Вчені з'ясували, що ракові стовбурові клітини здатні «повернутися до життя» навіть на термінальних стадіях апоптозу, стаючи більш агресивними.
Концепція ракових стовбурових клітин виникла відносно недавно. Але, незважаючи на це, її стрімкий розвиток призвів до того, що сьогодні ракові стовбурові клітини (РСК) розглядаються як центральні учасники канцерогенезу і головна мішень у розробці нових методів терапії онкологічних захворювань.
З ініціюючих ракових стовбурових клітин починається саме формування злоякісної новоутворення. Зростання ступеня злоякісності і розвиток стійкості пухлин до різних видів хіміо- і радіотерапії також визначається РСК. Саме РСК беруть участь у метастазуванні первинної пухлини, і саме вони здатні до переходу в дормантний (від англ. «dormancy» - стан спокою) стан, наприклад, після проведеного лікування, з якого вони потім «виходять», даючи початок високо злоякісним, часто фатальним рецидивам.
Іншими словами, всі ключові характеристики злоякісних новоутворень, що роблять їх смертельно небезпечними захворюваннями, визначаються раковими стовбуровими клітинами. Відповідно, самі РСК є головною перешкодою на шляху повного лікування пацієнтів. І в цьому полягає основна проблема, що не дозволяє досягти даної мети в більшості випадків. РСК відрізняються надзвичайною стійкістю до існуючих методів лікування онкологічних захворювань, і, навіть у випадках успішного лікування, серед усіх пухлинних клітин РСК гинуть останніми.
Нещодавно вчені Університету Техасу виявили ще один дивовижний феномен, пов'язаний з резистентністю ракових стовбурових клітин. Результати їх дослідження, опублікованого он-лайн на сайті журналу Nature Cell Death and Differentiation, показали, що в певних експериментальних умовах РСК виживають навіть після того, як входять в апоптоз.
Коротко, апоптоз або, як його ще називають, запрограмована клітинна загибель, являє собою складноорганізований процес активації певних молекулярних каскадів всередині клітини, що призводять до її загибелі. Відповідно, для нормальних клітин апоптоз є термінальною подією їх долі. Після того, як цей процес входить у певну фазу, загибель клітини стає неминучою. Як було показано раніше, ракові клітини мають безліч механізмів, що зупиняють апоптоз до його входження в незворотну фазу. Однак про існування механізмів виживання клітини на термінальних стадіях апоптозу, коли гинуча клітина розпадається на так звані апоптотичні тільця, досі ніхто не припускав. Виявилося, що у РСК такі механізми існують.
В експериментах автори використовували клітинну лінію раку сечового міхура людини RT4P. Відомо, що в ході багаторазових повторних трансплантацій мишам клітини ракових ліній людини набувають характеристики РСК. Провівши цю процедуру з клітинами RT4P, вчені переконалися в розвитку у них РСК-фенотипу з експресії ряду маркерів клітинної поверхні, характерних для РСК. Для запуску апоптозу ці клітини оброблялися класичним хіміотерапевтичним препаратом цисплатином, що стандартно застосовується для терапії раку сечового міхура і викликає пошкодження ДНК у клітинах. Поряд з цим, для більшої переконливості, використовувалося придушення двох важливих білкових регуляторів метаболізму глюкози - GSK-3β і p70S6K.
Клітини, що пройшли ряд трансплантацій і придбали за допомогою цього фенотип ракових стовбурових клітин, після такої обробки in vitro входили в апоптоз, що призводить до формування апоптотичних телець. Однак, в даному випадку, процес не завершувався їх загибеллю. Замість цього апоптотичні тільця РСК зливалися один з одним, формуючи щитоподібну структуру, що оточує основне апоптотичне тільце, що містить ДНК. Такі структури автори назвали «везикулярними щитами» (blebbishields).
Подальший аналіз показав, що везикулярні щити володіють основними характеристиками стовбурових клітин і експресують транскрипційні фактори Яманакі (фактори, характерні для плюрипотентних стовбурових клітин). Більше того, як і РСК, везикулярні щити мають екстремальну виживаність. В умовах високих концентрацій цисплатину in vitro ці структури формували сфероїдні клітинні утворення, характерні для культивованих ракових стовбурових клітин. Крім того, клітинні колонії, сформовані везикулярними щитами, як і популяція РСК найбільш злоякісних пухлин, відрізняються високою гетерогенністю, яка визначається за експресією набору транскрипційних факторів і сигнальних білків. Нарешті, везикулярні щити також здатні до запуску формування пухлини при трансплантації мишам. При цьому пухлини, сформовані везикулярними щитами, ростуть істотно швидше пухлин, ініційованих клітинами, що не піддавалися апоптозу.
Таким чином, ракові стовбурові клітини в певних умовах здатні виживати навіть після запуску термінальних фаз апоптозу, і після виживання такі клітини набувають більшої злоякісності та агресивності. Результати цієї роботи, що продемонстрували існування раніше невідомих механізмів воістину екстремальної виживаності ракових стовбурових клітин, безумовно, повинні привести до перегляду критеріїв ефективності розроблюваних методів лікування злоякісних новоутворень, і пошуку нових способів знищення РСК.
Джерело: G.G. Jinesh, W. Choi, J.B. Shah, E.K. Lee, D.L. Willis and A.M. Kamat. Blebbishields, the emergency program for cancer stem cells: sphere formation and tumorigenesis after apoptosis. Cell Death & Differentiation, (23 November 2012) | doi:10.1038/cdd.2012.140v
Ілюстрації зі статті:
1. Ракові клітини захищаются.2
. C - Формування везикулярних щитів. Запис у режимі реального часу. Стрілками вказані апоптотичні тільця, що ініціюють формування везикулярного щита; D - Скануюча (ліворуч) і трансмісійна (праворуч) електронна мікроскопія везикулярних щитів на ранніх (вгорі) і пізніх (внизу) стадіях формування. Видно формування повноцінної активної клітини з деконденсованим активним хроматином. N - ядро, С - цитоплазма, aNu - активне ядришко, cNu - цитоплазматичне ядришко, NM - ядерна мембрана, Blebs - апоптотичні тільця.