Войти
| Эпителиально-мезенхимальный переход | |
|---|---|
 Схема, показывающая эпителиально-мезенхимальный переход | |
| Подробности | |
| Предшественник | эндодерма |
| Анатомическая терминология [правка в Викиданных ] | |
эпителиально-мезенхимальный переход (EMT ) - это процесс, в результате которого эпителиальные клетки теряют свою клеточная полярность и клеточная адгезия, а также приобретение миграционных и инвазивных свойств, чтобы стать мезенхимальными стволовыми клетками ; это мультипотентные стромальные клетки, которые могут дифференцироваться в различные типы клеток. EMT важен для множества процессов развития, включая формирование мезодермы и формирование нервной трубки. Также было показано, что ЭМП возникает при заживлении ран, при органном фиброзе и в инициации метастазов при прогрессировании рака.
Человеческий эмбрион - длина 2 мм. Вид сверху, амнион открыт. X 30. Эпителиально-мезенхимальный переход был впервые признан Бетти Хэй в 1980-х годах как особенность эмбриогенеза. EMT и его обратный процесс, MET (мезенхимально-эпителиальный переход ), имеют решающее значение для развития многих тканей и органов в развивающемся эмбрионе, а также для многих эмбриональных событий, таких как гаструляция, формирование нервного гребня, формирование сердечного клапана, развитие вторичного неба и миогенез. Эпителиальные и мезенхимальные клетки различаются как по фенотипу, так и по функциям, хотя оба обладают присущей им пластичностью. Эпителиальные клетки тесно связаны друг с другом посредством плотных контактов, щелевых контактов и адгезивных соединений, имеют апико-базальную полярность, поляризацию актинового цитоскелета и связаны базальной пластинкой на своей базальной поверхности. Мезенхимные клетки, с другой стороны, лишены этой поляризации, имеют веретеновидную морфологию и взаимодействуют друг с другом только через фокусные точки. Эпителиальные клетки экспрессируют высокие уровни E-кадгерина, тогда как мезенхимальные клетки экспрессируют уровни N-кадгерина, фибронектина и виментина. Таким образом, ЭМП влечет за собой глубокие морфологические и фенотипические изменения клетки.
Исходя из биологического контекста, ЭМП подразделяется на 3 типа: онтогенетический (Тип I), фиброз и заживление ран (Тип II) и рак (Тип III).
Ключевые индукторы процесса перехода эпителия в мезенхиму. 
Эпителиальные клетки в мезенхимальные. переход - потеря клеточной адгезии приводит к сжатию и экструзии новых мезенхимальных клеток. Потеря E-кадгерина считается фундаментальным событием в EMT. Многие факторы транскрипции (TF), которые могут прямо или косвенно репрессировать E-кадгерин, могут рассматриваться как EMT-TF (TF, индуцирующие EMT). SNAI1 / Snail 1, SNAI2 / Snail 2 (также известный как Slug), ZEB1, ZEB2, TCF3 и KLF8 (Kruppel-подобный фактор 8) могут связываться с промотором E-кадгерина и репрессировать его транскрипцию, тогда как такие факторы, как Twist, Goosecoid, TCF4 (также известный как E2.2), белок гомеобокса SIX1 и FOXC2 (белок C2 вилочного бокса) репрессируют E-кадгерин косвенно. Факторы SNAIL и ZEB связываются с консенсусными последовательностями E-бокса в промоторной области, в то время как KLF8 связывается с промотором через GT-боксы. Эти ЕМТ-ТФ не только непосредственно репрессируют Е-кадгерин, но также репрессируют транскрипционно другие соединительные белки, включая клаудины и десмосомы, тем самым облегчая ЕМП. С другой стороны, факторы транскрипции, такие как гомолог зернистого белка 2 (GRHL2) и связанные с ETS факторы транскрипции ELF3 и ELF5, подавляются во время EMT и, как обнаружено, активно управляют MET при сверхэкспрессии в мезенхимальных клетках. Поскольку ЕМП при прогрессировании рака повторно захватывает ЕМП в программах развития, многие из EMT-TF участвуют в обеспечении метастатических событий.
