Особенности бактериального генетико-эпигенетического канцерогенеза, ассоциированного с Helicobacter Pylori

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Тернопольский медуниверситет

Особенности бактериального генетико-эпигенетического канцерогенеза, ассоциированного с Helicobacter Pylori

Кованова Эльвира Николаевна

канд.мед.наук, доцент

Аннотация

Особенностью неизвестного ранее генетико-эпигенетического пути канцерогенеза является триггерная функция главных генов патогенности - cagA, vacA. Онкогены cagA и vacA - полифункциональны, уникальны, локализованы внеклеточно и не интегрируют в хромосому. В отличие от других экзотоксинов VacA может адсорбироваться на различных рецепторах клетки. Онкогенные свойства имеют cagA+ штаммы с островом патогенности cag PAI и генотипом cagA+vacA+. Впервые экспрессия vacA ассоциируется с аллелями гена. Впервые, в случае наследования метилирования ДНК по Х сцепленному типу, эпимутация гетерозиготной матери может передаваться 50% девочек с возможной ее экспрессией. Предлагается создание генетических карт эпигенетических путей канцерогенеза Helicobacter pylori.

Ключевые слова:

Helicobacterpylori; генетический; эпигенетический; онкогены; наследственность; канцерогенез.

Не смотря на то, что раковые заболевания относят к генетическим болезням человека и Helicobacter pylori является канцерогеном 1 класса, при хеликобактерной малигнизации до сих пор не выявлены классические генетические пути канцерогенеза, обусловленные изменением последовательности нуклеотидов ДНК. В то же время экспериментами, преимущественно, японских исследователей [1-7, c.2] показано, что под влиянием СаgА (продукт онкогена саgА бактерии) наблюдаются нарушения цитоскелета клеток с утратой полярности, изменением подвижности, нарушением контактного тормиожения характерные для «раннего рака». ОнкопротеинСаgА индуцирует ЕМТ, эпидермально-мезенхимальную трансформацию клеток [8, c.2].

Непосредственно под влиянием СаgА формируется «колибри фенотип», и развиваются опухоли желудка у трансгенных белых мышей [9, 15, c.2]. Описаны также другие генетические элементы бактерии, которые ассоциируются с канцерогенезом H. pylori, в том числе онкогены vacA, babA2, аллели vacA s1 m1 i1 [10-12, c.2].

Однако до настоящего времени остается невыясненным вопрос о тонких механизмах хеликобактерного канцерогенеза, в частности о том, каким образом бактерия может индуцировать дистальную аденокарциному желудка и МАLТ лимфому[13, c. 2]. Выяснение этого вопроса могло бы способствовать выявлению факторов риска развития хеликобактерного канцерогенеза, а также коррекции аберрантных изменений в профилактике и лечении канцерогенных хеликобактериозов.

На основании анализа результатов исследования генетического потенциала H. pylori и обусловленных отдельными детерминантами предраковых изменений цитоскелета клеток, ассоциированных с тирозинкиназным фосфорилированием, а также, анализируя корреляцию детерминант бактерии у пациентов с аденокарциномой желудка, нам удалось выявить новый генетико-эпигенетический путь канцерогенеза, в котором прослеживается непосредственная связь малигнизации с онкогенами бактерии.

При генетико-эпигенетическом пути канцерогенеза, подтвержденном эксперментальными исследованиями invitro invivo [1-13, c.3] под влиянием этих генов бактерии продуцируются протеины СаgА и VacA, которые при внутриклеточном тирозинкиназном фосфорилировании вызывают избыточное активирование тирозинкиназ клетки и, как результат, развивается туморогенез.

Инициация канцерогенеза при этом детерминируется онкогенами бактерии, локализованными вне клетки-хозяина, а искажение тирозинкиназногофосфорилирования под влиянием онкобелкаСаgА (продукта онкогена саgА) и уникального цитотоксина - белка VacA (продукт онкогена vacА) происходит внутри эпителиальных клеток желудка. В отличие от вирусного канцерогенеза онкогены бактерии не интегрируют в хромосомы клетки.

Как оказалось, при бактериальном и вирусном канцерогенезе сохраняются одинаковые принципы малигнизации клетки-хозяина, ассоциированные с генетическим потенциалом соответствующего биологического фактора канцерогенности в виде онкогенов. Однако при генетико-эпигенетическом пути имеет место и ряд особенностей, которые проявляются фенотипически, а некоторые из них не наблюдались ранее в случаях канцерогенеза.

