Рис. 1. Прокладывание пути для орган-специфических метастазов. а — экзосомы выходят из клеток первичной раковой опухоли, проникают в кровеносные сосуды, переносят белки, липиды и нуклеиновые кислоты к отдаленным органам. Экзосомы различных типов раковых клеток несут на поверхности различные интегрины. Набор интегринов определяет взаимодействие экзосом со специфическими клетками: например, экзосомы, несущие интегрин α6β4, преимущественно взаимодействуют с клетками легких, а экзосомы, несущие интегрин αvβ5, — с клетками печени. b — содержимое экзосом вызывает изменения в целевом органе, создавая условия для образования метастазов.
Получены данные, впервые объясняющие давно известный эффект: у каждого типа раковых опухолей есть излюбленные органы для местазирования — так называемый органотропизм. Выяснилось, что это связано с различными наборами трансмембранных рецепторов интегринов на поверхности экзосом опухолей. В клинической практике с помощью определения интегринов на экзосомах, вероятно, можно будет предсказывать пути распространения метастазов.
Уже более ста лет назад было замечено, что раковые опухоли имеют типичные места метастазирования: метастазы каждого типа рака чаще всего обнаруживаются в конкретных органах, причем у разных типов рака такие любимые места свои (это свойство называется тропизмом к определенным органам, или органотропизмом). Например, при раке легких метастазы обычно возникают в легких, при раке простаты — в костях, при раке желудка — в печени. В последние годы наконец удалось продвинуться в расшифровке механизмов этого загадочного феномена. Было установлено, что к метастазированию способна лишь ограниченная популяция клеток первичной раковой опухоли, а для образования метастазов в поражаемом органе должна сформироваться «ниша». Такая ниша создает клеткам метастаза особое микроокружение, обеспечивает их факторами, необходимыми для жизнедеятельности и размножения.
Большой международный коллектив ученых исследовал роль экзосом в процессе образования метастазов. Экзосомы — это небольшие частицы размером 30–100 нм, окруженные липидной мембраной, выделяемые клетками тканей и органов в межклеточное пространство и в биологические жидкости (кровь, лимфу и другие). С током жидкостей экзосомы могут разноситься по всему организму, где они выполняют разнообразные функции: осуществляют межклеточную коммуникацию (в том числе отдаленную), участвуют в секреции белков и иммунном ответе. Важно, что экзосомы участвуют в переносе от клетки к клетке биологически активных соединений — белков, ДНК, РНК (рис. 2).
Рис. 2. Схема образования экзосом и выхода их из клетки. Этими процессами руководят ГТФазы семейства Rab. Образование экзосомы контролируется Rab5. Rab7 отвечает за деградацию экзосом, меченых лизобисфосфатидиловой кислотой (красные точки) лизосомами. Rab11, Rab27 и Rab35 контролируют секрецию экзосом в межклеточное пространство.
Ранее уже было показано, что экзосомы способствуют формированию ниш для метастазов. В частности, они могут переносить белки, участвующие в формировании ниш, а также повышают проницаемость кровеносных сосудов, позволяя мигрирующим раковым клеткам выходить в места образования метастазов. Но ранние исследования показывали, что экзосомы участвуют в процессе метастазирования, не объясняя при этом, связано ли с экзосомами орган-специфическое метастазирование и какие именно механизмы тут задействованы.
Авторы обсуждаемой статьи решили разобраться как раз в деталях этого процесса. Они выделили экзосомы из культур раковых клеток, склонных к преимущественному образованию метастазов в легких, в печени или в мозге. Эти экзосомы помечались флуоресцентными метками, чтобы можно было отслеживать их перемещение по организму. Через сутки после инъекции таких экзосом здоровым подопытным мышам они скапливались преимущественно в легких, в печени или в мозге соответственно. Более того, органотропические экзосомы взаимодействовали с клетками определенного типа. Так, экзосомы клеток, имеющих тропизм к легким, сливались с эпителиальными клетками, выстилающими внутреннюю поверхность легких, а экзосомы клеток, имеющих тропизм к печени, — с клетками Купфера.
