Взаимодействие системы иммунитета и опухоли

Интерлейкины

В настоящее время известны гены и установлены аминокислотные последовательности более двух десятков интерлейкинов (IL-1...IL-22), играющих важную роль в формировании противоопухолевой защиты. При любом опухолевом росте имеются нарушения в системе интерлейкинов, которые проявляются дисбалансом продукции и регуляции этих биологически активных веществ, а также изменением экспрессии соответствующих рецепторов.

Интерлейкины продуцируются различными клетками организма и являются факторами взаимодействия между клетками всех органов и систем. Во многих случаях они проявляют себя как факторы аутокринной регуляции.

Апоптоз

В организме здорового человека клеточный гомеостаз определяется балансом между гибелью и пролиферацией клеток. Апоптоз – программированная клеточная гибель, энергетически зависимый, генетически контролируемый процесс, который запускается специфическими сигналами и избавляет организм от ослабленных, ненужных или повреждённых клеток. Ежедневно примерно около 5% клеток организма подвергаются апоптозу, а их место занимают новые клетки. В процессе апоптоза клетка исчезает бесследно в течение 15-120 минут. TNF-a и Fas-лиганд (CD178) запускают каскад биохимических реакций, финальным этапом которых является дефрагментация хромосом и гибель клетки. На поверхности клеток организма имеются специальные рецепторы для TNF-a: TNF-RI (с молекулярной массой 55-60 кДа) и TNF-RII (с молекулярной массой 75-80 кДа), а для Fas-лиганда рецептор Fas/APO-1 (CD95).

TNF-R и Fas/APO-1(CD95) имеют гомологию в экстрацеллюлярных доменах, представленную в виде богатых цистеином доменов, и гомологичную последовательность в интрацеллюлярной части рецептора.

Связывание TNF-a и Fas-лигандов с рецепторами апоптоза активирует интрацеллюлярные "домены смерти" (DED - death effector domain) этих рецепторов: DED, DED1 и DED2 и ряд посредников, включая церамиды, ras, SAPK/JNK, протеиновые тирозинкиназы, катепсин D и протеазы ICE/CED-3 семейства, которые каскадно проводят смертельный сигнал. Цистеиновые протеазы ICE/CED-3 семейства находятся в составе интрацеллюлярной части рецептора апоптоза в неактивной форме, они относятся к интерлейкин-lb расщепляющим ферментам (ICE).

Кроме семейства каспаз, в регуляции апоптоза принимает участие семейство Bcl-2 белков, в котором Bcl-2, Bcl-XL, Ced-9, Bcl-w и Mcl-1 белки ингибируют апоптоз, а Bcl-2 гомологи (BH) 1-3, Bax подобный белок, Bak, Bok, и состоящие только из BH3 региона, Bad подобный белок, Bid, Bik, Bim, и Hrk выполняют проапоптозную функцию. Активация DED, DED1 и DED2 вызывает каскадную перестройку и активацию протеаз ICE/CED-3 семейства. Первым этапом является превращение неактивной про-каспазы-8 в активную каспазу-8. Каспаза-8 активирует каспазу-3 и Bid. Bid, взаимодействуя с Bax, способствует выходу из митохондрий цитохрома C, который активизирует каспазу-9. В свою очередь, активная каспаза-9 приводит к появлению активных каспаз-3, -6, -7. Далее активные ICE начинают взаимодействовать с рядом внутриклеточных субстратов: поли-(АДФ-рибозо)полимеразой (PARP), участвующей в репарации ДНК и модификации активности некоторых ядерных белков, ламином В1, топоизомеразой I и Р-актином. Все члены семейства ICE/CED-3 протеаз содержат каталитический остаток цистеина и расщепляют субстраты после аспарагиновой кислоты. Специфическое расщепление PARP, ламина В1, топоизомеразы I и Р-актина под действием ICE-подобных протеаз на большие и малые фрагменты приводит клетку к гибели, т. к. большие фрагменты этих субстратов и являются активными нуклеазами, которые разрезают хромосомы на фрагменты. Например, PARP расщепляется CPP32/Yama на два фрагмента - 85 и 24 кДа, из которых апоптоз-специфическим является фрагмент 85 кДа. Активация протеаз ICE/CED-3 семейства может происходить и под действием фосфолипидов, например, церамидов, которые способны активировать CPP32/Yama.

Он регулирует функционирование протеиновой тирозинкиназы, важного элемента реализации сигнала смерти. При недостатке этого гормона щитовидной железы происходит подавление апоптоза.

IL-lb блокирует апоптоз. ICE-подобные протеазы взаимодействуют с IL-lb, а не с PARP, ламином В1, топоизомеразой I и Р-актином, в результате чего не происходит образования активных нуклеаз, и клетка избегает апоптоза.

На взаимодействие TNF-a и Fas-лигандов с TNF-R и Fas/APO-1(CD95) и проведение апоптотического сигнала оказывают влияние Bcl и Bax белки. Так, белки Bcl семейств Bcl-2, Bcl-xLи Bcl-xS блокируют выход цитохрома С из митохондрий и таким образом предотвращают превращение про-каспазы-9 в активную форму, отменяя апоптотический сигнал. В свою очередь, Bax белки способствуют выходу цитохрома С из митохондрий и образованию активной каспазы-9, которая инициирует продолжение и активацию апоптотическог каскада, начавшегося с присоединения TNF-a или Fas-лигандов к TNF-R и Fas/APO-1(CD95). Быть или не быть апоптозу, зависит от соотношения Bcl и Bax белков в митохондриях. Преобладание экспрессии белков Bcl семейства блокирует запуск апоптоза, а преобладание экспрессии Bax белков способствует реализации сигнала смерти.

