Внутриклеточный и циркулирующий пулы протеасом: значение при злокачественных новообразованиях различных локализаций

Протеасомная система является внутриклеточным мультикаталитическим мультисубъеди-ничным комплексом, обладает тремя основными протеолитическими активностями: химотрипсин-подобной, трипсинподобной и каспазаподобной – и осуществляет в клетке протеолиз цитозольных, ядерных белков (ненормальные белки, короткоживущие белки, поврежденные белки, долгоживущие белки); превращение неактивных белков-предшественников в активные белки; презентацию комплекса гистосовместимости I типа; регуляцию транскрипции генов и др. [50].

Каталитические комплексы протеасомной системы представлены двумя пулами: 20S- и 26S-протеасомы. Непосредственно протеолиз происходит в каталитическом комплексе, ядре (20S протеасоме, молекулярная масса около 700 кДа), состоящем из четырех колец, расположенных друг над другом (α1-7; β1-7; β1-7; α1-7). В полости, образованной β-субъединицами, осуществляется сам процесс деградации белков: протеолитические сайты сосредоточены на N-конце субъединиц β1, β2 и β5 каждого β-кольца. N-концевые домены α-субъединиц формируют своеобразные ворота (пору), открывающие или закрывающие доступ для поступления в каталитическую полость субстрата. Αльфа-субъединицы также отвечают за узнавание субстрата [10]. В физиологических условиях без регуляторной субъединицы ворота закрыты. Связывание α-колец с регуляторной частицей (11S, 19S, РА200) контролирует состояние ворот и способствует многократному увеличению про-теасомной активности. Кроме того, активаторами протеасом способны выступать и их субстраты.

При этом малые олигопептиды могут подвергаться деградации вне зависимости от состояния ворот, в то время как для расщепления более крупных пептидов и белков функционирование и состояние α-колец является ключевым регуляторным фактором [26]. Также может произойти формирование модифицированных форм протеасом благодаря замене конститутивных субъединиц на иммунные или присоединению альтернативных регуляторов, что может сопровождаться изменением активности протеасом [32].

Актуальной проблемой онкологии является поиск маркеров метастазирования злокачественных новообразований различными высокотехнологичными методами, и зачастую кандидатными маркерами выступают показатели внутри- и внеклеточного протеолиза [5, 6, 11, 18]. Показана взаимосвязь показателей протеасомной системы с распространенностью опухолевого процесса и обсуждается их важная роль в процессах метастазирования. Так, при раке молочной железы (РМЖ) выявлено достоверное повышение как химотрипсинподобной (ХТП), так и каспазаподобной активности протеа-сом при местнораспространенных РМЖ (Т3–4) по сравнению с опухолями меньшего размера. В то же

время при обширном лимфогенном метастазировании РМЖ наблюдается значительное угнетение активности протеасом, что может рассматриваться в качестве неблагоприятного прогностического признака [14]. В карциномах щитовидной и молочной желез обнаружен удивительный факт сходства характера изменения ХТП активности в зависимости от распространенности опухоли. Степень изменения ХТП активности в карциноме щитовидной железы значительно выше, чем при РМЖ [43]. При раке яичника выявлено значительное повышение химотрипсинподобной активности протеасом в метастатических очагах большого сальника, по сравнению с тканью первичной опухоли [17]. Кроме того, доказательством роли протеолитических систем в процессах метастазирования является подтвержденная взаимосвязь химотрипсинподобной активности протеасом с локомоторными белками в ткани рака яичников [4]. При некоторых локализациях дисбаланс в функционировании протеолитических систем, в частности протеасомной системы, способствует прогрессированию заболевания в отдаленные сроки [6, 11]. Кроме того, при сопоставлении уровня рецепторов женских половых гормонов в тканях молочной железы выявлено, что не всегда рецепторный статус первичной опухоли совпадает с аналогичными показателями в метастатической и неизмененной тканях. Конверсию рецепторов эстрогенов с положительных в первичных опухолях на отрицательные в метастазах можно рассматривать как один из путей прогрессирования и формирования резистентности метастатических клеток к адъювантной гормонотерапии [15]. Описано участие протеасом в регуляции доступности эстрогеновых рецепторов, и, кроме того, в разрушении рецепторов прогестерона, в снижении экспрессии рецепторов EGFR и HER-2/neu, участие в деградации рецепторов инсулиноподобных факторов роста гормонов [20, 35, 36]. Для РМЖ характерно значительное изменение субъединичного состава протеасом в зависимости от выраженности экспрессии рецепторов эстрогенов. При этом содержание практически всех субъединиц выше при меньшем показателе экспрессии рецепторов эстрогена. Для рака эндометрия (РЭ) характерно выраженное изменение активности 26S пула про-теасом в зависимости от экспрессии рецепторов эстрогенов, кроме того, при РЭ наблюдаются значимые изменения тотального пула протеасом в зависимости от выраженности экспрессии рецепторов прогестерона [13].

