Некоторые особенности молекулярно-генетического патогенеза саркомы Юинга
Юрченко Д.Ю.1,2,
Бурцев Д.В.1,3,
Кузнецов С.А.2,
Сагакянц А.Б.2,
Мкртчян Г.А.2,
Старжецкая М.В.2,
Беспалова А.И.2,
Поповян О.П.1,2,
Куштова Л.Б.1,2
`Ростовский государственный медицинский университет, Ростов-на-Дону
Федеральное государственное бюджетное учреждение "Ростовский научно-исследовательский онкологический институт", Ростов-на-Дону
"Государственное автономное учреждение Ростовской области "Областной консультативно диагностический центр", Ростов-на-Дону
Аннотация
В последнее время все больше внимания уделяется исследованиям, направленным на выявление путей реализации саркомагенеза и механизмов метастазирования опухолевых клеток при саркоме Юинга (СЮ) у детей и подростков. Разрабатываются новейшие терапевтические подходы в комплексном лечении больных с СЮ с учетом молекулярно-генетических особенностей развития и прогрессии данной опухоли, основываясь на наиболее значимых научных исследованиях и разработках. Ввиду новейших научных исследований установлен ряд новых высокоспецифичных маркеров СЮ, коррелирующих как с различной агрессивностью опухолевого процесса, так и локализацией метастатических очагов. Так, в зависимости от типа транслокации формируются различные химерные онкопротеины EWS-FLI1 type 1, EWS-ERG, а также EWS-FLI type 2, являющиеся одними из ключевых регуляторов таких обратимых процессов, как мезенхимально-эпителиальный (МЭП) и эпителиально-мезенхимальный переход (ЭМП), которые, в свою очередь, определяют процессы диссеминации и инвазии опухолевых клеток СЮ. Наряду с этим свою гиперэкспрессию и высокую специфичность в опухолевых клетках СЮ показали: регулятор клеточного цикла SOX2, хондромодулин CHM1, а также транскрипционный фактор NKX2-2, причем как в первичной опухоли, так и в метастатических очагах костного мозга, легочной ткани. Таким образом, изучение новых маркеров и механизмов метастазирования СЮ является перспективным направлением в усовершенствовании диагностики заболевания и разработке персонифицированной терапии с учетом агрессивности опухолевого процесса. саркома опухолевый метастазирование
Ключевые слова: саркома Юинга, химерный онкопротеин, эпителиально-мезенхимальный переход, мезенхимально-эпителиальный переход, SOX2, NKX2-2, CHM1.
SOME FEATURES OF THE MOLECULAR GENETIC PATHOGENESIS OF EWING'S SARCOMA
Yurchenko D.Y.1,2, Burtsev D.V.1,3, Kuznetsov S.A.2, Sagakyants А.В.2, Mkrtchyan G.A.2, Starzhetskaya M.V.2, Bespalova A.I.2, Popovyan O.P.1,2, Kushtova L.B.1,2
`Rostov State Medical University, Rostov-on-Don
"Rostov Cancer Research Institute, Rostov-on-Don
"State Autonomous Institution of the Rostov Region "Regional Consultative and Diagnostic Center", Rostov-on-Don
In recent years, more and more attention is paid to research aimed at identifying ways to implement sarcomagenesis and mechanisms of metastasis of tumor cells in Ewing's Sarcoma (ES) in children and adolescents. The latest therapeutic approaches in the complex treatment of patients with ES are developed taking into account the molecular genetic features of the development and progression of this tumor, based on the most significant research and development. In view of the latest scientific research, a number of new highly specific markers of ES correlated with different aggressiveness of the tumor process and localization of metastatic foci were established. Thus, depending on the type of translocation, various chimeric oncoproteins (EWS-FLI1 type 1, EWS-ERG, as well as EWS-FLI type 2) are formed. They are one of the key regulators of such reversible processes as mesenchymal-epithelial (MEP) and epithelial-mesenchymal transition (EMP), which in turn determine the processes of dissemination and invasion of ES tumor cells. Along with this, cell cycle regulator SOX2, chondromodulin CHM1, as well as transcription factor NKX2-2, have shown their hyperexpression and high specificity in ES tumor cells, both in the primary tumor and in case of metastatic spread to bone marrow and lung tissue. Therefore, studying new markers and mechanisms of ES metastasis is a prospective direction in improving the diagnostics of the disease and elaborating a personalized therapy taking into account the aggressiveness of the tumor process.
Keywords: Ewing's sarcoma, chimeric oncoprotein, epithelial-mesenchymal transition, mesenchymal-epithelial transition, SOX2, NKX2-2, CHM1.
В последнее десятилетие особенное внимание в ряде новейших исследований уделяется клеточным и молекулярным маркерам, которые непосредственно характеризуют фундаментальные биологические свойства различных опухолей.
