Сигнальный путь EGFR преобразует внеклеточное связывание EGF во внутриклеточные сигналы пролиферативности и выживания через каскад KRAS-RAF-MEK-ERK. При раке активирующие мутации EGFR (делеции экзона 19, L858R) или конститутивно активирующие мутации KRAS (G12C, G12D, G12V) отделяют этот каскад от вышестоящей регуляции, вызывая неконтролируемую пролиферацию опухолевых клеток. Понимание механизма пути EGFR-KRAS необходимо для интерпретации того, почему ингибиторы EGFR неэффективны при раке с мутацией KRAS, как возникает резистентность и как выбираются таргетные методы лечения НМРЛ, колоректального рака и рака поджелудочной железы.
Путь передачи сигнала EGFR начинается, когда EGF или родственные лиганды (TGF-α, амфирегулин, эпирегулин) связываются с внеклеточным доменом EGFR (ErbB1/HER1), индуцируя димеризацию рецептора и транс-аутофосфорилирование внутриклеточных остатков тирозина. Phospho-Tyr1068 рекрутирует адаптерный комплекс GRB2-SOS1 к мембране, где SOS1 катализирует обмен GDP → GTP на мембранно-закрепленном KRAS (и HRAS, NRAS). KRAS, связанный с GTP, принимает активную конформацию, которая рекрутирует киназы BRAF и CRAF, инициируя каскад фосфорилирования RAF → MEK → ERK. Ядерная ERK активирует факторы транскрипции ELK1, MYC и c-FOS, которые управляют экспрессией CCND1 (циклин D1) и входом в клеточный цикл G1/S. Передача сигналов выживания PI3K/AKT/mTOR одновременно активируется посредством рекрутирования p85 SH2 к фосфо-Tyr992 и посредством прямого связывания GTP-KRAS с каталитической субъединицей p110α PI3K, усиливая выживаемость опухолевых клеток независимо от каскада MAPK.
Путь передачи сигнала EGFR начинается, когда EGF или родственные лиганды (TGF-α, амфирегулин, эпирегулин) связываются с внеклеточным доменом EGFR (ErbB1/HER1), индуцируя димеризацию рецептора и транс-аутофосфорилирование внутриклеточных остатков тирозина. Phospho-Tyr1068 рекрутирует адаптерный комплекс GRB2-SOS1 к мембране, где SOS1 катализирует обмен GDP → GTP на мембранно-закрепленном KRAS (и HRAS, NRAS). KRAS, связанный с GTP, принимает активную конформацию, которая рекрутирует киназы BRAF и CRAF, инициируя каскад фосфорилирования RAF → MEK → ERK. Ядерная ERK активирует факторы транскрипции ELK1, MYC и c-FOS, которые управляют экспрессией CCND1 (циклин D1) и входом в клеточный цикл G1/S. Передача сигналов выживания PI3K/AKT/mTOR одновременно активируется посредством рекрутирования p85 SH2 к фосфо-Tyr992 и посредством прямого связывания GTP-KRAS с каталитической субъединицей p110α PI3K, усиливая выживаемость опухолевых клеток независимо от каскада MAPK.
Передача сигналов EGFR-KRAS-BRAF – драйверные мутации и терапевтические мишени
Изменения EGFR, KRAS и BRAF могут сходиться с MEK/ERK, создавая при этом различные вопросы тестирования и лечения.
