Development of new therapeutic approaches to selective eradication of tumor stem cells by human glioblasts

Full Text

Концепция опухолевых стволовых клеток (ОСК) подразумевает существование среди общей массы новообразования небольшой популяции клеток, обладающих фундаментальными свойствами «стволовости» самообновлением и продукцией клоногенных клеток-предшественников с ограниченным потенциалом к делению. ОСК, как правило, составляют не более 1% от общего количества злокачественных клеток и играют исключительную роль в формировании вторичных опухолей у восприимчивых мышей [1, 2]. Высказаны многочисленные предположения, что ОСК могут характеризоваться малой чувствительностью к традиционным методам лечения, что и обуславливает возникновение рецидивов злокачественных новообразований [3, 4].

Глиобластома является одной из наиболее неблагоприятных первичных опухолей головного мозга с медианой выживаемости менее 12 месяцев в связи с высокой устойчивостью как к облучению, так и к другим видам терапии [5]. В недавних исследованиях в глиобластомах выявлены ОСК, которые характеризуются высокой степенью экспрессии маркера CD133 [6, 7]. В журналах Nature и Current Вiology появился ряд публикаций, которые расширяют наше понимание сути возможной резистентности глиобластом и открывают новые перспективы в лечении данного вида новообразований. Во всех работах изучались разные аспекты биологии ОСК.

Исследовательская группа Вao S. et al. исследовала чувствительность разных популяций клеток глиобластомы к терапевтическим дозам гамма-излучения. Было установлено, что in vitro и in vivo облучение приводит к увеличению CD133+ популяции в остаточной фракции клеток нейробластомы в сравнении с интактными опухолями. Облученные клетки сохраняли способность к формированию вторичных новообразований в иммунодефицитных мышах и, таким образом, терапевтические дозы гамма-излучения не оказывают значительного влияния на ОСК. Авторы показали, что ОСК устойчивы к облучению за счет более эффективной репарации повреждений ДНК. В частности, протеинкиназы AТМ, Chk1 и Chk2 фосфорилировались в 4 раза больше у CD133+ популяции клеток. Интересно, что применение ингибитора киназ Chk1 и Chk2 (debromohymenialdisine) значительно снижало резистентность CD133+ субпопуляции клеток к облучению.

Факторы ВМР (Вone Мorphogenic Рrotein) играют значительную роль в нейрогенезе, и, в частности, индуцируют дифференцировку нейральных стволовых клеток в зрелые астроциты [9]. Рiccirillo S. et al. предположили, что ВМР могут оказывать сходные эффекты на ОСК нейробластомы. Авторы установили, что CD133+ и CD133- клетки нейробластомы экспрессируют функциональный рецептор к ВМР, особенно - ВМР4. Используя условия культуры, которые поддерживают рост недифференцированных клеток глиобластомы, было показано, что обработка ВМР приводит к значительному снижению клеточной пролиферации и индуцирует дифференцировку в клетки, экспрессирующие глиальный маркёр - GFAР и имеющие сходство со зрелыми астроцитами. Трансплантация in vitro обработанных ВМР4 клеток глиобластомы или CD133+ популяции, приводила к формированию значительно меньших по размеру опухолевых образований без каких-либо признаков инвазии. Животные опытной

группы имели большую продолжительность жизни. Кроме того, трансплантация клеток, полученных из новообразований опытных мышей, не приводила к формированию вторичных опухолей. Аналогичные результаты были получены при трансплантации клеток глиобластомы с одновременным введением полиакриловых бусин, насыщенных ВМР4. При морфологическом исследовании опухолей было выявлено преобладание сходных с астроцитами клеток.

Активация сигнального каскада HEDGEHOG-GLI1 (HHGLI) (рис.) является необходимым условием для клеточного роста многих типов стволовых клеток [8]. Clement V. et al. предположили, что модуляцией HH-GLI можно оказать определенные эффекты на ОСК нейробластом. Культивирование клеток глиобластомы или CD133+ популяции с циклопамином, специфическим ингибитором SМOH, приводило к значительному снижению уровня клеточной пролиферации и клоногенной способности, что соответствовало снижению экспрессии транскрипционных факторов GLI NANOG, SOX2 и OCТ4. Аналогичные результаты наблюдались при использовании интерферирующей РНК к транскрипционным факторам GLI. Наоборот, культивирование в присутствии SHH приводило к резкому возрастанию как пролиферативной активности, так и клоногенной способности исследуемых клеток. Внутривенное введение циклопамина иммунодефицитным мышам, которым предварительно трансплантировали клетки глиомасфер, приводило к значительному уменьшению размеров опухоли и митотической активности опухолевых клеток. Локальная инъекция циклопамина в место трансплантации предотвращала развитие опухоли. Кроме того, в данном исследовании было показано, что культивирование клеток глиомасфер с темозоломидом (temozolomide), химиотерапевтическим средством выбора при лечении глиобластом, не оказывает существенного влияния на клоногенную способность ОСК.

