Связь экспрессии мРНК кальпаинов 1 и 2 и мРНК белков, участвующих в перестройке цитоскелета

Размещено на http://www.allbest.ru/

Связь экспрессии мРНК кальпаинов 1 и 2 и мРНК белков, участвующих в перестройке цитоскелета

цитоскелет белок метастазирование

Г. В. Какурина, Е. С. Колегова, Е. Е. Шашова, О. В. Черемисина, Е. Л. Чойнзонов, И. В. Кондакова

РЕФЕРАТ

Ремоделирование цитоскелета лежит в основе различных клеточных процессов, в том числе ассоциированных с метастазированием, что делает актуальным изучение роли протеаз и белков, участвующих в перестройке цитоскелета. Однако данные о связи уровней экспрессии мРНК кальпаинов 1 и 2 (CAPN1 и 2) и мРНК белков, ассоциированных с ремоделированием цитоскелета, отсутствуют. Существование связи между уровнями экспрессии мРНК CAPN1 и 2 и белков, участвующих в перестройке цитоскелета: маркеров клеточной подвижности (SNAI1, VIM, RND3) и актинсвязывающих белков (АСБ) кофилина (CFN1), профилина (PFN1), эзрина (EZR), фасцина (FSCN1) и белка 1, ассоциированного с аденилилциклазой (CAP1), изучено нами на модели высокоагрессивного плоскоклеточного рака гортани и гортаноглотки (РГ). Уровень экспрессии генов определяли методом обратной транскрипции с ПЦР в реальном времени и рассчитывали методом 2"MCT в парных образцах ткани, полученных от 44 больных РГ (T 4N0 2M0). Сформированы группы больных с низкой и высокой экспрессией генов CAPN1 и 2. Отмечено, что метастазирование РГ связано с высоким уровнем экспрессии CAPN1 на фоне снижения уровня экспрессии VIM и CAP1. Высокий уровень CAPN2 сопровождался повышением уровня экспрессии EZR, что может свидетельствовать об активации процессов инвазии. Результаты работы необходимо подтвердить на увеличенной выборке больных и генов-мишеней. Полученные данные важны для выяснения механизмов метастазирования, что позволит в дальнейшем определить новые маркеры прогрессии РГ.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА ремоделирование цитоскелета, клеточная подвижность, экспрессия генов, актинсвязывающие белки, плоскоклеточный рак гортани и гортаноглотки, метастазирование.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

CFN1 - кофилин;

PFN1 - профилин;

EZR - эз- рин;

FSCN1 - фасцин;

CAPN1 - кальпаин 1;

CAPN2 - кальпаин 2.

ВВЕДЕНИЕ

Характерный для клеток опухоли высокий пролиферативный и миграционный потенциал тесно связаны с изменением механики мембран, ассоциированной с ремоделированием цитоскелета. Для понимания механизмов опухолевого роста актуально детальное изучение процессов перестройки цитоскелета. В процессах реорганизации цитоскелета участвуют различные белки: регуляторные (транскрипционные факторы: Snai1, Slug, ZEB, Twist), сигнальные (семейство малых GTP-аз RhoA, семейство протеинкиназ B и др.), адгезивные молекулы, протеазы (металлопротеазы, каль- паины, протеасомы и др.), белки цитоскелета (белки промежуточных филаментов (виментин, кератины и др.), актинсвязывающие белки (АСБ) и др.) [1-4].

Известно, что кальпаины - внутриклеточные Са2+- зависимые цистеиновые протеазы - участвуют в регуляции ремоделирования цитоскелета. Кальпаины имеют широкий спектр субстратов: белки цитоскелета, факторы транскрипции, различные ферменты, а их направленное ингибирование можно считать аналогичным блокированию разнообразных сигнальных путей [3, 4]. Динамика актина регулируется большим семейством АСБ, служащих субстратами кальпаинов. Вклад АСБ, участвующих в ремоделировании актинового цитоскелета, в опухолевую прогрессию и метастазирование имеет фундаментальное значение [5-8]. В настоящее время активно изучается роль тандема АСБ и протеаз в процессах опухолевого роста [7, 8]. Поэтому связь между уровнем экспрессии генов CAPN1 и 2 и генов маркеров клеточной подвижности (SNAI1, VIM, RND3) и актин- связывающих белков кофилина (CFN1), профилина (PFN1), эзрина (EZR), фасцина (FSCN1) и белка 1, ассоциированного с аденилилциклазой (CAP1), изучена нами на модели высокоагрессивного рака гортани и гортаноглотки (РГ).