| Состояние сигнализации | Измененный узел | Эффект пути | Интерпретирующая граница |
|---|---|---|---|
| Нормальная лиганд-управляемая передача сигналов | Онкогенный драйвер не требуется. | Связывание EGF временно активирует EGFR, RAS-RAF-MEK-ERK и параллельные ветви PI3K/AKT и PLCγ/PKC. | Сила и продолжительность сигнала по-прежнему контролируются наличием лигандов, фосфатаз, интернализацией рецептора и гидролизом GTP RAS. |
| Передача сигналов, управляемая EGFR | Делеция экзона 19 EGFR или L858R | Рецепторная киназа передает сигналы со сниженной зависимостью от лиганда и продолжает питать RAS/MAPK и пути выживания. | При НМРЛ точный вариант EGFR, образец, стадия и текущий нормативный контекст определяют, как интерпретируется результат. |
| Сигнализация, управляемая KRAS | Варианты KRAS G12, G13 или Q61 | Сниженный гидролиз GTP поддерживает выход RAF-MEK-ERK после входа рецептора. | Блокада восходящего EGFR не может подавлять нисходящий сигнал; прогностическое значение зависит от типа опухоли и условий лечения. |
| Сигнализация, управляемая BRAF | BRAF V600E или другой класс BRAF | Передача сигналов RAF-MEK-ERK активируется в узле RAF; Изменения, не относящиеся к V600, могут вести себя иначе, чем V600E. | Имеют значение класс BRAF и происхождение опухоли. Данные о меланоме, колоректальном раке и НМРЛ не следует рассматривать как взаимозаменяемые. |
EGF бивалентно связывается с доменами I и III внеклеточной области EGFR, стабилизируя переход от аутоингибированной «связанной» конформации (в которой домены II и IV образуют внутримолекулярную связь) к «расширенной» конформации, которая обнажает плечо димеризации домена II. Этот структурный сдвиг увеличивает сродство EGFR к гомо- и гетеродимеризации с ErbB2 (HER2), ErbB3 (HER3) и ErbB4 (HER4) примерно в 100 раз. При раке со сверхэкспрессией EGFR повышенная плотность рецепторов увеличивает вероятность спонтанной лиганд-независимой димеризации, минуя потребность в EGF.
Димеризация EGFR располагает внутриклеточные киназные домены в асимметричной конфигурации «голова к хвосту». C-доля одной киназы («активатор») контактирует с N-долей партнерской киназы («приемник»), аллостерически перемещая петлю активации ресивера в активную конформацию DFG-in без прямого переноса фосфорила между петлями активации. Замена привратника T790M может снизить чувствительность к более ранним ингибиторам EGFR, но биохимические исследования показывают, что повышение сродства к АТФ является основным механизмом, а не простой стерической блокадой. Естественный асимметричный механизм активации остается неизменным.
Активированная киназа-приемник трансфосфорилирует С-концевой хвост киназы-активатора по шести ключевым тирозинам: Tyr992, Tyr1045, Tyr1068, Tyr1086, Tyr1148 и Tyr1173. Каждый фосфотирозин рекрутирует отдельные эффекторы SH2-домена: Tyr1068 рекрутирует GRB2 (→активация RAS/MAPK), Tyr992 и Tyr1173 рекрутирует PLCγ1 (→PKC/передача сигналов кальция), Tyr1045 рекрутирует c-CBL (→убиквитинирование рецептора и лизосомальная деградация), а Tyr1068/1086 рекрутирует адаптеры SHC. (→усиленное рекрутирование GRB2–SOS). Делеции экзона 19 EGFR и мутации L858R увеличивают кинетику аутофосфорилирования примерно в 10 раз за счет дестабилизации конформации неактивной киназы, что объясняет их лиганд-независимость.
GRB2 конститутивно связывает SOS1 через свои два фланкирующих домена SH3, связывая богатые пролином области SOS1; этот комплекс GRB2-SOS1 предварительно собран в цитоплазме. Phospho-Tyr1068-EGFR рекрутирует комплекс блоком через домен SH2 GRB2, концентрируя SOS1 во внутреннем листке плазматической мембраны, где находится пренилированный KRAS. Мембранная локализация имеет важное значение: KRAS конститутивно закрепляется на мембране посредством C-концевого фарнезилирования и электростатики многоосновных областей, поэтому GDP-обменная активность SOS1 на KRAS требует совместной локализации в одном и том же мембранном компартменте. Маршрут SHC→GRB2→SOS1 обеспечивает параллельный усиленный входной сигнал при более низких порогах активации EGFR.
Мембранно-локализованный SOS1 вставляет свой каталитический домен CDC25 в нуклеотидсвязывающую щель KRAS, смещая петлю переключателя I и открывая нуклеотидный карман для растворителя. GDP диссоциирует быстро (собственная скорость ≪1 мин⁻¹; скорость, катализируемая SOS1, ~ в 100 раз быстрее), а GTP - присутствующий в цитоплазматической концентрации примерно в 10 раз выше, чем GDP - повторно связывает и переустанавливает переключатели I и II петель в активную закрытую конформацию. GTP-KRAS представляет собой радикально реконструированную эффекторно-связывающую поверхность с высоким сродством к RBD BRAF и CRAF (Kd ~ 20 нМ), RBD p110α PI3K и RALGDS. Онкогенные мутации KRAS (G12C, G12D, G12V, G13D) нарушают гидролиз GTP, стерически блокируя аргининовый палец белков GAP, навсегда блокируя KRAS в этом активном состоянии.