Несколько сигнальных путей (TGF-β, FGF, EGF, HGF, Wnt / бета-катенин и Notch ) и гипоксия может вызвать ЭМП. В частности, было показано, что Ras- MAPK активирует Snail и Slug. Slug запускает этапы разрушения десмосом, распространения клеток и частичного разделения на границах между клетками, которые составляют первую и необходимую фазу процесса EMT. С другой стороны, Slug не может запускать вторую фазу, которая включает в себя индукцию подвижности клеток, репрессию экспрессии цитокератина и активацию экспрессии виментина. Известно, что Snail и Slug регулируют экспрессию изоформ p63, другого фактора транскрипции, необходимого для правильного развития эпителиальных структур. Измененная экспрессия изоформ p63 снижает межклеточную адгезию и увеличивает миграционные свойства раковых клеток. Фактор p63 участвует в ингибировании EMT, и уменьшение некоторых изоформ p63 может быть важным в развитии эпителиального рака. Известно, что некоторые из них регулируют экспрессию цитокератинов. Также предполагалось участие фосфатидилинозитол-3 'киназы (PI3K) / AKT, сигнальный путь Hedgehog, ядерный фактор-каппаВ и активирующий фактор транскрипции 2. в EMT.
Путь передачи сигналов Wnt регулирует EMT при гаструляции, формировании сердечного клапана и раке. Активация пути Wnt в клетках рака молочной железы индуцирует регулятор ЕМТ SNAIL и активирует мезенхимальный маркер виментин. Кроме того, активный путь Wnt / бета-катенин коррелирует с плохим прогнозом у пациентов с раком груди в клинике. Точно так же TGF-β активирует экспрессию SNAIL и ZEB, чтобы регулировать ЕМТ в развитии сердца, небной почве и раке. Метастазирование рака груди в кости активировало передачу сигналов TGF-β, которая способствует образованию этих поражений. Однако, с другой стороны, p53, хорошо известный опухолевый супрессор, репрессирует EMT, активируя экспрессию различных микроРНК - miR-200 и miR-34, которые ингибируют продукцию белка ZEB и SNAIL, и, таким образом, поддерживает эпителиальный фенотип.
После начальной стадии эмбриогенеза, имплантации эмбриона и зарождения плаценты образования связаны с EMT. Клетки трофоэктодермы подвергаются ЭМП, чтобы облегчить инвазию эндометрия и соответствующее размещение плаценты, тем самым обеспечивая обмен питательными веществами и газами для эмбриона. Позднее в эмбриогенезе, во время гаструляции, EMT позволяет клеткам проникать в определенную область эмбриона - примитивную полосу у амниот и вентральную борозду у Drosophila. Клетки в этой ткани экспрессируют Е-кадгерин и апикально-базальную полярность. Поскольку гаструляция - очень быстрый процесс, E-кадгерин транскрипционно репрессируется Twist и SNAI1 (обычно называемым улиткой), а на уровне белка - взаимодействующим белком P38. Примитивная полоска посредством инвагинации далее генерирует мезоэндодерму, которая разделяется, образуя мезодерму и энтодерму, снова посредством EMT. Мезенхимные клетки из примитивной полоски также участвуют в образовании многих эпителиальных мезодермальных органов, таких как хорда, а также сомиты, через обратную ЭМП, т.е. мезенхимно-эпителиальный переход. Amphioxus образует эпителиальную нервную трубку и дорсальную хорду, но не обладает потенциалом EMT примитивной полоски. У высших хордовых мезенхима происходит из примитивной полоски, мигрирует кпереди, чтобы сформировать сомиты, и вместе с мезенхимой нервного гребня участвует в формировании мезодермы сердца.
У позвоночных эпителий и мезенхима являются основными тканевыми фенотипами. Во время эмбрионального развития мигрирующие клетки нервного гребня генерируются с помощью ЭМП с участием эпителиальных клеток нейроэктодермы. В результате эти клетки отделяются от нервных складок, обретают подвижность и распространяются в различные части эмбриона, где они дифференцируются со многими другими типами клеток. Кроме того, мезенхима черепно-лицевого гребня, которая образует соединительную ткань, образующую голову и лицо, образована эпителием нервной трубки посредством ЭМП. EMT имеет место во время построения позвоночного столба из внеклеточного матрикса, который должен быть синтезирован фибробластами и остеобластами, которые окружают нервную трубку. Основным источником этих клеток являются склеротом и сомит мезенхима, а также примитивная полоса. Морфология мезенхимы позволяет клеткам перемещаться к определенным целям в эмбрионе, где они дифференцируются и / или индуцируют дифференцировку других клеток.
Во время заживления раны кератиноциты на границе раны подвергаются ЭМП и реэпителизации или МЕТ, когда рана закрыта. Экспрессия Snail2 на фронте миграции влияет на это состояние, поскольку ее избыточная экспрессия ускоряет заживление ран. Точно так же в каждом менструальном цикле поверхностный эпителий яичников подвергается ЭМП во время заживления постовуляторной раны.