Так, на пороге второго тысячелетия в научной литературе стал общепризнанным термин "опухоли семейства саркомы Юинга" (ОССЮ), объединяющий как классическую костную форму саркомы Юинга, так и ее мягкотканную форму - периферическую примитивную нейроэктодермальную опухоль (ПНЭО) и злокачественную опухоль торакопульмональной зоны (опухоль Аскина) [1; 2]. Однако первое упоминание о заболевании было еще в 1921 году, когда J. Ewing впервые дал описание злокачественной опухоли костной ткани, состоящей из широких небольших, округлых синих клеток, позже получившей название "Саркома Юинга" (СЮ) [3].
В настоящее время полученные результаты исследований позволяют рассматривать СЮ, встречающуюся преимущественно у пациентов детского и подросткового возраста, характеризующуюся высокоагрессивным течением, а также наличием ряда тканеспецифических маркеров [4; 5], в качестве одной из высокозлокачественных мезенхимальных опухолей костей и мягких тканей [4]. Высокоагрессивный характер течения данной опухоли обуславливает наличие метастазов у 25-30% первичных больных на момент установления диагноза [3].
Научные открытия последних десятилетий внесли огромный вклад в понимание механизмов возникновения опухолевых клеток СЮ, однако в настоящее время все же остается ряд существенных малоизученных вопросов.
Общеизвестным является тот факт, что патоморфологические особенности ОССЮ, выявляемые при гистологическом исследовании, не всегда могут являться достаточными для точной постановки диагноза [5; 6], что в свою очередь диктует необходимость для поиска новых высокоспецифичных иммуногистохимических и цитогенетических маркеров, а также определения их прогностической значимости для данного семейства опухолей.
В литературе опубликовано большое число научных работ, направленных на изучение особенностей метаболизма костной ткани в норме и при различных видах опухолевых поражений костей, с целью определения новых молекулярно-генетических маркеров опухолевого роста. Однако наряду с этим механизмы, отвечающие за способность опухолевых клеток к инвазии в окружающие ткани, а также диссеминации с образованием вторичных-метастатических очагов опухолевого роста изучены мало. Кроме того, несмотря на большой прогресс в лечении различных форм СЮ, достигнутый в течение последних лет, показатели выживаемости по-прежнему остаются крайне низкими даже у пациентов с локализованными формами СЮ [7]. Возможно, при более детальном изучении данных ключевых вопросов появится возможность в высокоточной постановке диагноза и проведении своевременной персонифицированной этиотропной и патогенетической терапии, препятствующей возникновению, инвазии и диссеминации опухолевого процесса.
Цель исследования - обобщение результатов новейших молекулярно-генетических исследований в области изучения саркомы Юинга по данным мировой литературы.
Материалы и методы исследования. Выполнен критический анализ и обобщение результатов молекулярно-генетических исследований в области изучения саркомы Юинга за последние 10 лет по данным мировой литературы. Поиск публикаций осуществлялся по базам e-library, PubMed, RosOncoWeb, cyberleninka.
Результаты исследования и их обсуждение
Возникновение и развитие опухоли - сложный, многостадийный процесс, в основе которого лежат определенные изменения структурной и функциональной организации генетического аппарата клетки вследствие действия этиологических (канцерогенных) факторов, находящие свое отражение в изменении характера поведения клетки, ее пролиферативной активности и особенностях роста и развития.
Большое количество опухолей характеризуются наличием генных перестроек, играющих драйверную роль в процессах злокачественной трансформации. Наиболее типичным представителем такой группы опухолей является саркома Юинга, патогенез которой связан с транслокацией гена EWSR1 и семейства генов ETS. Изучение ОССЮ, в частности саркомы Юинга, посредством секвенирования показало, что присутствие диагностических перестроек в этой широкой группе опухолей примерно в 40% случаев является проявлением феномена хромоплексии - катастрофического геномного события, приводящего к одномоментным множественным разрывам хромосом по всему геному или во многих хромосомах, что ведет к появлению десятков различных транслокаций [8].
Некоторые авторы полагают, что саркомы Юинга, чей патогенез формируется по механизму хромоплексии, обладают большей иммуногенностью в сравнении с опухолями, для которых характерно появление изолированной транслокации EWSR1-ETS [9; 10]. Данная мысль может быть использована как в объяснении общих механизмов возникновения и развития СЮ, так и в ожидаемых результатах лечения - повышенная иммуногенность опухоли может являться основой реализации противоопухолевого иммунного ответа, изучение возможностей коррекции которого является одной из составляющей иммунотерапии новообразований.
В опухолевых клетках СЮ отмечается ряд подобных генетических изменений, что сопровождается появлением соответствующих онкопротеинов, вносящих вклад в злокачественные характеристики неоплазмы. Обнаружение данных генетических изменений и/или их результатов - онкобелков, позволяет осуществлять диагностику заболевания, разрабатывать стратегии лечения, оценивать его эффективность и строить прогнозы.