GTP-KRAS рекрутирует BRAF и CRAF (RAF1) к плазматической мембране через их RAS-связывающие домены (RBD) и богатые цистеином домены (CRD). Мембранная локализация ослабляет аутоингибирующие контакты 14-3-3 на BRAF Ser365/Ser729, обеспечивая гомодимеризацию BRAF-BRAF или более мощную гетеродимеризацию BRAF-CRAF. Димеризация снимает N-концевое регуляторное ингибирование и помещает мотив DFG в активную конформацию киназы «DFG-in». BRAF V600E полностью обходит этот механизм: замена V600E нарушает внутримолекулярное гидрофобное взаимодействие, которое стабилизирует неактивный мономер, обеспечивая конститутивную киназную активность, независимую от RAS-опосредованной димеризации, что объясняет, почему опухоли BRAF V600E сохраняют передачу сигналов RAF/MEK/ERK, даже когда вышестоящий RAS является диким типом.
Активный RAF фосфорилирует MEK1 (MAP2K1) по Ser218 и Ser222 и MEK2 (MAP2K2) по Ser222 и Ser226 в пределах их сегмента активации. МЕК представляет собой структурно ограниченную киназу с двойной специфичностью и исключительно узкой субстратной специфичностью — ее единственными известными физиологическими субстратами являются ERK1 и ERK2. MEK достигает двойного фосфорилирования ERK за одно процессивное событие, фосфорилируя сначала Tyr, а затем Thr без высвобождения субстрата. Эта узкая специфичность является механистической основой высокой селективности аллостерических ингибиторов МЕК (траметиниб, кобиметиниб, биниметиниб), которые стабилизируют неактивную конформацию МЕК, прилегающую к участку связывания АТФ, не конкурируя с АТФ.
Дважды фосфорилированные ERK1 (pThr202/pTyr204) и ERK2 (pThr185/pTyr187) претерпевают конформационные изменения, которые делают возможным гомодимеризацию и ядерный импорт посредством независимых от импортина механизмов с участием компонентов ядерной поры. Ядерная ERK фосфорилирует ELK1 (Ser383/Ser389), чтобы управлять транскрипцией c-FOS, фосфорилирует и стабилизирует MYC (Ser62) и активирует RSK2 (который фосфорилирует CREB по Ser133). Получающаяся в результате программа транскрипции активирует CCND1 (циклин D1), CDK4, антиапоптотический BCL-XL и гены биогенеза рибосом, напрямую связывая амплитуду сигнала EGFR→KRAS→ERK с обязательством клеточного цикла G1/S. Цитоплазматическая ERK одновременно фосфорилирует RSK1/2, MNK1/2 (→eIF4E-опосредованная кэп-зависимая трансляция) и цитоскелетные белки, интегрируя пролиферативные, трансляционные и миграционные выходы сигнала EGFR-KRAS.
Изменения EGFR и KRAS активируют перекрывающиеся сигнальные сети в разных узлах. Мутации, активирующие EGFR — чаще всего делеции экзона 19 и L858R — вызывают лиганд-независимую передачу сигналов рецептора и встречаются примерно у 10–15% НМРЛ в западных популяциях, с более высокой распространенностью в популяциях Восточной Азии и большим количеством аденокарциномы и никогда не куривших людей. Онкогенные мутации KRAS нарушают внутренний и GAP-стимулируемый гидролиз GTP, поддерживая передачу сигналов RAS-MAPK независимо от входа рецептора. Эта последующая активация объясняет, почему статус мутации RAS предсказывает отсутствие пользы от цетуксимаба или панитумумаба при метастатическом колоректальном раке. Мутации драйверов EGFR и KRAS часто являются взаимоисключающими при нелеченной аденокарциноме легких, но документированы редкие случаи совместного возникновения и приобретенные субклональные изменения KRAS; Поэтому тип опухоли, лечение, аллель и клональный контекст имеют значение.
