Хромосомная нестабильность заставляет клетки мигрировать

Хромосомная нестабильность — быстрое изменение числа и структуры хромосом при делении клетки — часто встречается в солидных опухолях и ассоциирована с их агрессивным распространением. Ученые из Испании исследовали связь хромосомной нестабильности с инвазивностью раковых клеток.

В качестве модели авторы исследования использовали зачаток крыла дрозофилы — активно пролиферирующий однослойный эпителий. В его клетках нарушили сборку веретена деления при помощи РНК-интерференции, выключив этим методом bub3 (этот ген кодирует белок контрольной точки веретена деления) или rod (компонент наружного кинетохора). Как правило, клетки, в которых из-за хромосомной нестабильности развилась анеуплоидия, уходят в апоптоз. Он активируется через индукцию транскрипции проапоптотических генов: grim, reaper и hid. С помощью репортеров транскрипции hid-lacZ и reaper-lacZ ученые подтвердили активацию генов reaper и hid в клетках с индуцированной хромосомной нестабильностью. Также в этих клетках активировались эффекторные каспазы Drice и Dcp1.

Затем исследователи индуцировали хромосомную нестабильность в клетках дорзальной части зачатка крыла дрозофилы и ингибировали апоптотический путь с помощью p35. Оказалось, что при этом граница между вентральной и дорзальной частью становилась неровной, а также наблюдалась инвазия клеток с хромосомной нестабильностью. Инвазивные клетки были анеуплоидны и характеризовались высокой экспрессией hid и reaper. Когда апоптоз в них ингибировали при помощи miRHG (малая интерферирующая РНК, блокирующая экспрессию hid и reaper), количество инвазивных клеток уменьшалось, а граница между вентральной и дорзальной частями крыла становилась ровнее. Это навело исследователей на мысль, что проапоптотические белки играют роль в инвазии клеток с хромосомной нестабильностью.

Апоптотический путь все еще индуцировался в клетках с хромосомной нестабильностью, экспрессирующих p35 — об этом говорит высокий уровень hid и reaper. Анализ повреждений ДНК с помощью TUNEL указал, что, хотя p35 снижает их количество, он делает это менее эффективно, чем miRHG. По-видимому, в присутствии p35 может сохраняться некоторая активность эффекторных каспаз. Авторы подтвердили это предположение анализом активности каспаз с помощью специального индикатора (GFP-based caspase3-like protease activity indicator, GC3Ai). Они также показали, что в части клеток каспазы были активны, но ДНК в них не повреждалась.

Кроме того, GC3Ai⁺-клетки, расположенные на базальной стороне эпителия, не имели признаков пикноза (конденсации ядра перед его разрушением) или потери клеточной целостности. Они перемещались на расстояние нескольких клеточных диаметров и активно формировали крупные филоподии. Снижение активности каспаз при этом уменьшало инвазивность клеток. Все это свидетельствует о том, что в инвазивных клетках имеется активность каспаз, не приводящая к их гибели, но играющая роль в миграции.

Уже известно, что апоптоз анеуплоидных клеток обусловлен активацией JNK, которая происходит из-за дисбаланса доз генов, нарушения протеостаза и дисфункции митохондрий. Однако при ингибировании JNK в клетках все еще присутствовали пикнотические ядра, положительные по окрашиванию TUNEL, активности GC3Ai и экспрессии hid. Это указывает на наличие JNK-независимого пути апоптоза в клетках с хромосомной нестабильностью. Ученые установили, что транскрипционной индукции проапоптотических генов способствует также сигнальный путь JAK/STAT.

Авторы работы подробнее изучили роль каждого из этих сигнальных путей в инвазивности клеток. Они показали, что активация JNK обеспечивает ремоделирование цитоскелета, которое способствует миграции клеток. Параллельно с этим, активация JAK/STAT в клетках с хромосомной нестабильностью усиливала повреждение ДНК в клетках, которое индуцировало репликативный стресс и активировало системы репарации. Повреждение ДНК происходило из-за нуклеаз, которые вносили разрывы в ДНК, причем активация обеспечивалась каспазами.

Таким образом, JNK и JAK/STAT вносят вклад в инвазивность, индуцированную хромосомной нестабильностью, через два независимых механизма. Если JNK модулирует актин-миозиновый цитоскелет, то JAK/STAT (совместно с JNK) стимулирует инвазивность клеток, используя неапоптотическую роль каспаз.