Инициирование метастазов требует инвазии, которая включен ЕМТ. Клетки карциномы в первичной опухоли теряют межклеточную адгезию, опосредованную репрессией E-кадгерина, и прорываются через базальную мембрану с повышенными инвазивными свойствами и попадают в кровоток через интравазию. Позже, когда эти циркулирующие опухолевые клетки (ЦКО) выходят из кровотока с образованием микрометастазов, они подвергаются МЕТ для клонального разрастания в этих метастатических участках. Таким образом, EMT и MET формируют начало и завершение каскада инвазии-метастазирования. В этом новом месте метастазирования опухоль может подвергнуться другим процессам для оптимизации роста. Например, EMT была связана с экспрессией PD-L1, особенно при раке легких. Повышенный уровень PD-L1 подавляет иммунную систему, что способствует более легкому распространению рака.
EMT придает устойчивость к индуцированному онкогеном преждевременному старению. Twist1 и Twist2, а также ZEB1 защищает клетки человека и эмбриональные фибробласты мыши от старения. Точно так же TGF-β может способствовать инвазии опухоли и уклонению от иммунного надзора на поздних стадиях. Когда TGF-β действует на активированные Ras-экспрессирующие эпителиальные клетки молочных желез, благоприятствует ЕМТ и подавляется апоптоз. Этот эффект может быть обращен индукторами эпителиальной дифференцировки, такими как GATA-3.
Было показано, что ЭМТ вызывается терапией депривации андрогенов при метастатическом раке простаты. Активация программ EMT посредством ингибирования оси андрогенов обеспечивает механизм, с помощью которого опухолевые клетки могут адаптироваться, способствуя рецидиву и прогрессированию заболевания. Brachyury, Axl, MEK и Aurora kinase A являются молекулярными двигателями этих программ, и в настоящее время ингибиторы проходят клинические испытания для определения терапевтические приложения. Онкогенный PKC-йота может способствовать инвазии клеток меланомы, активируя виментин во время EMT. Ингибирование или нокдаун PKC-йоты приводило к увеличению уровней E-кадгерина и RhoA при одновременном снижении общего виментина, фосфорилированного виментина (S39) и Par6 в метастатических клетках меланомы. Эти результаты предполагают, что PKC-ι участвует в сигнальных путях, которые активируют ЕМТ при меланоме.
Было показано, что ЕМТ участвует в приобретении устойчивости к лекарствам. Было обнаружено, что усиление маркеров EMT связано с устойчивостью эпителиальных клеточных линий карциномы яичников к паклитакселу. Точно так же SNAIL также придает устойчивость к паклитакселу, адриамицину и лучевой терапии, ингибируя p53-опосредованный апоптоз. Кроме того, недавно было показано, что воспаление, связанное с прогрессированием рака и фиброза, связано с раком через вызванную воспалением ЭМП. Следовательно, EMT позволяет клеткам приобретать мигрирующий фенотип, а также вызывать множественную иммуносупрессию, лекарственную устойчивость, уклонение от механизмов апоптоза.
Некоторые данные свидетельствуют о том, что клетки, которые подвергаются EMT, приобретают свойства, подобные стволовым клеткам, тем самым давая начало раковым стволовым клеткам (CSC). После трансфекции активированным Ras субпопуляция клеток, демонстрирующих предполагаемые маркеры стволовых клеток CD44high / CD24low, увеличивается с сопутствующей индукцией EMT. Кроме того, ZEB1 способен придавать свойства, подобные стволовым клеткам, тем самым укрепляя взаимосвязь между EMT и стволовостью. Таким образом, EMT может представлять повышенную опасность для онкологических больных, поскольку EMT не только позволяет клеткам карциномы проникать в кровоток, но также наделяет их свойствами стволовости, что увеличивает онкогенный и пролиферативный потенциал.
Однако недавние исследования показали, что далее сместил первичные эффекты EMT с инвазии и метастазирования в сторону устойчивости к химиотерапевтическим агентам. Исследования рака груди и рака поджелудочной железы показали отсутствие разницы в метастатическом потенциале клеток при приобретении EMT. Это согласуется с другим исследованием, показывающим, что фактор транскрипции EMT TWIST на самом деле требует интактных спаек, чтобы опосредовать локальную инвазию при раке груди. Таким образом, эффекты EMT и его связь с инвазией и метастазированием могут быть в высокой степени контекстно-зависимыми.