Терапия, нацеленная на EGFR, использует зависимости конкретных рецепторов. Обратимые ИТК, такие как эрлотиниб и гефитиниб, конкурируют с АТФ; афатиниб и дакомитиниб необратимо модифицируют Cys797; а осимертиниб ковалентно воздействует на Cys797, сохраняя при этом активность в отношении сенсибилизирующих мутаций EGFR и T790M. Результаты лечения зависят от линии терапии и режима, поэтому показатели выживаемости без прогрессирования следует рассматривать в контексте цитируемого исследования, а не как свойство только препарата. Для выбора лечения цетуксимабом и панитумумабом при метастатическом колоректальном раке необходимо тестирование RAS в соответствии с инструкциями по применению и профессиональными рекомендациями, поскольку активация мутаций KRAS или NRAS предсказывает отсутствие пользы. При НМРЛ широкое молекулярное тестирование позволяет отличить EGFR-, KRAS-, ALK-, ROS1-, MET- и другие заболевания, определяемые драйверами. Приобретенная устойчивость к осимертинибу неоднородна и может включать амплификацию MET, EGFR C797S, гистологическую трансформацию и менее распространенные последующие изменения. Ингибиторы KRAS G12C используют карман переключателя-II в KRAS, связанном с ВВП; Комбинации анти-EGFR клинически проверены при ранее леченном метастатическом колоректальном раке с мутацией KRAS G12C, а не в качестве универсальной стратегии при опухолях с мутацией KRAS.
Что делает EGFR при раке?
EGFR (рецептор эпидермального фактора роста) представляет собой рецепторную тирозинкиназу, которая при активации лигандом EGF димеризует и аутофосфорилирует внутриклеточные остатки тирозина, инициируя каскады пролиферативной и выживаемости RAS/MAPK и PI3K/AKT. При раке EGFR нарушается за счет активации мутаций киназного домена (делеции экзона 19, L858R), амплификации гена (до 40-кратной при глиобластоме) или аутокринных лигандных петель, что приводит к активации лиганд-независимого конститутивного пути, который приводит к неконтролируемой пролиферации. Мутации EGFR являются основным онкогенным фактором в 10–15% случаев НМРЛ и определяют популяцию пациентов с высокой чувствительностью к ИТК EGFR.
Как KRAS влияет на передачу сигналов EGFR?
KRAS является основным нижестоящим эффектором EGFR. Обычно EGFR привлекает GRB2–SOS1 для содействия обмену GDP-GTP на KRAS. Активация мутаций KRAS снижает гидролиз GTP и поддерживает дальнейшую передачу сигналов. При метастатическом колоректальном раке активация мутаций RAS предсказывает отсутствие пользы от цетуксимаба или панитумумаба. Эту взаимосвязь не следует распространять на каждое лекарственное средство, направленное на EGFR, или тип опухоли, поскольку зависимость от рецептора, аллель мутации, комбинированная терапия и тканевый контекст различаются.
Каков пошаговый путь передачи сигналов EGFR-KRAS?
Сигнальный путь EGFR-KRAS: (1) EGF связывает внеклеточный домен EGFR → (2) димеризация рецептора и активация асимметричной киназы → (3) аутофосфорилирование тирозина (Tyr1068, Tyr992 и т. д.) → (4) GRB2-SOS1 рекрутируется в фосфо-Tyr1068 → (5) SOS1 катализирует обмен GDP → GTP на мембранно-закрепленном KRAS → (6) GTP-KRAS рекрутирует и активирует BRAF/CRAF через RBD → (7) RAF фосфорилирует MEK1/2 (Ser218/Ser222) → (8) MEK дважды фосфорилирует ERK1/2 (Thr202/Tyr204 на ERK1; Thr185/Tyr187 на ERK2) → (9) Ядерная ERK активирует ELK1, MYC и c-FOS управляют экспрессией циклина D1 и входом G1/S. Одновременно GTP-KRAS и фосфо-Tyr992-EGFR параллельно активируют передачу сигналов выживания PI3K→AKT→mTOR.
Почему ингибиторы EGFR неэффективны при некоторых видах рака?
Ингибиторы EGFR неэффективны в первую очередь в опухолях с нижестоящими активирующими мутациями, которые обходят EGFR. Мутации KRAS (G12C/D/V/R) являются наиболее распространенным механизмом: конститутивно связанный с GTP KRAS активирует RAF→MEK→ERK независимо от статуса EGFR. Вторичная устойчивость к ИТК EGFR включает EGFR T790M (устраняется осимертинибом), C797S (предотвращает ковалентное связывание осимертиниба), амплификацию MET, амплификацию HER2, изменения BRAF V600E и PIK3CA/PTEN, которые поддерживают выживание посредством AKT/mTOR даже при подавлении MAPK. Эти сопутствующие изменения означают, что блокада EGFR с помощью одного агента недостаточна в молекулярно гетерогенных опухолях.
