К.б иол .н. Бураковский А.И., к.мед.н. Лухверчик Л.Н., д.мед.н. Пивень Н.В.
Институт биоорганической химии НАН Беларуси, г. Минск
РОЛЬ ЭПИДЕРМАЛЬНОГО ФАКТОРА РОСТА И ЕГО РЕЦЕПТОРА
В РАЗВИТИИ ОНКОПАТОЛОГИИ
Онкологические заболевания занимают одну из лидирующих позиций среди причин смертности во всех странах мира. За последние 100 лет по уровню заболеваемости и смертности онкопатология переместилась с десятого места на второе, уступая лишь болезням сердечно-сосудистой системы. По данным Всемирной Организации Здравоохранения каждый год онкологические заболевания различных локализаций вновь диагностируют у 10 миллионов человек. При этом более трети онкологических больных умирает в течение года, из-за поздней диагностики, когда возможности успешного лечения, как правило, уже упущены. Причинами этого являются: позднее обращение пациентов к специалистам; низкий уровень диагностического разрешения оборудования, а также, что немаловажно, неэффективность многих используемых медицинских препаратов.
Молекулярно-генетические исследования в онкологии являются самостоятельным направлением и составляют на сегодняшний день раздел фундаментальной науки, от успехов в котором зависит и результативность клинической практики. Изучение молекулярно-генетических маркеров, указывающих на неблагоприятный прогноз развития онкопатологии позволяет оптимизировать стратегию и тактику терапии. Формирование групп риска и мониторинг результатов лечения открывают возможности более точного управления процессами опухолевой прогрессии.
Одним из наиболее информативных методов, подтверждающих риск возникновения злокачественных новообразований, стали опухолевые маркеры. Метод основан на выявлении в крови белков, участвующих в канцерогенезе, что дает дополнительную информацию об опухоли – скорость ее роста, способность к инвазии и метастазированию, устойчивость к химиопрепаратам.
Одним из перспективных диагностических и прогностических маркеров, по мнению специалистов-онкологов, является уровень экспрессии в опухоли эпидермального фактора роста ( epidermal growth factor , EGF) и его рецептора ( epidermal growth factor receptor , EGF R ). Доказано, что EGF, связываясь со своими рецепторами, способствует развитию клеточной пролиферации опухолевых клеток по паракринному и аутокринному механизмам и их выживанию [1]. Повышенный уровень EGF и его рецепторов определен как компонент многих видов онкологических заболеваний (рак молочной железы, немелкоклеточный рак легкого, рак яичников, колоректальный рак и др.).
EGF – глобулярный белок с молекулярной массой 6,4 кДа , впервые обнаруженный в подчелюстной железе мышей [2]. Он синтезируется в виде большого предшественника (1207 аминокислотных остатков) – препро-EGF , из которого образуется зрелая молекула EGF, состоящая из 53 аминокислотных остатков, которая является сильным митогеном для различных клеток эндодермального , эктодермального и мезодермального происхождения. Семейство эпидермального фактора роста, кроме самого EGF, включает трансформирующий фактор роста-? ( TGF-? ), амфирегулин , гепаринсвязывающий EGF-подобный фактор роста, бетацеллюлин , эпирегулин , томорегулин и различные изоформы неурегулинов [3]. Все члены этого суперсемейства обладают общностью строения, а именно состоят из 50–60 аминокислотных остатков и содержат шесть остатков цистеина, образующих три внутримолекулярных дисульфидных мостика [4]. Установлено, что аналогичные мотивы содержатся в ряде мембранных белков и белков экстрацеллюлярного матрикса, участвующих в регуляции пролиферации, миграции и адгезии клеток, а также в белок-белковых взаимодействиях.
EGF найден в крови, цереброспинальной жидкости, молоке, слюне, желудочном и панкреатическом соках. Фактор роста в моче, известный как урогастрон , также идентичен EGF. EGF контролирует пролиферацию эпидермальных и эпителиальных клеток, включая фибробласты, почечный эпителий, глиальные и тиреоидные клетки in vitro . Он стимулирует развитие эмбриональных клеток и высвобождение кальция из костной ткани. EGF самостоятельно и в комбинации с другими цитокинами является важнейшим фактором, опосредующим процессы заживления ран и ангиогенеза . Данный ростовой фактор также играет важную роль в канцерогенезе. В определенных условиях он может вызывать малигнизацию клеток, индуцировать протоонкогены c-fos и c-myc [5]. Биологические эффекты EGF близки к таковым у TGF-? . Важно отметить, что оба фактора связываются с одними и теми же рецепторами. Однако эффективность действия EGF на 50% выше, чем TGF-? .
EGF и его рецепторы – молекулы, с которых начинается передача сигналов в клетку. EGF осуществляет свое действие с участием мембранного рецептора – EGF R , который принадлежит к семейству рецепторов ErbB . Это семейство включает в себя четыре типа рецепторов: ErbB 1 ( HER 1), ErbB 2 ( HER 2/ neu ), ErbB 3 ( HER3 ) и ErbB4 (HER4). Рецепторы данного семейства состоят из внеклеточного лиганд-связывающего домена, гидрофобного трансмембранного домена и внутриклеточного домена, обладающего тирозинкиназной активностью и играющего ключевую роль при запуске внутриклеточных путей передачи сигнала [6].