Все эти особенности необходимо учитывать при проведении противоопухолевой терапии. Понимание механизмов апоптоза помогает правильно выбирать элементы комплексной иммунотерапии опухолей, разрабатывать новые средства лечения смертельно опасной болезнь. Например, применение TNF-a будет неэффективным у тех пациентов, которые имеют высокий уровень Bcl-2 и/или IL-lb. Мероприятия, направленные на повышение экспрессии Bax белков и уменьшения уровня Bcl-2 и/или IL-lb, будут повышать эффективность TNF-a терапии.

Теломераза

В основе жизни лежит деление клеток организма. Вся информация о человеке хранится в хромосомах, основными элементами которых являются дезоксирибонуклеиновые кислоты (ДНК). Высокополимерные ДНК в комплексе с молекулами многочисленных белков и составляют хромосому.

В 1932 году генетик, Нобелевский лауреат Герман Мёллер обратил внимание на особое поведение концевых участков хромосом, которые предотвращали склеивание одних хромосом с другими. Он назвал их "теломерами", что в переводе с греческого означает "концевые частички".

Для деления клетки необходимо, чтобы перед этим произошло удвоение хромосом при помощи фермента ДНК-полимеразы (синтезирующего копию ДНК). Все известные ДНК-полимеразы ведут синтез в направлении от 5' к 3' концу и при этом нуждаются в одноцепочечной ДНК-матрице и 3'-ОН конце праймера (начальном месте прикрепления фермента к нуклеотидной цепи). Функцию праймера выполняет РНК, образуемая ферментом репликативного комплекса – праймазой. После завершения синтеза копий ДНК происходит удаление РНК-праймеров, и дочерние цепи ДНК оказываются недореплицированными, то есть короче материнских на размер РНК-праймера (100-200 нуклеотидов), чем и обусловлено старение организма.

Прогрессивное укорочение теломер является счетно-ограничительным механизмом митотических циклов и играет роль часов, отсчитывающих число делений клетки и продолжительность жизни. При каждом делении теломеры дочерних клеток становятся короче на 100-200 нуклеотидов.

По достижении критической длины теломерной ДНК запускаются процессы остановки клеточного цикла. В 1965 году это впервые установил американский ученый Л. Хейфлик из Института Вистар в Филадельфии. Фибробласты и эпителиальные клетки человека, в культурах in vitro, после 50-60 делений (так называемое "число Хейфлика") необратимо останавливались в G1- или G2-фазах клеточного цикла. Это состояние получило название сенессенса или "репликативного старения", оно обусловлено исчезновением теломер и образованием "липких" концов хромосом, что вызывает их соединение и запуск реакций разрушения ДНК, в результате чего клетка утрачивает способность к репродукции и погибает.

В организме здорового человека есть клетки, которые могут делиться бесконечное количество раз и не подвержены старению. Это стволовые клетки, активированные лимфоциты, базальные клетки эпидермиса, мужские и женские половые клетки. В них активна теломераза, которая восстанавливает первоначальную длину теломер. Такие клетки способны к бесконечному делению. Элонгация (восстановление) теломерных повторов ДНК в клетках с активной теломеразой приводит к отмене ограничений на число делений, и такие клетки приобретают бессмертие. Это явление называется «иммортализация».

При злокачественном перерождении клеток также происходит отмена ограничений на число делений клетки, благодаря активации гена теломеразы, и эти клетки становятся бессмертными. Сочетание активной теломеразы и угнетение апоптоза в опухолевой клетке приводит к трагическим последствиям для организма, который погибает от безудержного роста злокачественной опухоли.

Теломераза – фермент, состоящий из белковой части и РНК, – был обнаружен Грейдером и Блэкберном в 1985 году. У человека hTERT (Homo sapiens telomerase reverse transcriptase) достраивает недореплицированные 3'-концы теломер ДНК короткими повторяющимися последовательностями TTAGGG. Главной функцией теломер является защита концов хромосом от деградации и слипания во время клеточного деления. Длина теломер колеблется от 5 до 15 тысяч пар оснований. Именно выступающие 3'-концы материнских хромосом узнаются теломеразой, которая последовательно наращивает материнские цепи на сотни повторов, используя их 3'-ОН концы в качестве праймеров, а РНК, входящую в состав фермента, в качестве матрицы. Образующиеся длинные одноцепочечные концы в свою очередь служат матрицами для синтеза дочерних цепей традиционным репликативным механизмом

Ведутся работы по блокированию гена теломеразы в опухолевых клетках. Решение этой сложной, но вполне достижимой задачи позволит значительно продлить жизнь онкологическим больным.

Благодаря разуму человека созданы тысячи веществ, вызывающих опухоли, благодаря разуму - выяснены многие механизмы опухолевого роста. Глубокое понимание взаимодействия системы иммунитета и опухоли позволяет уже сегодня избрать оптимальный вариант лечения рака и существенно продлить или спасти жизнь многим больным.