В чем разница между мутациями EGFR и KRAS при раке легких?
Изменения EGFR и KRAS активируют одну и ту же сеть на разных уровнях: EGFR является входом рецептора, тогда как KRAS представляет собой нижестоящий молекулярный переключатель. Активация драйверов EGFR и KRAS отрицательно связана в когортах аденокарциномы легких, не получавших лечения, но зарегистрировано редкое совместное возникновение, поэтому «взаимоисключающие» явления являются полезной закономерностью, а не абсолютным правилом. Точный аллель, происхождение опухоли, клональность и история лечения определяют клиническое значение.
Какую роль играет путь EGFR-KRAS при раке поджелудочной железы?
При протоковой аденокарциноме поджелудочной железы (PDAC) мутации KRAS — преимущественно G12D (~35%), G12V (~18%), G12R (~16%) — являются инициирующим онкогенным событием, присутствующим в >90% случаев. EGFR сверхэкспрессируется примерно в 30–40% PDAC и способствует активации выше по ходу процесса, но доминантный сигнал проходит через конститутивно активный мутантный KRAS, что делает стратегии анти-EGFR на основе цетуксимаба неэффективными. Соторасиб и адаграсиб охватывают только KRAS G12C (редко при PDAC: <2%), тогда как нековалентные ингибиторы G12D (MRTX1133) и пан-ингибиторы KRAS (RMC-6236), нацеленные на несколько мутаций KRAS одновременно, проходят клинические испытания для PDAC.
Переход от полного пути к интерпретации гена, варианта или опухоли.
Функция генов, псевдонимы и значимость рака.
Тестирование, сенсибилизирующие мутации и устойчивость.
Значение варианта и границы тестирования.
Экзон 21, биология и контекст фактических данных.
Привратное тестирование биологии и устойчивости.
Аллели, контекст опухоли и прямое ингибирование.
Активация RAF при различных типах опухолей.
Более широкая сеть RAS-RAF-MEK-ERK.
Понять сенсибилизирующие мутации EGFR при НМРЛ, как интерпретируется молекулярное тестирование и чем отличаются T790M, C797S, амплификация MET и другие механизмы устойчивости.
Четкое, основанное на фактических данных руководство по делециям экзона 19 EGFR при немелкоклеточном раке легкого: в чем заключается изменение, как оно тестируется и что устанавливает и что не устанавливает маркировка FDA.
Поймите EGFR L858R в экзоне 21, как лаборатории его обнаруживают, почему его группируют с сенсибилизирующими изменениями EGFR, и где заявления о лечении должны оставаться конкретными на этикетке.
Узнайте, как EGFR T790M может изменить связывание лекарственного средства после предшествующей терапии EGFR, почему тестирование на резистентность является контекстуальным и как читать этикетку FDA без чрезмерных обобщений.
Как мутации KRAS блокируют каскад EGFR→KRAS→BRAF→MEK→ERK в конститутивной активации, почему KRAS не поддается лечению в течение 40 лет, как работают ковалентные ингибиторы G12C и комбинированные стратегии, преодолевающие EGFR-опосредованную резистентность.
Как BRAF V600E активирует передачу сигналов MEK-ERK, почему данные о лечении различаются в зависимости от происхождения опухоли и как обратная связь и резистентность формируют интерпретацию.
Сигнальный путь RAS/MAPK
Каскад RAS/RAF/MEK/ERK (MAPK) является одним из наиболее древних и консервативных пролиферативных сигнальных путей у эукарио.…
Рецепторные тирозинкиназные сети
Рецепторные тирозинкиназы (RTK) представляют собой трансмембранные белки, которые преобразуют сигналы внеклеточных факторов роста во внутриклеточные.…
Регуляторы апоптоза
Апоптоз — запрограммированная гибель клеток — представляет собой окончательный механизм подавления опухоли, уничтожающий клетки с необратимыми повреждениями.…
Гены регуляции клеточного цикла
Деление клеток регулируется биохимическим осциллятором, построенным из циклин-зависимых киназ (CDK) и их циклиновой регуляции.…
Сигнальный путь PI3K/AKT/mTOR
Путь PI3K/AKT/mTOR объединяет сигналы фактора роста, питательных веществ и энергии для регуляции выживания, роста и метаболизма клеток.…
Онкогены транскрипционных факторов
Факторы транскрипции представляют собой белки, которые связывают регуляторные последовательности ДНК и контролируют экспрессию генов-мишеней. Когда м…