Оказалось, также, что в результате введения экзосом и последующего введения раковых клеток той же клеточной линии в соответствующих органах намного активнее развивались метастазы. Получается, что экзосомы раковых клеток демонстрируют тропизм к тем же органам, в которых чаще всего образуются метастазы данного типа рака, и могут готовить в них ниши для колонизации метастазами. Более того, было показано, что экзосомы могут перенаправлять метастазирование в органы, которые являются типичными местами метастазирования для клеток раковой опухоли — источника экзосом. Например, экзосомы клеток, имеющих тропизм к легким, усиливали образование в легкие метастазы опухолей, которые обычно метастазируют в мозг.
Авторы предположили, что формирование микроокружения для метастазов может быть обусловлено определенными молекулами, которые переносятся с экзосомами, и эти молекулы, по-видимому, должны быть связаны с клеточной адгезией (то есть соединением клеток между собой и с внеклеточным матриксом — межклеточной субстанцией, служащей для поддержания структуры ткани и взаимодействий между соседствующими клетками). Ученые определили набор белков, переносимых в исследованных экзосомах раковых клеток, и выявили повышенное содержание интегринов.
Интегрины — это гетеродимерные (то есть состоящие из двух различных белковых молекул, которые называют субъединицами) рецепторы, встроенные в мембрану клеток или экзосом и обеспечивающие межклеточные взаимодействия и передачу сигналов. Интегрины (их обозначают ITG) образованы субъединицами двух типов: альфа (ITGα) и бета (ITGβ). У человека найдено 18 различных альфа- и 8 бета-субъединиц, которые порождают 24 варианта димеров (из-за того, что каждая альфа-субъединица способна образовывать комплекс только с определенным набором бета-субъединиц).
Экзосомы, имеющие тропизм к легким, обогащены субъединицами ITGα6 в димерах с ITGβ1 или ITGβ4, а в тканях легких много лигандов именно к этим интегринам. Аналогичная картина наблюдалась и в случаях тропизма к другим органам (например, в экзосомах с тропизмом к печени повышено содержание димеров ITGαv + ITGβ5, а в печени много лигандов к интегринам с этой структурой). Таким образом, экзосомы преимущественно имеют тропизм к тканям, обогащенным лигандами соответствующих интегринов. Дефицит этих интегринов в экзосомах или подавление их активности понижали способность экзосом накапливаться в конкретных органах и направлять метастазирование.
Попадая в «нужный» орган и накапливаясь в нем, экзосомы начинают менять локальное микроокружение и способствовать формированию метастазных ниш, что связано с дополнительным молекулярным «грузом», который экзосомы приносят с собой. Они активируют в реципиентных клетках фосфорилирование белков Src и усиливают синтез белков семейства S100, с которыми связаны воспалительные процессы и формирование ниш для метастазов.
Разумеется, важно было выяснить, в какой мере полученные на мышах результаты применимы к человеку. Оказалось, что экзосомы плазмы крови пациентов с метастазами в легкие независимо от типа первичной раковой опухоли были обогащены субъединицами ITGβ4. А при метастазах в печень экзосомы плазмы содержали много субъединиц ITGαv. Более того, до развития метастазов уровень соответствующих компонентов интегринов в экзосомах сыворотки крови был заметно выше, чем после формирования метастазов.
Таким образом, получены данные, впервые объясняющие тропизм метастазов различных раковых опухолей к конкретным органам. Это, по-видимому, связано с различными наборами интегринов, которые несут экзосомы разных типов рака. Есть надежда, что, зная состав интегринов на экзосомах, в недалеком будущем можно будет предсказавать пути распространения метастазов и оптимизировать стратегию лечения.
Источник: ЭЛЕМЕНТЫ БОЛЬШОЙ НАУКИ
