Апоптоз – запрограммированная клеточная смерть – представляет собой окончательный механизм подавления опухоли, устраняющий клетки с непоправимыми повреждениями ДНК, онкогенными мутациями или аберрантной передачей сигналов. Внутренний (митохондриальный) путь апоптоза регулируется динамическим балансом между антиапоптотическими белками семейства BCL2 (BCL2, BCL-XL, MCL1) и проапоптотическими аналогами (BAX, BAK, BIM, PUMA, NOXA). Раковые клетки используют этот баланс с необычайной изощренностью: сверхэкспрессия BCL2, амплификация MCL1, мутация p53 и гиперактивация AKT склоняют чашу весов в сторону выживания, часто создавая целенаправленную зависимость от конкретных антиапоптотических белков.
Решение о внутреннем апоптозе принимается на внешней митохондриальной мембране (ОММ). Антиапоптотические белки семейства BCL2 (BCL2, BCL-XL, MCL1) изолируют проапоптотические белки в их гидрофобных бороздках, связывающих BH3. Когда сигналы стресса превышают пороговое значение, белки, содержащие только BH3 (BIM, PUMA, BAD, NOXA), подавляют способность секвестрации BCL2/BCL-XL, освобождая BAX/BAK для олигомеризации и образования пор в OMM. Эта проницаемость внешней мембраны митохондрий (MOMP) высвобождает цитохром c, запуская образование апоптосом и активацию каспазного каскада — одностороннюю дверь к разрушению клеток.
Решение о внутреннем апоптозе принимается на внешней митохондриальной мембране (ОММ). Антиапоптотические белки семейства BCL2 (BCL2, BCL-XL, MCL1) изолируют проапоптотические белки в их гидрофобных бороздках, связывающих BH3. Когда сигналы стресса превышают пороговое значение, белки, содержащие только BH3 (BIM, PUMA, BAD, NOXA), подавляют способность секвестрации BCL2/BCL-XL, освобождая BAX/BAK для олигомеризации и образования пор в OMM. Эта проницаемость внешней мембраны митохондрий (MOMP) высвобождает цитохром c, запуская образование апоптосом и активацию каспазного каскада — одностороннюю дверь к разрушению клеток.
Внутренний путь апоптоза
Антиапоптотические BCL2, BCL-XL и MCL1 занимают OMM через C-концевые трансмембранные спирали. Их гидрофобные бороздки, связывающие BH3, изолируют проапоптотические мономеры BAX и белки, содержащие только BH3 (BIM, PUMA, BAD, NOXA), предотвращая спонтанное образование митохондриальных пор.
Повреждение ДНК стимулирует p53-опосредованную транскрипцию PUMA (BBC3) и NOXA (PMAIP1). Удаление фактора роста снижает АКТ-опосредованное фосфорилирование БАД, высвобождая активный БАД. Активация онкогена (MYC) усиливает транскрипцию BIM. Эти белки, содержащие только BH3, подавляют способность связывания BCL2/BCL-XL.
Несеквестрированные белки, содержащие только BH3, и белки-«активаторы» (tBID, BIM) напрямую контактируют с BAX и BAK, вызывая конформационные изменения, которые обнажают их трансмембранные домены. Олигомеризация BAX/BAK в липидные поры в OMM — пермеабилизация внешней мембраны митохондрий (MOMP) — необратимая приверженность апоптозу.
MOMP высвобождает цитохром c, SMAC/DIABLO, HTRA2/Omi и AIF из межмембранного пространства. Цитохром c связывает APAF1, который (с dATP) олигомеризуется в гептамерное колесо — апоптосому. Апоптосома рекрутирует и активирует прокаспазу-9.
Активная каспаза-9 расщепляет и активирует эффекторные каспазы-3 и -7. Каспаза-3 расщепляет более 500 клеточных субстратов, включая PARP1, ламины, β-актин и CAD (каспаза-активируемую ДНКазу). CAD фрагментирует ядерную ДНК по межнуклеосомным линкерам, создавая характерную ДНК-лестницу апоптоза.
Конститутивно активная АКТ фосфорилирует BAD (Ser136), поддерживая секвестрацию BAD-14-3-3 и предотвращая смещение BCL2. АКТ также разрушает р53 посредством MDM2, подавляя транскрипцию PUMA и NOXA. Таким образом, потеря PTEN создает глубокую апоптотическую устойчивость за счет конститутивной активности AKT.
