Найден молекулярный механизм, который способствует метастазированию в мозг при раке молочной железы

Метастазы в головной мозг (BCBM) — одна из самых опасных форм прогрессирования рака молочной железы (РМЖ), особенно у пациенток с HER2-положительным и трижды негативным подтипами опухолей. BCBM обнаруживаются у 15–24% пациенток с метастатическим РМЖ и ассоциируются с крайне низкой выживаемостью из-за отсутствия эффективных лекарственных средств, проникающих через гематоэнцефалический барьер. Известно, что для метастазирования критичен уровень L-аспарагина. Аминокислоту аспарагин продуцирует фермент аспарагинсинтетаза (ASNS). Группа ученых из Китая исследовала молекулярные пути, регулирующие экспрессию ASNS, и их влияние на развитие метастазов в мозг при РМЖ.

Для выявления ключевых генов, способствующих метастазированию в мозг, авторы проанализировали дифференциальную экспрессию генов в метастазах и клетках первичной опухоли, используя опубликованные данные двух отдельных когорт. FAM50A оказался одним из немногих генов, стабильно оверэкспрессируемых в тканях BCBM по сравнению с первичными опухолями, особенно в HER2+ и трижды негативных подтипах. Его повышенная экспрессия коррелировала с сокращением общей выживаемости и выживаемости без метастазов.

Авторы исследовали экспрессию гена FAM50A в единичных клетках методом иммуногистохимии и scRNA-seq. Экспрессия была повышена в опухолевой ткани, особенно в метастазах, а секвенирование единичных клеток показало, что самым высоким был уровень экспрессии в опухолевых эпителиальных клетках.

Для дальнейших исследований использовали культуру клеток, оверхэкспрессирующих FAM50A (FAM50A-OE). Среди них было повышено количество мигрирующих и инвазивных клеток, тогда как нокдаун или нокаут FAM50A подавлял миграцию и инвазию.

Чтобы оценить метастатический потенциал in vivo, авторы вводили опухолевые клетки FAM50A-OE в сердце мышам. У таких мышей развивалось больше метастазов в мозге по сравнению с контролем. При этом в модели с индукцией доксициклином, когда оверэкспрессия FAM50A в клетках запускалась не сразу, а только на 7-й день, то есть после того, как единичные опухолевые клетки могли проникнуть в мозг, разницы с контролем в метастазировании или выживаемости не было.

Функциональные взаимодействия белков исследовали с помощью коиммунопреципитации и масс-спектрометрии. Оказалось, что белок FAM50A взаимодействует с белком C9ORF78, и ключевую роль в этом играет остаток серина FAM50A в положении 121.

Сравнение данных РНК-секвенирования в клетках FAM50A-OE и контрольных клетках показало, что в FAM50A-OE активируется транскрипция ASNS. Участие в этом C9ORF78 доказывал люциферазный репортерный анализ (уровень свечения люциферазы, ген которой находился под промотором ASNS, при ингибировании C9ORF78 снижался). Метод иммунопреципитации хроматина с количественной ПЦР (ChIP-qPCR) подтвердил связывание FAM50A и C9ORF78 с промотором ASNS. Авторы также убедились в экспериментах in vivo и in vitro, что подавление продукции ASNS снижает метастатический потенциал клеток.

ASNS катализирует синтез аспарагина из аспартата и глутамина, а повышенный уровень аспарагина способствует миграции опухолевых клеток через гематоэнцефалический барьер. Функциональные эксперименты подтвердили, что мутации в ASNS, инактивирующие его ферментативную активность, снижали способность опухоли к метастазированию. Когда мышам после инъекции опухолевых клеток вводили аспарагиназу (L-ASNase) — фермент, расщепляющий аспарагин и применяемый как циитостатик при онкозаболеваниях, — количество метастазов снизилось, общая выживаемость увеличилась. Примечательно, что и диета со сниженным количеством аспарагина оказала положительный эффект.

Впечатляющий результат продемонстрировала комбинация L-ASNase и цисплатина: все контрольные мыши погибали к 30-му дню, но одна мышь из пяти, получившая комбинацию препаратов, оставалась жива на 50-й день. Вероятно, синергетический эффект обусловлен тем, что аспарагиназа подавляет проникновение опухолевых клеток через эндотелий сосудов мозга, а цисплатин — пролиферацию клеток в мозге.

Таким образом, FAM50A в комплексе с C9ORF78 активируют экспрессию фермента ASNS, что повышает синтез аспарагина и способствует метастазированию рака молочной железы в головной мозг. Сигнальная ось FAM50A–C9ORF78–ASNS представляет собой перспективную мишень для профилактики и терапии, подчеркивают авторы.

Физическая активность снижает риск повторных онкозаболеваний у переживших рак в детстве