В группе с высокой экспрессией CAPN2 отмечена высокая экспрессия гена, кодирующего эзрин - субстрат кальпаина 1 [8]. Однако в нашей работе экспрессия EZR увеличивалась в 3.8 раза на фоне высокой экспрессии CAPN2 и не была связана с уровнем экспрессии CAPN1. Высокий уровень эзрина и экспрессии CAPN2 связывают с высокой скоростью сборки-разборки фокальных контактов [8]. Причем показано [8], что эзрин необходим для кальпаин-опосредованного протеолиза талина, киназы фокальных контактов и кортактина. Выявленная нами коэкспрессия CAPN2 и EZR может говорить об увеличении скорости процессов ассоциации-диссоциации в фокальных контактах, которые свидетельствуют о приобретении мобильности опухолевыми клетками. Нужно отметить, что высокий уровень эзрина связывают с низкой выживаемостью онкологических больных [9]. В настоящий момент не представляется возможным говорить о связи коэкспрессии CAPN2 и EZR с метастазированием рака гортани. Вероятно, этот механизм используется в других процессах, в частности, при инвазии опухолевых клеток.

Примечание: Р1 и Р2 - статистическая значимость различий с группой «L-capn1» и «L-capn2» соответственно.

Корреляционный анализ в представленных выборках больных РГ с разным уровнем экспрессии генов протеаз показал, что на фоне низкой экспрессии CAPN1 наблюдалась средней силы корреляция между уровнем VIM и CAP1, EZR и CAPN2 и уровнем PFN1 и CFN1 (г > 0.6, p <0.05). При высоком уровне экспрессии CAPN1 наблюдалось появление взаимосвязи между экспрессией SNAI1 и PFN1, VIM и RND3, CAP1 и CFN1 (г > 0.6, p < 0.05). Учитывая, что высокий уровень экспрессии CAPN1 в основном связан с наличием регионарных метастазов (г = 0.4, p < 0.05), можно предположить активацию процессов эпителиально-мезенхимального перехода. На фоне изменения экспрессии CAPN2 также происходило переключение связей между экспрессией генов белков, участвующих в реализации клеточной подвижности. При низком уровне экспрессии CAPN2 наблюдалась корреляция средней силы между уровнем экспрессии FSCN1 и PFN1, PFN1 и CFN1 (г > 0.6, p < 0.05). Средняя связь между уровнем экспрессии CAP1, PFN1 и CFN1 (г > 0.6, p < 0.05) отмечена на фоне высокой экспрессии CAPN2. Итак, уровень экспрессии CAPN2 в данной выборке пациентов коррелировал с экспрессионным профилем АСБ и не был связан с метастатическим статусом (г > 0.3, р = 0.055) РГ. Вероятно, при увеличении выборки больных РГ могут быть получены значимо ассоциированные результаты. Возможно, уровень экспрессии и значимые корреляции кальпаинов 1 и 2 с клинико-морфологическими характеристиками зависят от других характеристик опухоли [10] или связаны с важной ролью других членов семейства кальпаинов в патогенезе РГ [11, 12].

