Инвазия рака молочной железы опосредована действием физических сил

Протоковый рак молочной железы (пРМЖ) — наиболее распространенный тип РМЖ, который берет свое начало в железистом эпителии млечных протоков. Для пациентов с локализованным пРМЖ характерен хороший ответ на лечение и высокие показатели выживаемости. Но как только опухолевые клетки выходят за пределы базальной мембраны, клинико-морфологические показатели заболевания резко ухудшаются. Известно также, что инвазия является первой ступенью на пути к метастазированию.

Для осуществления инвазии (процесса, в результате которого опухоль врастает в окружающие ее ткани) опухолевым клеткам необходимо преодолеть окружающую их базальную мембрану. Многочисленные исследования показали, что этот процесс осуществляется благодаря секретируемым опухолевыми клетками матриксным металлопротеиназам (ММП), которые способствуют химическому разрушению базальной мембраны, а также благодаря миграционной активности опухолевых клеток. Так, было показано, что злокачественные клетки способны изменять свой цитоскелет с приобретением характерных выпячиваний, известных как инвадоподии, в которых локализуются ММП, посредством которых может осуществляться физическая и химическая деформация окружающей базальной мембраны и внеклеточного матрикса. Однако большинство исследований инвазии было проведено на единичных клетках in vitro, что не отражает в полной мере картины, наблюдаемой in vivo, где, как известно, инвазия осуществляется группой опухолевых клеток (коллективная инвазия). Более того, ингибирование протеаз не показало высокой эффективности для остановки опухолевой прогрессии.

В связи с этим американские исследователи предположили наличие других механизмов инвазии опухолевых клеток. Они разработали клеточную 3D-модель, состоящую из ацинусов эпителиальных клеток молочной железы (клеточная линия MCF10A), клеток рака молочной железы (клеточная линия MDA-MB-231), восстановленной базальной мембраны и внеклеточного матрикса. Известно, что повышенная жесткость внеклеточного матрикса является одним из основных факторов риска прогрессирования РМЖ. Путем добавления ионов кальция в настоящем исследовании было сформировано две системы с «мягким» и «жестким» внеклеточным матриксом с показателями упругости 0,3 и 2,5 кПа соответственно. Анализ состава и толщины внеклеточного матрикса в полученной модели показал, что он максимально приближен к физиологическому при пРМЖ.

Далее авторы пометили окружающую ацинусы базальную мембрану флуоресцентными красителями, чтобы наблюдать любую деформацию. Благодаря этому было обнаружено, что в результате увеличения объема клеток происходило растяжение окружающей базальной мембраны, она при этом истончалась. Это позволило клеткам, находящимся вблизи мембраны, приложить дополнительные силы, опосредованные взаимодействием ламинина α3 и α3β1 интегрина, чтобы нарушить целостность базальной мембраны и выйти за ее пределы.

Стоит отметить, что коллективная инвазия происходила только в системе с жестким внеклеточным матриксом. Авторы полагают, что клетки способны ощущать жесткость внеклеточного матрикса посредством взаимодействия между коллагеном IV и ламинином. Коллективная инвазия в условиях жесткого матрикса не сопровождалась образованием филоподий, инвадоподий и лобоподий, характерных для единично инвазивных клеток.

Авторы выявили ряд отличительных особенностей коллективной инвазии в сравнении с инвазией единичных клеток. Так, было показано, что инвазия осуществляется без формирования К14+ лидерных клеток, а адгезия опухолевых клеток между собой при коллективной инвазии опосредована Е-кадгерином и щелевыми контактами. Путем добавления ингибиторов протеаз авторы показали, что коллективная инвазия может осуществляться без участия этих ферментов, хотя и с меньшей эффективностью.

С помощью компьютерного моделирования исследователи подтвердили, что при условиях, созданных в разработанной 3D-модели, задействованные физические силы теоретически могут позволить опухолевым клеткам разрушить базальную мембрану.

Полученные результаты подчеркивают недостаточность терапии, направленной только лишь на протеазы, для подавления инвазии. В частности, авторы предлагают использовать дополнительные терапевтические стратегии, направленные на подавление клеточных сокращений и увеличения объемов клеток, а также тактики модулирования механических свойств базальной мембраны. Авторы подчеркивают, что результаты данного исследования могут быть экстраполированы на другие карциномы, а также заболевания, характеризуемые дисфункцией базальной мембраны.

Рак молочной железы можно выявить по внеклеточной ДНК в грудном молоке