Молекулярный механизм фосфорилирования с избыточной активацией тирозинкиназ при хеликобактерном канцерогенезе, по существу, оказался аналогичным уже известному вирусному - с безудержной продукцией тирозинкиназ, открытый в свое время T.Hunter и В. Sefton [14, c. 3] . В обоих случаях имеет место проявление «дозового эффекта», обусловленного гиперактивацией и гиперпродукцией тирозинкиназ соответственно.

Генетико-эпигенетический путь впервые инициируется и индуцируется полифункциональными генами. Особенность онкогенов, саgА, vacА бактерии - двух главных генов патогенности - в одновременном детерминировании и патогенности бактерии, и ее канцерогенных свойств, т.е. они оказались полифункциональными.

Онкогены бактерии саgА, vacА уникальны, так как свойственные для саgА последовательности ДНК не обнаружены среди других видов бактерий, а ген vacА индуцирует уникальный экзотоксин VacA.

Обычно онкогенный канцерогенез ассоциируется с наличием в геноме онкогенов, в то время как за иные функции, в том числе факторы патогенности, отвечают, напр. у вирусов, структурные и другие гены. Впервые экспрессия бактериального гена vacА, как гена онкогенности, ассоциируется с его аллелями.

Обычно экзотоксин имеет один специфический рецептор на поверхности клетки. Экзотоксин VacA может присоединяться ко множеству компонентов поверхности клетки, включая RPT beta, RPT alpha, EGF, различные липиды, гепаран сульфат[12, c.4]. Экспрессия vacА у канцерогенных штаммов бактерии ассоциируется с его аллелями s1 m1 i1. Эта штаммоспецифическая особенность онкогена vacА может служить маркером канцерогенных штаммов и должна учитываться при разработке вакцинных препаратов, обладающих не только антибактериальным, но и антираковым эффектом.

Особенностью хеликобактерного канцерогенеза является также обязательное присутствие в геноме бактерии онкогена саgА и острова патогенности саg PAI у саgA положительных штаммов, а также обязательная ассоциация гена саgA, присутствующего в геноме 60-70%% штаммов, с геном vacА(локализован в геноме 100% штаммов). Следовательно, в то время как причиной неканцерогенныххеликобактериозов могут быть саgA положительные и саgA негативные штаммы, при наличии и отсутствии острова патогенности саg PAI , штаммы tox+ и tox- , канцерогенные хеликобактериозы (дистальная аденокарцинома желудка, MALT лимфома) ассоциируются с cagA+vacA+ генотипом бактерии, наличием саg PAI у саgA положительных штаммов. Такие штаммы относятся к 1 типу, tox+ и имеют аллели vacА - s1 m1 i1.

Особенность генетико-эпигенетического пути прослеживается в особом, не характерном для нормального фосфорилирования, взаимодействии двух онкобелков: CagA - первый онкобелок бактериального происхождения и SHP-2 - онкобелок клетки-хозяина (второй онкобелок). Как уже отмечалось,взаимодействиеонкобелков лежит в основе формирования «колибри фенотипа».

E.Segaletal. [15, c.5] установили прямую связь между 1 типом H. pylori , островом патогенности сag PAI, фосфорилированием CagA, индукцией и изменениями в росте клеток хозяина. Изменения клеток в виде «колибри фенотипа» проявляется в виде удлинения клеток с образованием филаподий и ламеллиподий. По неизвестной, как отмечают авторы, причине некоторые прикрепленные к эпителиальным клеткам H. pylori продуцируют CagA цилиндры. Прикрепление бактерии к эпителиальным клеткам человека сопровождается сглаживанием микровилли и образованием структур типа «чаш» и «пьдесталов», характерных для энтеропатогенныхэшерихий. Впервые при канцерогенезе онкогены влияют не на геном клетки, а на ее эпигеном, нарушая нормальный процесс фосфорилирования и не влияя на ее генотип.

Следует также отметить, что онкогены бактерии детерминируют индукцию специфических протеинов и последующее проникновение их внутрь эпителиоцитов. При этом протеины СаgА и VacA не являются ни мутагенами, ни канцерогенами и участвуют в малигнизации клетки, инициируя избыточную активации ее тирозинкиназ.

Кроме онкогенов в механизме избыточной активации тирозинкиназ принимает участие также рецептор эпидермального фактора роста EGFR, гиперэкспрессию которого инициирует бактерия. Активирование рецепторныхтирозинкиназ собственного внутриклеточного домена рецептора может, в свою очередь, активировать сигнальные пути нормальной пролиферации клетки.

