Ключевым медиатором при апоптозе, индуцированным TGF-β в аденомах кишечника, является Bim. Мутации, возникающие в ходе прогрессии опухоли в колоректальный рак, меняют уровень Bim и чувствительность к TGF-β. Миметики BIM могут индуцировать апоптоз даже в клетках рака, устойчивых к TGF-β. Колоректальный рак (CRC) является одним их наиболее частых онкологических заболеваний. Обычно инициирующим событием является активация пути β-катенин/TCF. Уровень β-катенина контролируется белковым комплексом, в состав которого входит белок АРС, ген которого мутирован в 70-80% случаев спорадического CRC. В ходе дальнейшей прогрессии активируется онкоген KRAS и подавляется функция супрессора опухолей р53. В большинстве опухолей CRC повреждены также компоненты сигнального пути TGF-β/Smad, но его роль в развитии раковых опухолей из аденом кишечника оставалась неясной.
Для изучения функций TGF-β (трансформирующего ростового фактора бета) на ранних стадиях канцерогенеза авторы использовали мышиные модели in vivo и недавно разработанные органоидные культуры кишечника ex vivo.
На органоидных культурах они показали, что TGF-β индуцирует апоптоидный эффект на ранних стадиях развития аденом кишечника, индуцируя продукцию белка BCL2L11 (Bim), в результате чего происходит олигомеризация проапоптозного белка Bak, но не Bax. TGF-β индуцирует апоптоз in vivo в клетках аденомы, в том числе в стволовых клетках Lgr5+. Различные стадии прогрессии аденомы по-разному чувствительны к индуции TGF-β гибели клеток.
Культивируемые крипты кишечника мышей в результате таргетной для эпителия кишечника делеции Арс формировали сфероиды, подобные по морфологии аденомам. Обработка их TGF-β вызывала апоптоз, зависимый от каспазы-3. Апоптоз блокировался ингибиторами TGF-β и каспазы-3. TGF-β подавлял экспрессию антиапоптозного белка Birc5 и стимулировал продукцию изоформы проапоптозного белка BH3-only BimEL (Bim). Трансдукция лентивирусным вектором, продуцирующим анти-Bim shРНК вызывала устойчивость клеток к гибели под действием TGF-β. Bim образует комплексы с рядом антиапоптозных белков – Bcl2, Bclx, Mcl1, освобождая и активируя связанные с ними белки Bax и/или Bak. Активация Bax и/или Bak сопровождается их олигомеризацией и образованием пор в мембранах митохондрий. Это приводит к выходу цитохрома с в цитоплазму, активации каспазного каскада и в конечном итоге к апоптозу. В экспериментах с обработанными TGF-β органоидами наблюдалась олигомеризация Bak, но не Bax. В общем эксперименты показали, что TGF-β на ранних стадиях развития аденом осуществляет апоптоидный эффект через стимуляцию Bim.
В органоидах, полученных от CRC-пациентов на поздних стадиях прогрессии опухоли, в которых был инактивирован путь TGF-β/SMAD4, TGF-β не приводил к стимуляции белков BIM и к апоптозу. Но обработка миметиками BIM индуцировала каспазу-3 и гибель органоидов.
В органоидах мышей, дефектных по Арс, задолго до проявления морфологических признаков апоптоза TGF-β резко подавлял экспрессию маркеров стволовых клеток, сопровождавшуюся усилением экспрессии Bim и каспазы-3.
Органоиды дикого типа оказались более устойчивыми к апоптозному действию TGF-β, чем дефектные по Арс. Вероятно, это связано с активностью IGF-I-рецепторного пути. Ингибиторы IGF-I-рецепторов усиливали апоптоз в органоидах дикого типа, но не в дефектных по Арс.
Возникновение мутаций гена KRAS при прогрессии опухоли защищало клетки от TGF-β-апоптоза. Органоиды, полученные от CRC-пациентов с мутацией, были более устойчивы к TGF-β, чем органоиды без мутации. Это, вероятно, связано с активацией пути ERK1/2, так как его ингибиторы усиливали эффект TGF-β в органоидах с мутацией KRAS, но не в органоидах без мутации.
Таким образом показано, что ключевым медиатором при апоптозе, индуцированным TGF-β в аденомах кишечника, является Bim. Мутации, возникающие в ходе прогрессии опухоли, меняют уровень Bim и чувствительность к TGF-β. Миметики BIM могут индуцировать апоптоз даже в клетках CRC, устойчивых к TGF-β.
авторский текст
Подпись к рисунку: Микрофотография ворсинчатой аденомы кишечника.
Источник: Wiener Z, Band AM, Kallio P, Högström J, Hyvönen V, Kaijalainen S, Ritvos O, Haglund C, Kruuna O, Robine S, Louvard D, Ben-Neriah Y, Alitalo K. // Proc Natl Acad Sci USA. 2014; V. 111: P. E2229-E2236.