агрессивными формами меланомы уровень перлекана повышен. В опытах на животных перлекан откладывался вдоль стенок новообразованных сосудов, создавая «каркас» для их роста. Перлекан связывается с основным фактором роста фибробластов FGF‑2 и действует как рецептор к FGF‑2, способствуя образованию кровеносных сосудов. Исследование на клетках меланомы показало, что, если уровень перлекана снизить, активность FGF‑2 падает. Однако в клетках фибросаркомы снижение экспрессии перлекана наоборот ускоряет образование опухолей. Таким образом, роль перлекана зависит от типа клеток.
Перлекан начинает вырабатываться еще на ранних стадиях развития эмбриона, особенно в тканях, из которых формируются сердце и крупные сосуды. Во взрослом организме перлекан содержится во многих органах, включая лимфоидные, что говорит о значении перлекана для их нормального развития и гомеостаза.
Перлекан способен связываться не только с компонентами внеклеточного матрикса, но и с сигнальными белками, такими как трансформирующий фактор роста β и интерферон‑гамма (ИФН‑γ). Интерферон‑γ вырабатывается в основном Т‑лимфоцитами и обладает противовирусной, антипролиферативной и противоопухолевой активностью. ИФН‑γ действует через белки семейства Stat, которые после активации перемещаются в ядро клетки и регулируют активность генов.
Ученые из Университета Томаса Джефферсона (США) обнаружили, что ИФН‑γ снижает экспрессию перлекана и подавляет рост опухолевых клеток. Этот эффект обратим, не требует синтеза новых белков и встречается у клеток разного происхождения. Для подавления гена перлекана нужен функциональный белок Stat1, который связывается с определенными участками в промоторе гена перлекана и тормозит его активность. Таким образом, ИФН‑γ может подавлять рост опухоли, устраняя мощный ангиогенный стимул из микроокружения опухоли.
ИФН‑γ тормозит рост клеток рака толстой кишки без участия p21
В опытах с клетками карциномы толстой кишки WiDr/HT29, которые вырабатывают много перлекана и реагируют на разные факторы роста, ИФН‑γ полностью останавливал рост без признаков гибели клеток. Эффект был обратимым. При дозе ИФН‑γ около 80 нг/мл наблюдалось почти полное подавление роста, а половинная ингибирующая концентрация составляла примерно 50 нг/мл. Под действием ИФН‑γ большинство клеток оставалось в фазе начального роста G1 (50-73%), а число клеток в фазах S и G2 (удвоение ДНК и подготовка к митозу) уменьшалось.
Ранее сообщалось, что ИФН‑γ может останавливать рост клеток через активацию Stat1 и повышение уровня белка p21. Чтобы проверить, нужен ли p21 для этого эффекта, ученые использовали клетки карциномы толстой кишки HCT116 с удаленным геном p21. Результаты показали, что торможение роста и увеличение процента клеток в G1 происходили как в клетках с нормальным p21, так и в клетках без него. Таким образом, ИФН‑γ останавливает деление клеток рака толстой кишки, не требуя p21 и не приводя к гибели клеток.
ИФН‑γ обратимо подавляет экспрессию гена перлекана
Перлекан способствует прогрессированию опухоли, усиливая ангиогенные сигналы FGF‑2 и FGF‑7. В клетках рака толстой кишки WiDr/HT29 обработка ИФН‑γ вызывала снижение уровня перлекана на 80 % через 2 часа и на 90 % через 4 часа. Количество мРНК перлекана также резко уменьшалось и оставалось низким до 48 часов. После удаления ИФН‑γ экспрессия полностью восстанавливалась.
Аналогичный эффект наблюдался в различных опухолевых клеточных линиях — полученных из кости (Saos‑2), печени (Hep G2), матки (HeLa), толстой кишки (HCT116) и фиброзной ткани (HT‑1080). Эффект ИФН‑γ не зависел от наличия p53, белка ретинобластомы и p21.
ИФН‑γ напрямую снижает активность гена перлекана
Под действием ИФН‑γ в клетках быстро уменьшается синтез РНК и белка перлекана — уже через 2 часа транскрипция падает, и эффект сохраняется до 4 часов. При этом транскрипция гена GAPDH почти не меняется, что также подтверждает отсутствие цитотоксических эффектов.
Опыт с циклогексидом (ингибитором синтеза белка) показал, что для подавления транскрипции перлекана не требуется синтез новых белков — ИФН‑γ воздействует на белки, уже имеющиеся в клетке.
Ген перлекана быстро реагирует на сигналы в клетке. Предыдущие эксперименты на клетках меланомы человека показали, что уровни мРНК перлекана изменялись в течение 10 минут под воздействием фактора роста нервов. Таким образом, уровень перлекана в клетках определяется балансом между цитокинами, которые его снижают, и цитокинами, которые его повышают, что влияет на рост клеток и ангиогенный потенциал опухолевых клеток.
В опытах с фрагментами ДНК, регулирующими ген перлекана, ИФН‑γ подавлял его активность только при наличии полной промоторной области длиной 2,5 тыс. нуклеотидов. В ее удаленной части находятся участки GAS, с которыми могут связываться белки STAT и запускать ответ на ИФН‑γ.
Интерферон‑γ снижает активность гена перлекана только при наличии белка Stat1
В клетках с функциональным Stat1 ИФН‑γ вызывал торможение роста и уменьшал уровень белка перлекана на 55-60%. В клетках без Stat1 этих эффектов не было. Таким образом, ИФН‑γ подавлял транскрипцию перлекана только при наличии Stat1.
Вывод
Подавление гена перлекана может усиливать противоопухолевое действие ИФН‑γ, поскольку перлекан, который поддерживает рост и ангиогенез опухоли, расположен в стратегических местах, т.е. на поверхности клетки и базальных мембранах, где происходят специфические взаимодействия между лимфоцитами и растущими опухолевыми клетками.
Таким образом, ИФН-γ может влиять на рост опухоли прямо или косвенно, воздействуя на внеклеточный матрикс опухоли двумя путями: снижая синтез коллагена и уменьшая выработку перлекана — ангиогенного стимула. Это может стать основой для разработки новых методов лечения рака, нацеленных на регуляцию ключевых факторов прогрессии опухоли.
Полезная статья, нужная информация? Поделитесь ею!
Кому-то она тоже будет полезной и нужной:
Источник
Transcriptional Silencing of Perlecan Gene Expression by Interferon-γ