При генетико-эпигенетическом пути онкоген саgА индуцирует синтез СаgА и, с помощью острова патогенности cag PAI, формирует шприцеподобный элемент, с помощью которого впрыскивает СаgА в эпителиоцит. После этого, вследствие фосфорилированияСаgА, с помощью тирозинкиназ семейства Src, активируются сигнальные пути нормальной пролиферации клетки, что приводит к инициации синтеза ДНК ядра, дерегуляции пролиферации, к трансформации и туморогенезу.

Экзотоксин VacA, индуцируемый онкогеном vacА, проникает внутрь клетки по механизму АВ токсинов и также может активировать тирозинкиназы, сигнальные пути нормальной трансдукции клетки, и, подобно СаgА, способствовать туморогенезу.

В отличие от известных эпигенетических путей хеликобактера, обусловленных аберрантным метилированием ДНК, аберрантным ацетилированием гистонов, влиянием некодирующей РНК, влиянием бактерии на онкогенные и др. пути при генетико-эпигенетическом четко прослеживается связь канцерогенеза с онкогенами бактерии саgАvacА.

Следует отметить, что эффект избыточной активации тирозинкиназ наблюдаемый при хеликобактерном канцерогенезе, может достигаться также вследствие активации, гиперэкспрессии протоонкогенас-src в условиях генетического механизме канцерогенеза. А эффект ингибиции гена-супрессора р53, может достигаться как мутациями - при генетическом пути канцерогенеза, так и аберрантным метилированием ДНК - при эпигенетическом.

Эпигенетические пути хеликобактерного канцерогенеза, как известно, ассоциируются с рядом протеинов, онкобелков, ферментов, онкогенными путями , такими как AP-1, NK-kappaB, Wnt|beta- catenin, STAT-3, PI3K и циклогеназы-2 [16, c. 6], которые, также детерминируются генами соответствующих протеинов.

В связи с этим перспективным, очевидно, можно считать составление генетических карт эпигенома человека при генетико-эпигенетических и эпигенетических нарушениях, ведущих к канцерогенезу. Это, очевидно, значительно расширило бы диапазон мишеней в поисках способов коррекции таких нарушений для профилактики и лечения раковых заболеваний.

Эпигенетические нарушения при генетико-эпигенетическом канцерогенезе, например, могут детерминироваться, кроме онкогенов саgА, vacА, протоонкогеном с- src, геном эпидермального фактора роста EGF, геном рецептора эпидермального фактора роста EGFR, а также генами тирозинкиназ и тирозинфосфатаз сигнальных путей нормальной пролиферации клетки,репрессорными и транскрипционными генами. В процесс малигнизации могут быть вовлечены также гены, принимаюшие участие в репарации и гены апоптоза.

Продолжительное, в течение десятилетий, персестирование H. pylori в организме инфицированных приводит к тому, что эпимутации при эпигенетическом канцерогенезе приобретает постоянный характер и, вследствие этого, создается эффект подобный наследуемым мутациям при генетическом механизме.

Вопреки длительному периоду отрицания наследования приобретенных признаков, в настоящее время многими работами доказана такая возможность для эпигенетических изменений.

R.Waterland и R.Jirtle в 2003 году в опытах на белых мышах с метилированными генами агути впервые доказали наследование самками «молчащего», вследствие метилирования, гена агути [17,c.7]. Нарушение метилирования ДНК, как эпигенетический признак при хеликобактерном канцерогенезе, также, возможно, может наследоваться по аналогичному механизму, известному как наследование сцепленное с полом или Х хромосомой, т.е. передаваться через Х хромосому матери только 50% девочек, которые наследуют метилированные гены.

Обычно при наследовании генетических заболеваний по механизму сцепленному с полом, мать, имея одну Х хромосому, ассоциированную с заболеванием, т.е. в гетерозиготном положении, остается только скрытой носительницей гена, без его экспрессии, и передает заболевание 50% мальчиков.

Особенностью эпигенетического абберантного метилирования, сцепленного с полом, является возможность экспрессии в гетерозиготном положении.

Аберрантное метилирование ДНК матери, по аналогии с опытами на мышах , может развиваться в случае, если рацион женщины богат витамином В 12, фолиевай кислотой, метионином и холином. Добавление фолиевой кислоты в рацион беременных является обычной практикой, также как и использование витаминов группы В: широко используется в мире для профилактики анэнцефалии, и других уродств у плода. 

Существующая практика, связанная с неконтролированным поступления в организм женщины доноров метильных групп вместе с пищей и медикаментами опасна для здоровья самой женщины, так как может приводить к аберрантному метилированию ДНК. Такаяэпимутация может передаваться также детям и внукам женщины по женской линии с возможной ее экспрессией.