Связываясь с рецепторами на поверхности мембраны EGF вызывает фосфорилирование белков, либо непосредственно при взаимодействии с рецептором, либо за счет включения аденилатциклазного или фосфатидилинозитольного каскадов и активации протеинкиназ . Фосфорилированные белки активируют транскрипционные факторы, вызывающие синтез мРНК и белков. В другом случае EGF проникает в ядро, образуя комплекс с внутриклеточным рецептором, и активирует транскрипцию генов, стимулирующих рост клетки [7].
Нарушение функций сигнальной системы EGF – EGF R приводит к тому, что рецептор действует как онкобелок , а, соответственно, «неисправность» клеточной сигнальной сети приводит к развитию рака и другим пролиферативным заболеваниям. Показано, что нарушение функциональной активности EGF и EGF R обусловливает более 70% всех злокачественных опухолей [8]. Помимо этого активация рецепторов EGF во всех тканях вызывает целый ряд физиологических изменений в клетках: повышается проводимость канала Na + / H + , биосинтез простагландинов; увеличивается приток Са 2+ , экспрессия ряда онкогенов, синтез ДНК; активируется гликолиз, протеинкиназа С и фосфорилирование 6S-рибосомы; изменяется мембранный потенциал. Таким образом, EGF R как представитель семейства тирозинкиназ , регулирует дифференцировку, апоптоз , пролиферацию, подвижность и выживаемость как нормальных, так и опухолевых клеток, и, что особенно важно для опухолей, ангиогенез .
Поскольку EGF является основным лигандом для семейства тирозинкиназных рецепторов, повышение концентрации EGF в сыворотке крови может указывать на гиперэкспрессию данных рецепторов и инициацию опухолевого процесса.
Сегодня в рутинной клинической и лабораторной практике для определения концентраций EGF и EGFR используются иммуногистохимия , различные виды гибридизации in situ и иммуносенсорные технологии. В качестве альтернативы представленным методам выступают методы современного иммунохимического анализа (ИХА).
К проблеме количественной детекции различных биорегуляторов и биосубстанций с помощью средств ИХА в силу их высокой чувствительности и специфичности привлечено внимание специалистов различных областей науки (биохимиков, биологов, медиков и др.). Несмотря на большой объем проводимых в мире исследований по созданию новых методов ИХА биорегуляторных и иммуномодулирующих молекул, до сих пор интерес к этим методам исследования не угасает. Основной тенденцией современного ИХА является разработка новых форматов анализа, основанных на достижениях современной иммунобиотехнологии (использование моноклональных антител (или их фрагментов) нескольких специфичностей, твердофазных систем разделения, систем «биотин – авидин ( стрептавидин )» и т.д.).
Сегодня на первый план выдвигаются меры по своевременному выявлению и предупреждению раннего развития онкозаболеваний . А поскольку одним из возможных признаков этого процесса является увеличение концентрации EGF и EGFR , то возникает необходимость проведения скриннинговых обследований населения, что возможно осуществлять лишь с применением ИХА, в частности, методов иммуноферментного и иммунохроматографического анализа, сочетающих в своей основе высокую чувствительность (10 –9 -10 –12 моль/л и выше) и специфичность иммунной реакции «антиген-антитело», экспрессность и простоту исполнения, что выдвигает их в ряд приоритетных методов современного ИХА.
Разработка аналитических тест-системы позволит не только с высокой точностью обнаруживать наличие даже минимальные концентрации EGF и, тем самым, диагностировать начальные стадии развития онкопатологии , но и предоставит исследователям основу для разработки количественных критериев контроля степени выраженности патологического процесса, эффективности проводимой терапии и прогнозирования развития болезни, а также выявления групп риска в отношении онкопатологии различного генеза среди детского и взрослого населения, что имеет большое научно-практическое значение.
Список использованных источников:
1. Duffy M.J. Use of molecular markers for predicting therapy response in cancer patients / M.J. Duffy // J. Cancer Treatment Reviews. – 2011. – P. 151–159.
2. Yarden Y. Untangling the ErbB signalling network / Y. Yarden , M.X. Sliwkowski // Nat. Rev. Mol. Cell. Biol. – 2001. – Vol. 2. – P. 127 – 137.
3. Руководство по иммуногистохимической диагностике опухолей человека / под ред. С.В. Петрова, Н.Т. Рахлина . – Казань: Титул, 2005. – 451 с.
4. Mizejewski G.J. Biological roles of alpha-fetoprotein during pregnancy and perinatal development / G.J. Mizejewski // Exp. Biol. Med. – 2004. – Vol. 229(6). – P. 439 – 463.
5. Bravo R. Persistence of the competent state in mouse fibroblasts is independent of c- fos and c- myc expression / R. Bravo, J. Burckhardt, R. Muller // Exp. Cell Res. – 1985. – Vol. 160. – P. 540–543.
6. Leahy D.J. Structure and function of the epidermal growth factor ( EGF/ErbB ) family of receptors / D.J. Leahy // Advances in Protein Chemistry. – 2004. – Vol. 68. – P. 1–27.
7. Burgess A.W. Growth factors and their receptors: new opportunities for cancer treatment / A.W. Burgess, C.M. Thumwood // Pathology. – 1994. – Vol. 26. – P. 453–463.
8. Carpenter G. Employment of epidermal growth factor receptor in growth factor-independent signaling pathways / G. Carpenter // J. Cell Biology. – 1999. – Vol. 146. – P. 697–702.