Учитывая данные новейших исследований в области диагностики СЮ, к наиболее специфичным маркерам данного заболевания относят EWS-FLI1 type 1, EWS-FLI type 2, EWS-ERG, NKX2-2, MIC2(CD99).
EWS-FLI1 typel - химерный онкопротеин, являющийся высокоспецифичным и патогномоничным для клеток СЮ, возникающий в результате слияния экзона 7 гена EWS и фактора транскрипции семейства Ets, чаще всего 6 экзона гена FLI1, в результате хромосомной транслокации (t11;22) (q24; q12). Считается, что слияние генов EWS-FLI1 играет главную роль в саркомагенезе Юинга, и их транслокация составляет до 85% всех случаев заболевания СЮ. Причинный онкопротеин взаимодействует с промоторными участками соответствующих генов, изменяя их экспрессию, которые в свою очередь принимают непосредственное участие в неопластической трансформации опухолевых клеток, и необходим для пролиферации и других проявлений туморогенности клеток саркомы Юинга, в частности [11-13]. Однако наряду с этим имеется множество доказательств, говорящих о том, что один только EWS-FLI1 type 1-онкопротеин не может полностью объяснить патогенез развития саркомы Юинга. Было доказано, что EWS-FLI1 type1 коррелирует с более благоприятным прогнозом течения заболевания и встречается, как правило, у пациентов, имеющих локализованную форму СЮ [5; 11; 14].
EWS-FLI1 type 2 - это онкопротеин, образующийся при слиянии 7 экзона гена EWS и 5 экзона гена FLI1. Экспрессия данного типа белка встречается так же часто в клетках СЮ, как и экспрессия химерного онкобелка 1 типа, и коррелирует с менее благоприятным прогнозом течения саркомы Юинга. Некоторые авторы полагают, что данный онкопротеин участвует в регуляции транскрипции опухолевых клеток, а также в ингибировании апоптоза [5; 12; 15].
EWS-ERG - это химерный онкобелок атипичного характера, также встречающийся в опухолевых клетках СЮ, возникающий при транслокации t (21;22), в частности при слиянии 7 экзона гена EWS хромосомы 21 и 6 экзона гена ERG хромосомы 22 семейства Ets. Однако его экспрессия отмечается лишь в небольшом проценте случаев заболевания СЮ. EWS-ERG- -онкопротеину отводят главную роль в прогрессировании саркомы Юинга [11; 12; 14]. p30/32MIC2 (CD99) - продукт онкогена MIC-2, представляющий собой поверхностный гликопротеин, высокоспецифичная экспрессия которого в отношении опухоли СЮ достоверно доказана. CD99 экспрессируется практически в 100% клеток СЮ [16-18]. Определение его экспрессии в клетках опухоли является прямым подтверждением клинико-рентгенологического диагноза саркомы Юинга [17-19].
NKX2-2-reH - это член семейства гомеобоксных генов NK2 (Drosophila NK-homeobox genes.), который также является специфичным для клеток нейроэктодермальной природы и выявляется в различных клетках организма человека (клетки ЦНС, а- и Р-клетки островков поджелудочной железы). В настоящее время имеются данные о том, что NKX2-2 является EWS/FLI-регулируемым геном и необходим для онкогенной трансформации клеток в этой опухоли [20-22]. Кроме того, существуют данные о том, что определение экспрессии гена NKX2-2 в диагностических целях позволяет с высокой точностью выявлять метастатическое поражение костного мозга при СЮ [20]. Данный маркер может быть использован для оценки поражения костного мозга у пациентов с различным генетическим профилем, в частности как у пациентов без выявленных перестроек генов EWS, FLI, так и с наличием атипичных перестроек генов (EWS, ERG) [21].
Однако стоит заметить, что ни NKX2-2, ни CD99 как отдельно взятые маркеры не являются специфичными [17; 18; 23], но при их сочетании диагностическая специфичность повышается [24].
Регуляция мезенхимально-эпителиального перехода и его роль в прометастатическом потенциале СЮ
Современные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что для успешного метастазирования опухолевая клетка должна обладать как эпителиальными, так и мезенхимальными свойствами, что способствует росту опухолевых клеток, их инвазивной и миграционной способности.
Ученые придерживаются мнения о том, что в основе опухолевой прогрессии лежит такое явление, как "Эпителиально-мезенхимальный переход" (ЭМП, Epithelial-mesenchymal transition, EMT). Это явление было впервые описано Элизабет Хей (E.D. Hay) в 1995 году, исследовавшей его в курином эмбрионе и убедительно продемонстрировавшей ЭМП как особую морфологическую перестройку, которая определяет ряд ключевых стадий формирования и обособления эмбриональных тканей [25-27].