Раковые клетки попадают в кровоток после прохождения EMT, индуцированного TGF-β, высвобожденным из тромбоцитов. Попадая в кровоток, метастатические раковые клетки привлекают тромбоциты для использования в качестве физического барьера, который помогает защитить эти клетки от уничтожения иммунными клетками. Метастатическая раковая клетка может использовать прикрепленные тромбоциты для прикрепления к Р-селектину, экспрессируемому активированными эндотелиальными клетками, выстилающими стенки кровеносных сосудов. После адгезии к эндотелию метастатическая раковая клетка покидает кровоток во вторичном участке, чтобы начать образование новой опухоли. Тромбоциты в крови обладают способностью инициировать индукцию ЕМТ в раковых клетках. Когда тромбоциты попадают в участок кровеносного сосуда, они могут высвобождать различные факторы роста (PDGF, VEGF, Ангиопоэтин-1 ) и цитокины, включая Индуктор ЭМП TGF-β. Высвобождение TGF-β тромбоцитами в кровеносных сосудах возле первичных опухолей увеличивает инвазивность и способствует метастазированию раковых клеток в опухоль. Исследования дефектных тромбоцитов и сниженного количества тромбоцитов на моделях мышей показали, что нарушение функции тромбоцитов связано с уменьшением образования метастазов. У людей количество тромбоцитов и тромбоцитоз в пределах верхнего предела нормального диапазона были связаны с запущенным, часто метастатическим, стадийным раком при раке шейки матки, раке яичников, раке желудка и раке пищевода. Несмотря на то, что для изучения взаимодействия между опухолевыми клетками и тромбоцитами было проведено множество исследований, терапия рака, направленная на это взаимодействие, еще не разработана. Это может быть частично связано с избыточностью протромботических путей, что потребовало бы использования нескольких терапевтических подходов для предотвращения прометастатических событий посредством индукции EMT в раковых клетках активированными тромбоцитами.
Чтобы повысить шансы развития метастазов рака, раковые клетки должны избегать обнаружения и нацеливания иммунной системы после того, как они попадают в кровоток. Активированные тромбоциты обладают способностью связывать гликопротеины и гликолипиды (лиганды P-селектина, такие как PSGL-1 ) на поверхности раковых клеток с образованием физического барьера, который защищает раковые клетки от лизис в кровотоке, опосредованный естественными клетками-киллерами. Кроме того, активированные тромбоциты способствуют адгезии раковых клеток к активированным эндотелиальным клеткам, выстилающим кровеносные сосуды, с помощью молекул адгезии, присутствующих на тромбоцитах. Лиганды Р-селектина на поверхности раковых клеток еще предстоит выяснить, и они могут служить потенциальными биомаркерами прогрессирования заболевания при раке.
Многие исследования предполагают, что индукция EMT является основным механизмом, с помощью которого эпителиальные раковые клетки приобретают злокачественные фенотипы, способствующие метастазированию. Таким образом, разработка лекарств, направленных на активацию ЕМТ в раковых клетках, стала целью фармацевтических компаний.
Малые молекулы, которые способны ингибировать ТФР-β-индуцированную ЕМП, находятся в стадии разработки. Силмитасертиб (CX-4945) представляет собой низкомолекулярный ингибитор протеинкиназы CK2, который, как утверждается, связан с индуцированной TGF-β ЕМП, и в настоящее время проходит клинические испытания для холангиокарциномы (рак желчного протока), а также в доклинической разработке при гематологических и лимфоидных злокачественных новообразованиях. В январе 2017 года Силмитасертиб получил статус орфанного препарата Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США для лечения холангиокарциномы и в настоящее время проходит фазу II исследования. Silmitasertib разрабатывается Senhwa Biosciences. Другой низкомолекулярный ингибитор Галунисертиб (LY2157299) представляет собой мощный ингибитор киназы рецептора TGF-β типа I, который, как было продемонстрировано, уменьшает размер, скорость роста опухолей и потенциал образования опухолей в тройном отрицательном результате. линии клеток рака груди с использованием мышиных ксенотрансплантатов. Галунисертиб в настоящее время разрабатывается Lilly Oncology и проходит фазу I / II клинических испытаний гепатоцеллюлярной карциномы, неоперабельного рака поджелудочной железы и злокачественной глиомы. Предполагается, что низкомолекулярные ингибиторы ЕМТ не заменяют традиционные химиотерапевтические агенты, но, вероятно, будут проявлять наибольшую эффективность при лечении рака при использовании в сочетании с ними.
