Протеолитические ферменты и канцерогенез: введение
Несмотря на то, что протеиназы являются одной из наиболее известных групп ферментов, их биологические функции до сих пор остаются мало изученными. Например, по разным оценкам в геноме человека представлено от 500 до 600 генов протеолитических ферментов [ Borgono, ea 2004 , Southan, ea 2001 ], но к настоящему времени экспериментальные данные о биохимических процессах, в которые вовлечены эти белки, доступны лишь для весьма ограниченного числа представителей этой группы ферментов. Поэтому исследования протеолитичеких ферментов во всем мире ведутся очень интенсивно.
Еще в 1949 году исследователи отмечали ассоциацию между протеолитичекой активностью и инвазионной способностью раковых клеток [ Gersh, ea 1949 ]. В последние 30 лет были получены многочисленные данные об изменениях уровней экспрессии и активности протеиназ на последних стадиях прогрессии раковых опухолей , в ходе инвазии и метастазирования. Некоторые протеиназы уже сейчас имеют большое клиническое значение. Например, тканевый калликреин 3 человека (hK3), более известный как prostate-specific antigen ( PSA ), - широко используется в клинической практике в качестве специфического маркера при диагностике рака простаты и в мониторинге этого заболевания [ Whitbread, ea 2006 ].
В целом проведенные исследования привели к представлению о том, что чем выше синтез протеолитичеких ферментов, тем более агрессивный фенотип имеет раковая опухоль, и что, в то же время, роль протеолитических ферментов в канцерогенезе не так проста, как кажется на первый взгляд, и не сводится к деградации внеклеточного матрикса [ Nyberg, ea 2006 ].
Последние данные показывают, что протеиназы также вовлечены в ранние стадии развития рака, такие как рост опухолей в первичных и метастатических сайтах. Кроме того, стало ясно, что различные протеолитические ферменты действуют в строго детерминированном порядке, который является результатом порядка их активации. (Характерным примером такого каскада являются последовательные акты протеолитичекой активации, приводящие к протеолизу внеклеточного макрикса .
Таким образом, протеиназы, по-видимому, играют важную роль в регуляции канцерогенеза [ Koblinski, ea 2000 ].
Несмотря на то, что роль протеиназ в росте раковых опухолей , инвазии и метастазировании широко изучается, до сих пор нет ответа на многие вопросы, связанные с вовлеченностью протеолитических ферментов в канцерогенез: Является ли одна протеиназа или один класс протеиназ более важным в специфических опухолях или на определенных стадиях развития опухолей, чем другие? Влияют ли внеклеточные протеиназы на деградацию матрикса и инвазию опухолевых клеток кооперативно через протеолитические каскады или индивидуальные протеиназы имеют особое значение для роста, инвазии, миграции и ангиогенеза при раке? Могут ли протеолитические ферменты быть мишенями противораковой терапии, будут ли селективные ингибиторы протеиназ способны уменьшить рост опухолей и метастазирование?
Тем не менее очевидно, что протеолитичекие ферменты играют решающую роль во множестве биологических и патологических процессов. В частности повышение активности, повышение экспрессии и изменение локализации многих протеолитичеких ферментов ассоциировано с прогрессией раковых опухолей. В то же время роль конкретных протеиназ в определенных типах опухолей в подавляющем большинстве случаев остается не выясненной.
Нашей задачей в рамках данного проекта явилось выявление ассоциированных с канцерогенезом протеиназ, перспективных с клинической точки зрения. Для решения этой задачи планируется исследовать уровни экспрессии ряда генов протеолитических ферментов на уровнях мРНК и, в дальнейшем, белка в клинических образцах раковых опухолей легкого и рака пищевода человека .
Первым этапом нашей работы стал анализ опубликованных в настоящее время экспериментальных данных о протеолитических ферментах ассоциированных с раком см. Таблица 1
Роль протеолитических ферментов при раковых заболеваниях гораздо шире, чем просто разрушение внеклеточного матрикса при инвазии опухолей и метастазировании. Протеиназы, по-видимому, являются ключевыми элементами, запускающими те или иные биохимические процессы путем селективного протеолиза различных полипептидов. Протеиназы не действуют по одиночке, но вовлечены в цепочки взаимодействий и амплификационные каскады [ Overall, ea 2006 ]. Имеющиеся данные свидетельствуют, что протеиназы клеток ассоциированных с опухолями (например, фибробластов, эндотелиальных клеток) и собственно опухолевых клеток принимают участие в процессах, критичных для формирования злокачественных новообразований [ Sloane, ea 2006 ]. При этом именно исследования регуляторных функций протеиназ в канцерогенезе представляются в настоящее время наиболее перспективным с точки зрения создания методов ранней диагностики раковых заболеваний и выбора мишеней антираковой терапии.
Показано, что с раком ассоциированы протеиназы всех основных каталических типов: сериновые, цистеиновые, аспартильные и металлопротеиназы ( таблица 1 ). При этом можно выделить четыре группы ферментов, которые, по имеющимся данным, вовлечены в канцерогенез наиболее широко. Это
матриксные металлопротеиназы ,
пропротеинконвертазы . Ферменты каждой из этих групп следует обсудить более подробно.