Некоторые гематологические злокачественные новообразования сильно зависят от BCL2, поскольку проапоптотические белки секвестрируются вблизи порога гибели митохондрий. Другие опухоли больше полагаются на MCL1, BCL-XL или несколько белков одновременно, и экспрессия не выявляет зависимость автоматически. Потеря TP53 может в некоторых случаях изменить апоптоз, вызванный стрессом, но не делает все опухоли с мутацией TP53 широко устойчивыми к химиотерапии.
Венетоклакс представляет собой миметик BH3, направленный на BCL2, который в настоящее время одобрен FDA для использования в определенных популяциях ХЛЛ/СЛЛ и, в сочетании, в определенной недавно диагностированной популяции ОМЛ; он не одобрен FDA для лечения множественной миеломы. Профилирование BH3 измеряет митохондриальный ответ на выбранные пептиды и является, прежде всего, исследовательским и трансляционным анализом, а не универсальным клиническим предиктором. Агенты, нацеленные на MCL1, BCL-XL или несколько антиапоптотических белков, остаются специфичными для показаний и исследований.
Что такое MOMP и почему это точка невозврата при апоптозе?
MOMP (пермеабилизация внешней мембраны митохондрий) представляет собой образование пор BAX/BAK во внешней мембране митохондрий. Как только возникает MOMP, цитохром c высвобождается, и апоптосома необратимо собирается. Даже если каспазы ингибируются после MOMP, клетки подвергаются независимой от каспаз гибели посредством AIF и EndoG. Это делает MOMP необратимым событием апоптоза.
Почему клеткам со сверхэкспрессией MYC необходим BCL2 для выживания?
Сверхэкспрессия MYC парадоксальным образом активирует программу апоптоза в качестве средства защиты от подавления опухоли — посредством ARF-опосредованной стабилизации р53 и прямой активации BIM. Чтобы раковые клетки, управляемые MYC, смогли пережить этот апоптоз, индуцированный онкогенами, они должны совместно приобрести сверхэкспрессию BCL2, потерю p53 или амплификацию MCL1 для подавления апоптотического каскада, что объясняет одновременное возникновение изменений MYC и BCL2 при агрессивных B-клеточных лимфомах.
Как венетоклакс действует так быстро у некоторых пациентов?
Венетоклакс действует мгновенно, поскольку он непосредственно занимает гидрофобную бороздку BCL2, высвобождая предварительно загруженные белки, содержащие только BH3 (особенно BIM), которые уже связаны с BCL2 в примированных опухолевых клетках. При ХЛЛ с высокой степенью зависимости от BCL2 митохондрии «готовы к смерти» — насыщены связанными проапоптотическими белками — и требуется только смещение пробки BCL2, чтобы вызвать мгновенное высвобождение цитохрома с и активацию каспазы.
Поймите, как гены-супрессоры опухолей, включая TP53, BRCA1, PTEN и RB1, действуют как тормоза генома, и что происходит, когда они теряются при раке.
Как белки семейства BCL2 контролируют решение митохондриального апоптоза, как раковые клетки используют сверхэкспрессию BCL2/MCL1 для выживания и как венетоклакс использует зависимость от BCL2.
Понять потерю функции TP53, доминантно-негативные эффекты, мутации «горячих точек», пределы иммуногистохимии р53, контекст наследственного риска и экспериментальные стратегии.
Понять сенсибилизирующие мутации EGFR при НМРЛ, как интерпретируется молекулярное тестирование и чем отличаются T790M, C797S, амплификация MET и другие механизмы устойчивости.
Гены регуляции клеточного цикла
Деление клеток регулируется биохимическим осциллятором, построенным из циклин-зависимых киназ (CDK) и их циклиновой регуляции.…
Онкогены транскрипционных факторов
Факторы транскрипции представляют собой белки, которые связывают регуляторные последовательности ДНК и контролируют экспрессию генов-мишеней. Когда м…
Сигнальный путь EGFR-KRAS-BRAF-MEK-ERK при раке
Сигнальный путь EGFR преобразует внеклеточное связывание EGF во внутриклеточные сигналы пролиферации и выживания посредством…
Сигнальный путь PI3K/AKT/mTOR
Путь PI3K/AKT/mTOR объединяет сигналы фактора роста, питательных веществ и энергии для регуляции выживания, роста и метаболизма клеток.…
Сети-супрессоры опухолей
Гены-супрессоры опухолей кодируют белки, которые активно сдерживают пролиферацию клеток, способствуют восстановлению ДНК или устраняют даму.…
Гены реакции на повреждение ДНК
Каждая человеческая клетка подвергается приблизительно 70 000 событиям повреждения ДНК в день, начиная от окисления оснований и репликации и заканчивая репликацией.…