Метастатический потенциал опухоли определяется приобретением опухолевыми клетками атипичных морфофункциональных и молекулярно-генетических свойств, приводящих к неконтролируемому росту, пролиферации и появлению локомоторного фенотипа. Мобильность опухолевых клеток связана с трансформацией актинового цитоскелета, что сопровождается изменениями в составе, функциях и активности различных белков и их генов [2, 6-8]. Так, результаты нашей работы говорят о том, что метастазирование ассоциировано с высоким уровнем экспрессии CAPN1 в сочетании с низким уровнем экспрессии VIM и CAP1. Снижение экспрессии VIM несколько противоречит принятым суждениям и требует более тщательной проверки с включением большего числа пациентов и генов-мишеней, которые могут быть задействованы в альтернативных путях регуляции метастазирования. Уровень экспрессии CAPN2 не имел значимой связи с лимфогенным ме- тастазированием у пациентов с РГ в нашей выборке. Высокий уровень этой протеазы сопровождался высоким уровнем экспрессии EZR, что косвенно может указывать на активацию процессов инвазии [9, 10]. В целом, результаты подтверждаются данными о тканеспецифичности кальпаинов, например, о связи рака гортани с CAPN10 [11], а уровень экспрессии CAPN6 отрицательно коррелирует с исходом заболевания у больных плоскоклеточным раком головы и шеи [12]. Тем не менее результаты нашего исследования говорят о необходимости детального изучения возможных молекулярных механизмов взаимодействия кальпаиновой системы и белков, ассоциированных с ремоделированием цитоскелета, на транскриптомном и протеомном уровне.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На представленной выборке больных РГ нами обнаружено, что уровень экспрессии CAPN1 связан с уровнем экспрессии генов белков цитоскелета - виментина и САР1, участвующих в ремоделировании цитоскелета. Уровень экспрессии CAPN2 коррелировал с экспрессией мРНК эзрина, белка-линкера между плазматической мембраной и актиновым цитоскелетом, высокий уровень которого ассоциирован с инвазивным ростом [10]. Лимфогенное метаста- зирование у больных РГ коррелировало с высоким уровнем экспрессии CAPN1, уровень CAPN2 не имел такой связи. Результаты представленной работы говорят о необходимости дополнительных исследований на увеличенной выборке пациентов с расширением панели генов-мишеней, которые теоретически могут участвовать в рабочем тандеме кальпаины-белки цитоскелета. Полученные данные важны для выяснения механизмов метастазирования и опухолевой прогрессии, что в последующем позволит найти новые маркеры прогрессии плоскоклеточного рака гортани и гортаноглотки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Izdebska M., Zielinska W., Grzanka D., Gagat M. // BioMed. Res. Int. 2018. V. 2018. P. 4578373. doi: 10.1155/2018/4578373.

2. Jie W., Andrade K.C., Lin X., Yang X., Yue X., Chang J. // Compr. Physiol. 2015. V. 6. № 1. Р 169-186.

3. Leloup L., Wells A. // Expert Opin. Ther. Targets. 2011. V. 15. № 3. Р 309-323.

4. Del Carmen L.N.M., Conacci-Sorrell M. // Methods Mol. Biol. 2019. V. 1915. P. 149-160.

5. Pollard T.D. // Cold Spring Harb. Perspect. Biol. 2016. V. 8.

№ 8. P a018226.

6. Yang X., Lin Y. // Oncol. Lett. 2018. V. 15. № 3. P 2743-2748.

7. Kakurina G.V., Kondakova I.V., Spirina L.V., Kolegova E.S., Shashova E.E., Cheremisina O.V., Novikov V.A., Choinzonov

D. L.// Bull. Exp Biol. Med. 2018. V. 166. № 2. P. 250-252.

8. Hoskin V., Szeto A., Ghaffari A., Greer PA., Cфtй G. P, Elliott B. E.// Mol. Biol. Cell. 2015. V. 26. № 19. Р 3464-3479.

9. Li J., Wei K., Yu H., Jin D., Wang G., Yu B. // Sci. Rep. 2015.

V. 3. № 5. Р 17903.

10. Yu L.M., Zhu Y.S., Xu C.Z., Zhou L.L., Xue Z.X., Cai Z.Z. // Clin. Transl. Oncol. 2019. V. 21. № 7. P 924-932. doi: 10.1007/ s12094-018-02006-6.

11. Moreno-Luna R., Abrante A., Esteban F., Gonzalez-Moles

M.A., Delgado-Rodrlguez M., Saez M.E., Gonzalez-Pйrez A., Ramirez-Lorca R., Real L.M., Ruiz A. // Head Neck. 2011. V. 33. № 1. Р 72-76. doi: 10.1002/hed.21404.

12. Xiang Y., Li F., Wang L., Zheng A., Zuo J., Li M., Wang Y., Xu Y., Chen C., Chen S., et al. // Oncol. Lett. 2017. V. 13. № 4. Р. 2237-2243.

Размещено на Allbest.ru