Начальные этапы апоптоза индуцируют резистентность у клеток опухоли

Не всегда после терапии злокачественные опухоли исчезают бесследно. Небольшая популяция клеток, устойчивых к применяемым препаратам, которая осталась на месте опухоли, может привести к рецидиву. Такие клетки называются персистирующими, и до сих пор не были известны механизмы их возникновения. Они отличаются от резистентных клеток тем, что отсутствие ответа на препарат является у них приобретенным, а не изначальным свойством и предоставляет им временное преимущество в выживании. Ученые из США и Великобритании уточнили механизм образования таких клеток.

Для персистирующих клеток характерны временная нечувствительность к изначальному лечению, приобретенная зависимость от липидной пероксидазы GPX4 и особый профиль экспрессии генов. Эти клетки становятся резистентными к BH3-миметикам — препаратам, запускающим апоптоз. BH3-миметики ингибируют антиапоптотический белок BCL-2. В результате активируются проапоптотические белки BAX, BAK и BOK. Под их действием повышается проницаемость мембран митохондрий, и из них высвобождается цитохром c, что приводит к апоптозу. Однако у опухолевых клеток с персистирующим фенотипом сублетальное увеличение проницаемости митохондриальных мембран и выход цитохрома с не запускают апоптоз. Авторы новой работы выяснили причины устойчивости к апоптозу.

Они предположили, что существует связь между незавершенным апоптозом персистирующих клеток и развитием индуцированного стрессового ответа. При стрессовом ответе происходит фосфорилирование фактора инициации трансляции eIF2α с помощью киназы HRI. В результате изменяются трансляция и активация фактора транскрипции ATF4 и происходит перепрограммирование клеток на выживание.

В работе использовались клеточные линии различных человеческих опухолей. На первом этапе ученые подтвердили, что персистирующий фенотип — это временное состояние. Они получили персистирующие злокачественные клетки, обработав исходную культуру миметиками BH3. Через шесть дней чувствительность к препаратам восстанавливается. Затем ученые сравнили поведение исходных и персистирующих клеток рака in vivo. Персистирующие клетки были более агрессивными и активно заселяли легкие модельных мышей. Дополнительное исследование на ортотопической модели опухоли легкого также показало высокую склонность персистирующих клеток к метастазированию.

Если BH3-миметиками обрабатывали раковые клетки с нокаутом BCL-2-эффекторных белков BAX, BAK и BOK, их метастатическая активность не увеличивалась. Это означает, что ключевую роль в приобретении персистирующего фенотипа играют именно эти белки.

С помощью РНК-секвенирования единичных клеток и обработки данных с использованием особого вычислительного метода ученые показали, что у персистирующих клеток активируются молекулярные пути эпителиально-мезенхимального перехода и интегрированного стрессового ответа. В серии дальнейших опытов с использованием вестерн-блоттинга, иммунопреципитации и люциферазных репортерных систем они подтвердили, что именно сублетальное увеличение проницаемости митохондриальных мембран и выход цитохрома с провоцируют трансляционное репрограммирование в клетках. Цитохром с индуцирует киназу HRI, в результате активируется синтез ATF4, который в свою очередь запускает различные пути, обеспечивающие выживание персистирующих клеток, в том числе метаболическое перепрограммирование, ингибирование клеточного цикла, уклонение от иммунитета и эпителиально-мезенхимальный переход.

Таким образом, ученые предложили модель формирования персистирующих злокачественных клеток и описали новую функцию цитохрома c. Результаты исследования могут стать основой для создания препаратов, предотвращающих рецидив опухолей.