Протоонкоген с-kit и современные вопросы о его диагностической значимости
Ранее в публикациях на тему онкомаркеров уже были освещены протеины, наиболее часто используемые для диагностики злокачественных новообразований. Пришло время перейти к менее изученным белкам, которые таят немало загадок и дают современным исследователям огромный простор для работы. В данном материале будет рассмотрен ген KIT и продукт его экспрессии — CD117 (c-kit), который, предположительно, играет существенную роль в образовании многих типов опухолей.
CD117 (рецептор фактора роста тучных и стволовых клеток, протоонкоген c-kit, kit-протеин, кластер дифференцировки 117) представляет собой трансмембранный протеин, принадлежащий к III типу рецепторных тирозинкиназ. Его строение типично для рецепторных протеинов соответствующего семейства: CD117 имеет внеклеточный, трансмембранный, юкстамембранный и внутриклеточный домены [1]. Внутриклеточный домен выполняет каталитическую функцию и ассоциирован с активацией сигнальных путей.
За синтез CD117 отвечает ген KIT. В структуре гена KIT выделяют четыре важнейших экзона, мутации в которых чаще всего приводят к развитию опухолей. Это экзоны 9, 11, 13 и 17 [2]. Впервые продукт экспрессии гена KIT был определен как гомолог протоонкогена v-kit, ассоциированного с развитием саркомы у кошек [3].
Рисунок 1 ❘ Строение свободного CD117 и экзоны, кодирующие наиболее важные его части.
У здорового человека CD117 синтезируется на поверхности тучных клеток, некоторых стволовых клеток, меланоцитов, интерстициальных клеток Кахаля в стенке органов ЖКТ, клеток потовых желез [4]. В нормальных условиях связывание CD117 с соответствующим лигандом ведет к интернализации рецептора и запуску каскада киназ MAPK (mitogen-activated protein kinase), который отвечает за пролиферацию, дифференцировку и выживание клеток [5].
В красном костном мозге CD117 играет существенную роль в обеспечении гемопоэза. Этот протеин обнаруживается в высоких концентрациях на поверхностях гемопоэтических стволовых клеток, полипотентных клеток и промиелобластов. Клетки-предшественники лимфопоэза, напротив, содержат небольшое количество поверхностного CD117. Предполагается, что в красном костном мозге CD117 выступает в роли кластера дифференцировки, идентифицируя клетки-предшественники и регулируя нормальное течение гемопоэза [6].
CD117 в организме человека представляет собой протоонкоген. Его измененные варианты, синтез которых обусловлен прежде всего мутациями гена KIT, ассоциированы с некоторыми типами опухолей. Есть и еще один возможный механизм участия этого протеина в онкогенезе. В организме человека CD117 синтезируется в двух вариантах (путем альтернативного сплайсинга). Изоформы отличаются наличием последовательности из четырех аминокислот: глицин-аспарагин-аспарагин-лизин. Некоторые исследования свидетельствуют о том, что в зависимости от типа клетки изоформы CD117 могут активировать различные сигнальные пути, некоторые из которых используются клетками опухолей для повышения выживаемости [1]. Так, изоформа, в структуре которой отсутствует последовательность гли-асп-асп-лиз, была обнаружена в тканях герминогенной опухоли яичек, тогда как в нормальных тканях яичек обнаруживается изоформа, содержащая данную аминокислотную цепочку [7].
Количество белка CD117 в ткани опухоли определяется методом иммуногистохимии. Главная сложность в изучении и практическом использовании этого протеина состоит в том, что гиперэкспрессия его гена наблюдается в клетках множества типов опухолей. Результаты некоторых исследований вызывают сомнения, и заключения о прогностической значимости CD117 во многих случаях весьма спорны. Однако в отношении определенных типов опухолей ген KIT и его мутации вызывают повышенный интерес ученых.
Рисунок 2 ❘ Некоторые опухоли, ассоциированные с амплификацией гена KIT.
Рисунок 3 ❘ Некоторые опухоли, ассоциированные с мутациями гена KIT.
Диагностическая и прогностическая значимость CD117 наиболее хорошо изучена в отношении гастроинтестинальных стромальных опухолей, миелоидного лейкоза и заболеваний с участием тучных клеток. В случае этих патологий мутации гена KIT приводят к выраженной тирозинкиназной активности и играют центральную роль в онкогенезе и обеспечении опухолевого роста [8]. Функция CD117 в данном случае не отличается от таковой в физиологических условиях, однако поддержка пролиферации и дифференцировки формируется в отношении клеток опухоли.
Нормальная экспрессия гена CD117 в потовых железах обусловливает возрастание концентрации белка-продукта в тканях пором — опухолей из клеток потовых желез. При этом в патогенезе данных опухолей не задействованы мутации гена KIT, и повышение количества CD117 связано именно с пролиферацией клеток, содержавших его изначально [4].
