Белок GREM1 регулирует дифференцировку клеток опухоли поджелудочной железы

EPCAM — это молекула клеточной адгезии, характерная для эпителиальных клеток. Известно, что во время трансформации в мезенхимальный тип, необходимой для движения и метастазирования, опухолевая клетка теряет этот маркер. Исследователи из Великобритании сравнили профили экспрессии EPCAM-положительных и EPCAM-негативных клеток рака поджелудочной железы. В EPCAM-негативных клетках они обнаружили повышенный уровень секретируемых белков, в числе которых присутствовал GREM1 — известный маркер опухоли. Ранее уже было известно, что уровень экспрессии генов эпителиально-мезенхимального перехода коррелирует с экспрессией гена Grem1.

С помощью мышиных моделей исследователи изучили влияние GREM1 на прогрессирование рака поджелудочной железы. Они вывели мышей с опухолью, в которой отключена экспрессия Grem1 в одном или обоих аллелях. Все три опухоли (включая контроль) демонстрировали различное гистологическое строение. Опухоль с аллелями Grem1 дикого типа имела классические протоки с образованием внутрицитоплазматической слизи. В то же время раковые клетки с отключенными аллелями Grem1 не смогли развить протоки, имели полигональную форму и находились в основном в недифференцированном состоянии. С помощью РНК-секвенирования органоидов с тем же генотипом ученые обнаружили много маркеров мезенхимальных клеток.

Исследователи изучили метастазирующую активность опухоли с отключенным геном Grem1. У 15% мышей с опухолью дикого типа развивались метастазы, а у мышей с двумя мутантными аллелями этот показатель достигал 90%. Метастазы, произошедшие из мутантной опухоли, демонстрировали слабую дифференцировку тканей и пониженный уровень опухоль-ассоциированных фибробластов.

Сверхэкспрессия гена Grem1 в органоидах опухоли привела к образованию хорошо дифференцированного новообразования с большим количеством эпителиальных маркеров. В то же время доля мезенхимальных маркеров была снижена относительно контроля. Ученые предположили, что GREM1 может регулировать дифференцировку клеток и способствовать их трансформации из мезенхимальной ткани в эпителиальную.

Используя другую модель опухоли, в которой экспрессия GREM1 отключается с помощью тамоксифена, исследователи проследили изменение гистологии во времени. Уже на первый день после добавления тамоксифена опухолевые клетки органоида приобрели полигональную форму, количество эпителиальных клеток уменьшилось, а количество клеток переходного типа возросло. На пятый день опухоль имела максимальное количество переходных клеток и значительную долю клеток мезенхимального типа. На одиннадцатый день в опухоли нарушалось формирование протоков. Эксперимент на органоидах-трансплантантах показал тот же результат.

В поисках сигнального пути, регулирующего экспрессию GREM1, ученые обнаружили корреляцию между активацией сигнального пути BMP и концентрацией GREM1. В эксперименте на органоидах они выяснили, что присутствие BMP во внешней среде запускает фосфорилирование белков SMAD1/5/9. Они связываются с промоторной областью гена Grem1 и активируют экспрессию гена. Интересно, что GREM1 является антагонистом белка BMP. Также ученые выяснили, что непосредственно за эпителиально-мезенхимальный переход отвечают гены Snail и Snug. Их нокдаун препятствовал развитию мезенхимальных клеток даже в опухолях с инактивированным GREM1.

Таким образом, при раке поджелудочной железы эпителиальные клетки активируются присутствием BMP в окружающей среде и начинают трансформироваться в мезенхимальные клетки. Одновременно с этим они экспрессируют и экскретируют GREM1 во внешнюю среду. Он, являясь антагонистом BMP, деактивирует этот сигнальный путь и останавливает эпителиально-мезенхимальный переход.