uPA and uPAR mediate stem cell tropism for malignancy

Full Text

Детализация механизмов, контролирующих процессы миграции клеток-предшественниц в организме, является важной теоретической предпосылкой для успешного применения клеточных технологий в медицине. Установлено, что как мультипотентные мезенхимальные стромальные клетки (ММСК), так и гемопоэтические стволовые клетки (ГСК) находятся не в стационарном, а в постоянном динамическом состоянии - мигрируют между основным депо - костным мозгом - и периферическими тканями [1, 2]. В этой связи, управление механизмами хемотаксиса стволовых клеток и клеток-предшественниц может являться эффективным подходом для оптимизации лечения пациентов с различными дегенеративно-дистрофическими заболеваниями, травматическими повреждениями и новообразованиями.

Способность стволовых клеток к направленному хемотаксису в область локализации патологического очага, такого как воспаление или новообразование, называется патотропизмом и характерна для нейральных [3, 4] и гемопоэтических стволовых клеток [5], ММСК [6], клеток-предшественниц эндотелия [7]. Единого представления о биологической значимости этого процесса нет, однако показано участие мигрирующих недифференцированных клеток в процессах регенерации [8], ангиогенеза [7], а также в формировании стромы опухолей [9].

В настоящее время активно проводятся исследования, нацеленные на идентификацию биохимических механизмов, регулирующих хемотаксис стволовых клеток и клеток-предшественниц. Например, для ГСК установлены оси хемотаксиса S F-1/ X 4, S F/c-Кit, V GF/V GF , НGF/c-Мet, вовлеченные в процессы миграции к очагам воспаления. Особый интерес представляет тропность ММСК и нейральных стволовых клеток к новообразованиям. В частности, исследуется идея адресной доставки лекарственных веществ, «нагруженных» на клетки-предшественницы, к новообразованиям (см. рис.) [10]. В этой связи, активно выявляются биохимические механизмы, обуславливающие явление патотропизма.

Адресное воздействие противоопухолевого лекарственного препарата, обусловленное хемотаксисом генетически модифицированных стволовых клеток, экспрессирующих фермент, который участвует в метаболизме лекарственного вещества

В настоящий момент установлено, что хемоаттрактантами предшественниц клеток нервной ткани являются V GF, S F-1, S F, которые продуцируются опухолевыми клетками [10-12]. Дальнейшее развитие представлений о механизмах патотропизма стволовых клеток связано с материалами исследования М. Gutova с соавт., опубликованными в журнале Stem ell (2008). В работе показана роль урокиназного активатора плазминогена (urokinase plasminogen activator, uPA) и его рецептора как индукторов миграции фетальных мезенхимных и иммортализированных нейральных стволовых клеток. ецептор uPA ( 87) через G-белок связан с витронектином взаимодействует с интегринами, что обусловливает его участие в процессах хоуминга, адгезии, пролиферации и апоптоза [13].

На первом этапе исследователи методом проточной цитометрии определили уровень экспрессии рецептора uPA в разных опухолях. К первой группе отнесли агрессивные новообразования, у 20% клеток которых наблюдалась положительная реакция на 87 (мультиформная глиобластома, нейробластома, карцинома молочной железы, простаты, крупноклеточный рак легкого), ко второй - опухоли с низким уровнем экспрессии рецептора uPA - около 5 % (карцинома толстой кишки, метастатическая нейробластома, мелкоклеточный рак легкого). ln vitro оценивали миграцию клеток-предшественниц с помощью двухкамерной культуральной системы. Кондиционированная среда, в которой ранее инкубировались опухолевые клетки, секретирующие uPA и растворимую фракцию его рецептора, добавлялась в нижнюю камеру, а исследуемые клетки высевались на пористую перегородку, разделявшую отделы системы. Наибольшее количество стволовых клеток переместилось в нижнюю камеру в эксперименте со средой от линий малигнизированных клеток, высоко экспрессирующих 87. Интересно, что большое количество клеток, отреагировавших на присутствие хемоаттрактанта, определялось среди популяции нейральных клеток-предшественниц.

Для подтверждения основной роли uPA и его рецептора в хоуминге авторы определяли содержание исследуемых хемоаттрактантов в культуральной среде. Было выявлено практически полное соответствие величины концентрации uPA и его рецептора в среде с уровнем экспрессии 87 опухолевыми клетками. Исключение составляла линия клеток нейробластомы, высоко экспрессирующая рецептор uPA, но в среде которой наблюдалось низкое содержание соответствующих хемокинов. Однако было выявлено значительное содержание НGF и М P-1, ранее признанных хемоаттрактантами стволовых клеток [14, 15].

Во второй части исследования авторы стремились подтвердить определяющую роль uPA и его рецептора в мобилизации стволовых клеток и клеток-предшественниц. С этой целью они трансфецировали клетки метастатической нейробластомы (низкий уровень экспрессии 87) вирусными векторами, содержащими гены, ответственные за синтез uPA и его рецептора. Это привело к сверхэкспрессии хемокинов, подтвержденной с помощью ПЦ с обратной транскрипцией, и к трех- и двухкратному усилению миграции нейральных и мультипотентных мезенхимальных стромальных клеток соответственно.

Таким образом, была выявлена еще одна лиганд-рецепторная ось, ответственная за тропность стволовых клеток к опухолям - uPA/uPA . Экспрессия 87 также характерна для гранулоцитов, моноцитов, NК-клеток, ГСК которые вместе с клетками-предшественницами мигрируют в область локализации новообразований. С учетом сходной роли описанных в более ранних работах хемоаттрактантов (V GF, S F-1, S F, НGF, М P-1) можно заключить, что нет единого механизма, обусловливающего патотропизм к опухолям. По всей видимости, процесс контролируется множеством факторов.

About the authors

I. Y. Bozo

Author for correspondence.
Email: bozo.ilya@gmail.com

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Targeted action of an antitumor drug due to chemotaxis of genetically modified stem cells expressing an enzyme involved in drug metabolism

Download (151KB)

Indexing metadata