Антагомиры и миметики микроРНК проявили интерес как потенциальный источник терапевтических средств для нацеливания на метастазы, вызванные ЕМТ, при раке, а также для лечения многих других заболеваний. Антагомиры были впервые разработаны для нацеливания на miR-122, микроРНК, которая была в изобилии и специфична для печени, и это открытие привело к разработке других антагомиров, которые могут спариваться со специфическими микроРНК, присутствующими в микроокружение опухоли или в раковых клетках. Было обнаружено, что микроРНК, имитирующая miR-655, подавляет ЕМТ посредством нацеливания на фактор транскрипции ZEB1, индуцирующий ЕМТ, и рецептор 2 TGF-β в линии клеток рака поджелудочной железы. Сверхэкспрессия миметика miR-655 в линии раковых клеток Panc1 усиливала экспрессию E-кадгерина и подавляла миграцию и инвазию мезенхимально-подобных раковых клеток. Использование имитаторов микроРНК для подавления EMT распространилось на другие линии раковых клеток и имеет потенциал для разработки клинических лекарств. Однако имитаторы и антагомиры микроРНК страдают от недостаточной стабильности in vivo и не имеют точной системы доставки для нацеливания этих молекул на опухолевые клетки или ткань для лечения. Повышение стабильности миметиков антагомира и микроРНК за счет химических модификаций, таких как заблокированных нуклеиновых кислот (LNA) олигонуклеотидов или пептидных нуклеиновых кислот (PNA), может предотвратить быстрое очищение этих малых молекул посредством РНКазы. Доставка антагомиров и имитаторов микроРНК в клетки путем включения этих молекул в липосомы-наночастицы вызвала интерес, однако липосомные структуры страдают собственными недостатками, которые необходимо будет преодолеть для их эффективного использования в качестве механизма доставки лекарств. Эти недостатки липосом-наночастиц включают неспецифический захват клетками и индукцию иммунных ответов. Роль, которую микроРНК играют в развитии рака и метастазировании, является предметом многочисленных научных исследований, и еще предстоит продемонстрировать, могут ли имитаторы или антагомиры микроРНК использоваться в качестве стандартных клинических методов лечения для подавления ЕМП или онкогенных микроРНК при раке.
Было продемонстрировано, что, как и образование раковых стволовых клеток, ЕМТ генерирует эндокринные клетки-предшественники из островков поджелудочной железы человека. Первоначально предполагалось, что (hIPC) будут лучшими предшественниками, поскольку потомство β-клеток в этих hIPC наследует эпигенетические метки, которые определяют активную область промотора инсулина. Однако позже другая серия экспериментов показала, что меченые β-клетки де-дифференцируются до мезенхимально-подобного фенотипа in vitro, но не могут пролиферировать; таким образом, инициировав дискуссию в 2007 году.
Поскольку в этих исследованиях на островках человека не было анализа с отслеживанием клонов, эти результаты необратимо помеченных бета-клеток у мышей были экстраполированы на островки человека. Таким образом, используя двойную лентивирусную и генетическую систему отслеживания клонов для мечения β-клеток, было убедительно продемонстрировано, что островковые β-клетки взрослого человека подвергаются EMT и пролиферируют in vitro. Кроме того, эти данные были подтверждены на фетальных клетках, продуцирующих инсулин поджелудочной железы человека, а мезенхимальные клетки, полученные из островков поджелудочной железы, могут подвергаться обратной реакции EMT - MET - с образованием островковых агрегатов клеток. Таким образом, концепция создания предшественников из инсулин-продуцирующих клеток с помощью EMT или генерации раковых стволовых клеток во время EMT при раке может иметь потенциал для заместительной терапии при диабете и требовать лекарств, направленных на ингибирование EMT при раке.
Не все клетки подвергаются полной ЕМП, т.е. теряют свою межклеточную адгезию и приобретают характеристики одиночной миграции. Вместо этого большинство клеток подвергаются частичному EMT, состоянию, в котором они сохраняют некоторые эпителиальные черты, такие как адгезия между клетками или апикально-базальная полярность, и приобретают миграционные черты, таким образом, клетки этого гибридного эпителиально-мезенхимального (E / M) фенотипа наделены со специальными свойствами, такими как коллективная миграция клеток. Были предложены две математические модели, пытающиеся объяснить возникновение этого гибридного E / M фенотипа и его высокую вероятность того, что разные клеточные линии принимают разные гибридные состояния, как показали эксперименты с клеточными линиями MCF10A, HMLE и H1975. Хотя гибридное состояние E / M называют «метастабильным» или временным, недавние эксперименты с клетками H1975 показывают, что это состояние может стабильно поддерживаться клетками.
