Умирающие клетки рака включают у соседей сигнальный путь mTOR

В тканях рака соблюдается динамический баланс клеточной смерти и пролиферации. Смерть раковых клеток, в том числе при химиотерапии, запускает процессы тканевой регенерации и провоцирует рост опухоли. При этом точные механизмы подобных процессов до сих пор не были описаны. Международная группа ученых показала, что ассоциированный с химиотерапией рост опухоли запускается через паракринную активацию сигнального пути mTOR.

В качестве модели ученые использовали органоиды колоректального рака человека. Органоиды обрабатывали 5-фторурацилом (5-FU) — стандартным агентом химиотерапии. Для идентификации активированных сигнальных путей ученые измеряли фосфорилирование киназ. Анализ показал повышенный уровень фосфорилирования двух киназ — p70 S6 и PRAS40 — спустя 20 часов после начала обработки. Они обе задействованы в регуляции mTORC1 — белкового комплекса, управляющего трансляцией белков, клеточным ростом и выживанием. При искусственной блокировке апоптоза активации киназ не происходило.

Чтобы проверить, обеспечивает ли активация mTOR выживаемость клеток, ученые обрабатывали органоиды ингибитором mTOR рапамицином в дополнение к 5-FU. Комбинация двух препаратов значительно сильнее снижала рост опухоли по сравнению с обработкой каждым препаратом по отдельности.

Для изучения паракринных аспектов активации mTOR ученые использовали мышиную линию Lgr5^eGFP-DTR+, позволяющую вызывать таргетный апоптоз фрагментов опухоли при помощи токсина дифтерии. На данной модели можно изучать эффекты клеточной смерти на окружающие ткани. Исследование раковых органоидов, полученных от данной линии мышей, подтвердило активацию киназ p70 S6 и PRAS40. Искусственный апоптоз сам по себе не оказывал существенного влияния на морфологию опухоли, однако параллельная блокировка сигнального пути mTOR приводила к массовой гибели клеток и снижению способности рака к формированию новых органоидов. Ученые также подтвердили активацию mTOR при обработке органоидов супернатантом, полученным от мертвых раковых клеток.

Дальнейшее исследование различных соединений, высвобождаемых при клеточной смерти, продемонстрировало, что искусственное связывание внеклеточной АТФ или блокировка узнающих АТФ рецепторов препятствовали активации mTOR. Анализ различных рецепторов показал повышенную экспрессию P2X4 в тканях рака, что позволило ученым предположить, что он играет существенную роль в активации mTOR. Действительно, ингибирование P2X4 значительно снижало активацию сигнального пути mTOR в ответ на присутствие внеклеточной АТФ.

Так как ингибирование mTOR само по себе не снижало объем опухоли, ученые предположили, что смерть соседствующих клеток запускает еще один сигнальный каскад, провоцирующий апоптоз. И действительно, блокировка апоптоза при помощи соединения zVAD снижала эффективность комбинации 5-FU и рапамицина, но не оказывала влияния на отдельное применение 5-FU. Дальнейшие тесты по избирательному связыванию различных высвобождаемых при клеточной смерти агентов показали, что только связывание активных форм кислорода (ROS) предотвращало повышенную клеточную гибель при комбинированном применении 5-FU и рапамицина. Такой же эффект наблюдался при блокировке формирования ROS с помощью витамина E.

Таким образом, ученые показали, что высвобождение АТФ при клеточной смерти вызывает в соседних клетках активацию сигнального пути mTORC1 через рецептор P2X4. Активация mTORC1 блокирует апоптоз, провоцируемый выбрасываемыми при клеточной смерти ROS. Ученые считают, что блокировка mTOR может потенциально повысить эффективность химиотерапии при лечении ряда раковых заболеваний.

Определение фенокопий предсказывает ответ на таргетную терапию