Коэкспрессия CD117 и его лиганда в тканях некоторых опухолей приводит к формированию аутокринной петли. Данное состояние характеризуется тем, что синтезируемый клеткой опухоли фактор роста самостоятельно индуцирует синтез своего рецептора на поверхности этой же клетки. Этот процесс с участием фактора роста стволовых клеток и рецептора CD117 способен длительно поддерживать рост мелкоклеточного рака легкого [9].
С другой стороны, в некоторых исследованиях был отмечен положительный исход лечения опухолей, экспрессирующих CD117, в сравнении с CD117-негативными опухолями. Такие случаи описаны в отношении назофарингеальной карциномы и множественной миеломы [10]. Однако в подавляющем большинстве случаев экспрессия CD117 является относительно неблагоприятным прогностическим признаком, так как отражает наличие дополнительного генетического механизма, поддерживающего выживаемость клеток опухоли.
В настоящее время разрабатываются препараты таргетной терапии, подавляющие продукцию CD117. Одним из первых препаратов таргетной терапии на зарубежном рынке стал ингибитор экспрессии гена KIT — иматиниб [11]. Однако в дальнейшем выяснилось, что препарат неэффективен, в случае если формирование опухоли было вызвано мутацией в 17 экзоне KIT. При данной мутации для подавления синтеза CD117 используются другие препараты моноклональных антител — дасатиниб, нилотимиб [12]. Также разрабатываются препараты, прекращающие функционирование аутокринной сигнальной петли при мелкоклеточном раке легкого. Эти средства таргетной терапии призваны усилить другие терапевтические воздействия на опухоль легкого, устраняя механизм поддержки клетками опухоли собственной выживаемости [9].
Диагностическая значимость изучения уровня секреции CD117 и скрининга мутаций его гена изучена недостаточно. Большой разброс сведений относительно гиперэкспрессии гена данного белка не позволяет использовать его в качестве маркера конкретной опухоли на современном этапе. Решением этой проблемы могут стать новые открытия в области молекулярной биологии, которые прольют свет на значимость CD117 в онкогенезе и сделают диагностику злокачественных новообразований более эффективной.
Источники
1. CD117/c-kit in cancer stem-cell mediated progression and therapeutic resistance. / Brittni M. Foster, Danish Zaidi, Tyler R. Young [et al.] // Biomedicines. - 2018. - Vol. 6, №1. - p. 31.
2. Recent advances and novel agents for gastrointestinal stromal tumor (GIST). / Lamba G, Ambrale S, Lee B [et al.] // J Hematol Oncol. - 2012. - Vol. 5, №21.
3. Human proto-oncogene c-kit: a new cell surface receptor tyrosine kinase for an unidentified ligand. / Y Yarden, W J Kuang, T Yang-Feng [et al.] // EMBO J. - 1987. - Vol. 6, №11. - p. 3341-3351.
4. (CD117) expression in benign and malignant sweat gland tumors. / Nishida H, Daa T, Kashima K [et al.] // Am J Dermatopathol. - 2015. - Vol. 37, №12. - p. 898-905.
5. Kit (CD117): a review on expression in normal and neoplastic tissues and mutations and their clinicopathologic correlation. / Miettinen M, Lasota J. // Appl Immunohistochem Mol Morphol. - 2005. - Vol. 13, №3. - p. 205-220.
6. High c-Kit expression identifies haematopoetic stem cells with impaired self-renewal and megakaryocytic bias. / Shin JY, Hu W, Naramura M, Park CY. // J Exp Med. - 2014. - Vol. 211, №2. - p. 217-231.
7. Alterations of c-kit gene in testicular germ cell tumors. / Sakuma Y, Sakurai S, Oguni S [et al.] // Cancer Sci. - 2003. - Vol. 94. - p. 486-491.
8. C-KIT signaling in cancer treatment. / Stankov K, Popovic S, Mikov M. // Curr Pharm Des. - 2014. - Vol. 20, №17. - p. 2849-2880.
9. Elimination of human lung cancer stem cells through targeting of stem cell factor-c-kit autocrine signaling loop. / Levina V, Marrangoni A, Wang T [et al.] // Cancer Res. - 2010. - Vol. 70, №1. - p. 338-346.
10. Prognostic value of CD117 in cancer: a meta-analysis. / Fuyou Zhao, Yuqing Chen, Qiong Wu [et al.] // Int J Clin Exp Pathol. - 2014. - Vol. 7, №3. - p. 1012-1021.
11. Immunological off-target effects of imatinib. / Zitvogel L., Rusakiewicz S, Routy B [et al.] // Nat Rev Clin Oncol. - 2016. - Vol. 13, №7. - p. 431-446.
12. Targeting c-KIT (CD117) by dasatinib and radotinib promotes acute myeloid leukemia cell death. / Heo SK, Noh EK, Kim JY [et al.] // Sci Rep. - 2017. - Vol. 7, №1. - p. 15278.