Известно, что особенностью эпигенетического наследования является передача эпигенетического признака в течение 2-4 поколений, в то время как генные мутации наследуются постоянно. Эпимутации индивидуальны, имеют целенаправленный адаптивный характер. Особую опасность аберрантное метилирование ДНК представляет в наиболее сенсетивный период перед и после зачатия, а также раннего эмбриогенеза [18, c. 8].

Широкое распространение хеликобактерного инфицирования людей нашей планеты - около 23 всего населения - делает вопрос поиска коррекции нарушений, связанных с генетико-эпигенетическими и эпигенетическими путями канцерогенеза чрезвычайно актуальным.

В настоящее время перспективным становится исследование индивидуальных эпигенетических профилей людей, инфицированных хеликбактером, что, с учетом составления генетических карт эпигенома, даст возможность использовать индивидуальную для больного таргетную терапию. Этот же принцип может быть применен для коррекции нарушений эпигенома в профилактике заболеваний.

хеликобактерный канцерогенный фосфорилирование тирозинкиназа

Библиографический список

1. Hatakeyama M. Helicobacter pylori and carcinogenesis // J.Gastroenterology.-2009.-44(4).-P.239-248 

2. Higashi H., TsutsumiR.,Muto et al. SHP-2 tyrosine phosphatase as an intracellular target of Helicobacter pylori CagA proteinScience.-2002.- 295.-5555.-P. 683-686 

3. Tsutsumi R., Takahashi A., Azuma T. et al. Focal Adhesion Kinase is a Substrate and Downstream Effector of SHP-2 Complex with Helicobacter pylori CagA// Molececular and cellular Biology.-2006.-26. -1.- P.261-276 

4. Basso D., Zambon C.F., Letley D.P. et al. Clinical Relevance of Helicobacter pylori cagA and vacA Gene Polymorphisms Gastroenterol .- 2008.-135.-P.91-99 

5. Ishikawa S., Oto T., Hatakeyama M. Stability of Helicobacter pylori Cag A oncoprotein in gastric epithelial cells.-2009.- FEBS letters.-583.-14.-P. 2414-2418 

6. Ota H., Asano N., Yamauchi K. et al. Crucial role of Helicobacter pylori infection in the pathogenesis of gastric cancer and gastric mucosa-associated limphosdtissue(MALT) lymphoma RinshoByori .-2009.-57.-9.-P. 861-869 

7. Isomoto H., Moss J., Hirayama T. Pleotropic actions of Helicobacter pylori vacuolatingcytotoxinVacATohoku J ExpMed .-2010.-220.-1.- P. 3-14 

8. Bessede E., Staedel C., Acuna Amador L.A. et al. Helicobacter pylori generates cells with cancer stem cell properties via epithelial-mesenchymal transition-like changes Oncogene.-2013 Oct7.10 1038|onc.2013.380 

9. Ohnishi N., Yase H., TanakoS. et al. Transgenic expression of Helicobacter pylori CagA induces gastrointestinal and hematopoetic neoplasms in mouse Proc Natl AcadSci USA.-2008.- 105.- 3.-P. 1003-10043. 

10. Yu J., Leung W.K., Go M.Y., et al. Relationship beetween Helicobacter pylori babA2 status with gastric epithelial turnover and prevalignant gastric lesionsGut.-2002.-51.- P. 480-484 

11. Rhead J.L.,Letley D.P.,Mohamandi M., et al. A new determinantevaculatingcytotoxin Helicobacter pylori - intermediated region is associated with gastric cancer // Gastroenterology.-2007.- 133. - 3.-P.926-936 

12. Wen S., Moss S.F. Helicobacter pylori virulence factores ingastric carcinogenesis Cancer Lett .-2009.-8.-282.-1.-P.1-8 

13. Ding S.Z., Zheng P.V. Helicobacter pylori infection induced gastric cancer advance in gastric stem cell end the remaining challenges //Gut Pathogens.-2012.-4:8 

14. Hunter T. and Soften BM Transforming gene product of Rous sarcoma virus phosphorylates tyrosineProc Natl AcadSciUSA .-1980.-77.-P.1311-1315 

15. Segal E.D.,ChaJ.,Lo J. et al. Altered states:Involvement of phosphorylated CagA in the induction of host cellular changes by Helicobacter pylori // Proc Natl AcadSci USA.-1999.-7.-96(27).-P.14559-14564. 

Размещено на Allbest.ru