Эффекты различных воздействий на популяции опухолевых клеток нейробластомы (А) и механизмы их реализации (Б): TMZ - темозоломид (temozolomide); ОВН - debromohymenialdisine; ВMP4 - bone morphogenetic protein 4; ВMPR - bone morphogenetic protein receptor; НН - Нedgehog; Ptc-1 - Patched-1; SMOН - Smoothened; GLI - факторы транскрипции семейства GLI; Smad - факторы транскрипции семейства Smad; GFAP - glial fibrillary acidic protein; ATM - протеинкиназа Ataxia-Telangiectasia Mutated; Chk1 - протеинкиназа chekpointkinase 1; Cdc25, Cdc 2 - факторы, регулирующие клеточный цикл; i - инактивированная форма фактора (фермента)

Результаты описанных исследований значительно расширяют наши представления о биологии ОСК. Получены доказательства, что ОСК глиобластом обладают значительной резистентностью к стандартным методам лечения - облучению и терапии темозоломидом. В работе Вao S. et al., было показано, что ингибитор протеинкиназ Chk1 и Chk2 может значительно повысить чувствительность ОСК глиобластом к облучению (см. рис.). Таким образом, фармакологическое подавление механизмов резистентности может являться новой стратегией ликвидации ОСК.

Выживание, рост и дифференцировка стволовых клеток нуждается в наличии специфического микроокружения, которое является источником необходимых сигнальных факторов и межклеточных взаимодействий. Ряд сигнальных каскадов, например, HH-GLI, Wnt, ТGFв, Notch, в настоящее время подвергаются всестороннему изучению. Очевидно, что функционирование этих сигнальных каскадов, по крайней мере, частично, необходимо для поддержания и выживания ОСК. Это предположение подтверждается описанными выше исследованиями Clement V. et al. и Рiccirillo S., в которых была показана зависимость статуса ОСК глиобластомы от ВМР4- Smad и SHH-GLI сигнальных каскадов. В недавно опубликованных работах были получены сходные данные для ОСК рака молочной и рака поджелудочной желез [10, 11]. Таким образом, модуляция сигнальных каскадов, которые необходимы для выживания и клеточного роста ОСК или которые определяют необратимый переход ОСК в «нетуморогенный» статус, по-видимому, будет являться одной из наиболее перспективных стратегий борьбы с этой популяцией клеток.

Описанные исследования подтверждают гипотезу резистентности опухолей через ОСК. Изучение биологии ОСК необходимо для разработки новых лечебных подходов к эрадикации опухолей. Комбинация этих стратегий, возможно, приведет к новой эре в терапии онкологических заболеваний, прогресс в лечении которых в настоящее время остается незначительным. Безусловно, в ближайшее время стоит ожидать усиления интереса к данной проблеме со стороны биотехнологических и фармакологических компаний.

Традиционные методы лечения нейробластомы, облучение и терапия темозоломидом, элиминируют опухолевые клетки-предшественники, составляющие основную массу опухоли, и не оказывают значительного влияния на пул ОСК. В основе резистентности ОСК к ионизирующей радиации лежит более выраженная и продолжительная активация реакций репарации. Используя ингибитор киназ Chk1 и Chk2 (DВH), которые препятствуют вхождению клетки в S-фазу до окончания репарации, Вao S. et al. добились значительного увеличения чувствительности ОСК к g-облучению.

Поддержание процессов самообновления и продукции клоногенных опухолевых клеток-предшественников нуждается во внешних факторах, регулирующих эти процессы. Модулируя подобные сигналы можно добиться определенных эффектов на популяцию ОСК. Используя ВМР4, индуктор дифференцировки нейральных стволовых клеток в астроглиальном направлении, или циклопамин, ингибитор сигнального каскада Рt-SHH, являющегося одним из ключевых звеньев контроля самообновления нейральных стволовых клеток, Рiccirillo S. et al. и Clemen V. et al. добились значительного снижения численности популяции ОСК в эксперименте.

About the authors

V. S. Sergeev

Author for correspondence.
Email: redaktor@celltranspl.ru
Russian Federation

References

Supplementary files

Supplementary Files

Action

1. JATS XML

Download

2. Fig. 1

Download (194KB)

Indexing metadata