Протеасомы в клетке могут находиться в ядре, в цитоплазме и быть связаны с фосфолипидным слоем мембран [34, 39]. У больных инвазивным протоковым раком молочной железы обнаружено, что опухолевые клетки содержат иммунные про-теасомы, а также активаторы PA700 и PA28αβ. Активатор PA28αβ и иммунные протеасомы лока- лизованы в цитоплазме опухолевых клеток, тогда как субъединицы тотального пула проотеасом α1, 2, 3, 5, 6, 7, а также активатор PA700 обнаружены в цитоплазме и в ядрах опухолевых клеток. Кроме того, протеасомы обнаруживаются и в стромальном компоненте РМЖ. Клетки стромы характеризуются более высоким отношением субъединиц α1, 2, 3, 5, 6, 7 к иммунной субъединице LMP2 по сравнению с клетками инвазивного протокового рака. Это означает, что пул протеасом в опухолевых клетках инвазивного протокового рака молочной железы обогащен иммунными протеасомами по сравнению с клетками стромы. Наличие протеасом в стромальном компоненте свидетельствует о том, что в микроокружении опухоли также идут активные процессы протеолиза с участием протеасом-ной системы, и, вероятно процессы, происходящие в стромальном компоненте, способствуют выходу протеасом во внеклеточное пространство [42].

Активно изучается проблема внеклеточных форм протеасом, циркулирующих в различных биологических жидкостях организма. Обсуждаются пути выхода протеасом во внеклеточное пространство, их биологическое значение, патогенетическая и прогностическая значимость. Установлено, что внеклеточные протеасомы присутствуют во внеклеточных жидкостях и плазме крови как здоровых, так и больных людей [41]. Данные масс-спектрометрического анализа показали, что в составе внеклеточной популяции протеасом присутствуют все субъединицы 20S протеасом и субъединицы 19S регуляторного комплекса [1]. Кроме того, циркулирующие про-теасомы, выделенные из плазмы здоровых доноров, по форме и размеру сходны с 20S протеасомами, выделенными из эритроцитов, обладают протеолитической активностью, содержат стандартные и иммунные субъединицы [45, 54]. Очищенные внеклеточные протеасомы способны расщеплять специфичные для протеасом флуорогенные олигопептиды, и эта активность подавляется ингибиторами протеасом [2, 45] .

Учитывая значимую роль протеасомной системы в патогенезе злокачественных новообразований, можно предположить, что при опухолевых процессах раковые клетки могут секретировать протеасомы во внеклеточное пространство либо протеасомы могут выходить в циркуляцию при распаде опухолевых клеток [49]. Кроме того, внеклеточные протеасомы могут появляться при разрушении микрочастиц, образованных в результате мембранного блеббинга – процесса, при котором содержимое цитоплазматической мембраны попадает в мембранные выступы и затем из активированных клеток формирует везикулы – микрочастицы гетерогенного размера от 0,1–1 мкм с соответствующим содержимым. Эти структуры могут выполнять роль мессенджеров между клетками, транспортируя различные молекулы [48, 51]. Показано, что бактериальная сфингомиелиназа спо- собна к явной деградации микрочастиц и к высвобождению протеолитически активных протеасом [21]. С другой стороны, подобные микрочастицы могут быть мощным источником аутоантигенов и вызвать иммунные реакции, потому что аутоантитела к субъединицам протеасом обнаружены в плазме крови людей с аутоиммунными нарушениями [44].

Циркулирующие протеасомы могут существовать в свободной, невезикулярной форме. Одним из вариантов существования протеасом во внеклеточном пространстве может быть выход из экзосом. Экзосомы представляют собой микроскопические внеклеточные везикулы диаметром 30–100 нм, секретируемые различными клетками и способные нести белковые маркеры и генетическую информацию, таким образом, они участвуют в межклеточной коммуникации [18]. Полагают, что, кроме этой важной функции, экзосомы участвуют в горизонтальном переносе РНК и белков, облегчают иммунный ответ, участвуют в презентации антигенов и неклассической секреции белков, транспорте лекарств, в патогенезе болезней, связанных с расстройствами метаболизма и развитием злокачественных опухолей [16, 29, 37]. Показано, что эк-зосомы, выделенные из мезенхимальных стволовых клеток, содержат протеолитически активные 20S протеасомы, и предполагается, что эти экзосомы обладают кардиопротективным эффектом [31].

Существование везикулярного и экзосомаль-ного пути выхода в циркуляцию протеасом может объяснить наличие протеасом в плазме здоровых доноров. M. Wada et al. методом ИФА измеряли содержание циркулирующих протеасом в сыворотке от пациентов с гематологическими злокачественными новообразованиями, с различными заболеваниями печени и обнаружили, что они были существенно выше, чем циркулирующие протеа-сомы в плазме здоровых людей [49]. При лейкозе протеасомы обнаружены на поверхности клеточных мембран лейкоцитов у больных, а также эти результаты подтверждены данными на клеточных линиях [22], что подтверждается данными других исследователей о существовании циркулирующих пулов протеасом, а также их дальнейшем участии в диссеменации опухоли [1, 2, 21, 24]. Увеличенные концентрации циркулирующих протеасом также были обнаружены в плазме пациентов с солидными опухолями, миелопролиферативным и миелодиспластическим синдромами [30, 33], при аутоиммунных заболеваниях [23], метастатической малигнизированной меланоме [47], caркоидозе [40], легочном альвеолярном протеинозе [19], при сепсисе и травмах [38, 46].