Изменения морфологии опухолевых клеток
Неопластические клетки приобретают так называемый опухолевый локомоторный фенотип — одно из важнейших проявлений их «асоциального» поведения.
В основе повышенной подвижности опухолевых клеток лежат нарушения ряда морфогенетических реакций.
К таким реакциям нормальных клеток относят функционирование цитоскелетной системы, распластывание и фокальные контакты, локомоция и межклеточные взаимодействия.
Необходимо подчеркнуть, что морфогенетические нарушения вместе со способностью секретировать протеолитические энзимы, в значительной степени предопределяют приобретение опухолевыми клетками инвазивного роста и метастазирования.
Цитоскелет
Во всех морфогенетических реакциях клетки ключевую роль играет цитоскелет, который представляет собой систему нитчатых структур, образующих ее своеобразный скелет. Основными элементами цитоскелета являются белковые нити: микрофиламенты (состоят из актина), микротрубочки (из тубулина) и промежуточные филаменты.
Последние представлены различными типами специфических белков: кератины — в эпителиях, десмин — в мышцах, виментин — в мягких тканях (соединительной, хрящевой, костной и др.) и т.д. Путем изучения этих белков в промежуточных филаментах иммуногистохимическими методами можно определять происхождение (гистогенез) клеток.
Некоторые химиопрепараты, например винбластин, могут разрушать микротрубочки и микрофиламенты цитоскелета, что нарушает процесс клеточного деления в опухолевых клетках и тем самым предотвращает дальнейший рост опухоли.
Архитектура цитоскелета определяет внутреннюю организацию каждой клетки и строение многоклеточных образований — тканей и органов. Цитоскелет значительно облегчает перенос через цитоплазму различных частиц, ионов, крупных макромолекул, его элементы участвуют в процессе деления клетки и способствуют расхождению хромосом к ее полюсам.
Кроме того, две цитоскелетные системы (актин и миозин) образуют сократительный элемент цитоскелета — актомиозиновый комплекс. Благодаря ему свободная клетка способна к амебоидным движениям.
Распластывание и прикрепление клеток
В нормальных тканях важным условием существования клеток является их способность к контактному взаимодействию с поверхностью твердого субстрата, которым для клеток служит внеклеточный матрикс.
К поверхности этого каркаса клетки могут прикрепляться, распластываться, перемешаться и размножаться, т.е. матрикс влияет на форму, локомоцию и пролиферацию клеток (о строении матрикса и его роли в процессах пролиферации). Контактное взаимодействие клеток с матриксом начинается с момента, когда клетка оседает на его поверхность и расппастывается, изменяя свою форму.
Степень ее изменения и изометрическое напряжение, испытываемое при этом клеткой, является фактором контроля формы конкретных клеток и регулятором их пролиферации и функциональной активности.
Распластавшиеся клетки механически прикрепляются к поверхности экстраклеточного матрикса посредством своеобразных структур — фокальных контактов в виде интегриновых рецепторов.
Механизм этого процесса лежит в основе феномена субстратной зависимости размножения нормальных клеток. Его суть: клетки могут жить и размножаться, только будучи прикрепившимися и достаточно распластанными на поверхности матрикса. Если это не произойдет, клетки не размножаются и подвергаются апоптозу.
Таким образом, фокальные контакты являются и структурами механической связи клетки с матриксом, и источником разнообразных внутриклеточных сигналов, обеспечивающих сохранение клеткой жизнеспособности и пролиферативной активности.
Локомоция клеток
В физиологических условиях локомоция (перемещение) клеток на поверхности экстраклеточного матрикса представляет собой координированный циклический процесс.
Он включает периодическое образование на переднем (ведущем) крае клетки динамичных выростов (ламеллоподий), их прикрепление к матриксу с формированием фокальных контактов, сокращение прикрепившихся ламеллоподий и освобождение от контактов с матриксом задней (хвостовой) части клетки.
Преимущественное образование ламеллоподий на одном из краев клетки, определяющее выбор направления перемещения клетки, регулируется цитоскепетом, а само движение — специфическими цитокинами (факторами роста) и интегриновыми рецепторами.
Поэтому ряд цитокинов (эпидермальный фактор роста, фактор, роста фибробластов и др.) являются одновременно и митогенами (стимулируют пролиферацию), и мотогенами (стимулируют локомоцию).
На локомоцию клеток оказывает влияние также изменения геометрической конфигурации или топография матрикса. Это могут быть необычной формы волокна и базальные мембраны, наличие в матриксе отверстий, щелей, которые индуцируют изменения функциональной активности клеток и называются топографическими реакциями.
Межклеточные контактные взаимодействия
Среди молекул межклеточной адгезии наиболее важными являются семейство кадгеринов, иммуноглобулины, селектины и интегрины. Доказано, что при достижении высокой плотности клеток и установлении контактов между собой, их дальнейшая пролиферация прекращается (феномен контактного торможения размножения).
Одновременно соприкосновение клеток приводит к торможению их направленного движения (феномен контактного торможения движения) Эти феномены носят универсальный характер и свойственны нормальным клеткам эмбриональных и регенерирующих тканей.
Таким образом, клеткам организма в нормальных условиях присущи сложные морфогенетические реакции: распластывание на субстрате; локомоция; торможение размножения и движений при межклеточном взаимодействии; реакции на изменения геометрической формы матрикса: способность клеток размножаться только прикрепившись к матриксу, которые представляют лабильную функциональную систему, обеспечивающую тканевой гомеостаз.
Считается, что нормальные клетки могут существовать в организме в двух морфологических формах, которые можно условно назвать «оседлой» и «миграционной». В оседлом состоянии клетки прочно прикреплены к экстраклеточному матриксу и к другим клеткам; они включены в состав тканевого комплекса (эпителиоциты — в пласты и трубки эпителия, фибробласты — в пластинки соединительной ткани и т.д.).
Под влиянием регуляторных воздействий при эмбриогенезе, регенерации и гормональных гиперплазиях клетки могут перестроить свою морфологию и обратимо перейти в миграционное состояние При этом они временно выходят из тканевых структур, их контакты с другими клетками и матриксом уменьшаются или исчезают.
В результате клетки становятся способными мигрировать на новые территории и основывать там новые тканевые структуры, переходя вновь в оседлое состояние под влиянием новой микросреды. В основе этих обратимых переходов лежит реорганизация цитоскелета, вызванная внешними сигналами.
При злокачественном процессе мутации генов регулирующих систем блокируют переход клетки в оседлое состояние, она постоянно остается в миграционном состоянии независимо от получаемых сигналов. Считается, что раковая клетка перемещается со скоростью 4 мм в час, саркоматозная — 6 мм. В результате формируется так называемый локомоторный фенотип неопластических клеток, как правило, сильно утрированный, что позволяет при микроскопическом исследовании отличать опухолевую клетку от движущейся нормальной.
Так, для опухолевых клеток характерна независимость существования от прикрепления к экстраклеточному матриксу и они могут выживать и размножаться, в отличие от нормальных клеток, без связи с матриксом; утрата опухолевыми клетками контактного торможения размножения приводит к перманентной их пролиферации, а контактного торможения движения — к изменению формы и увеличению подвижности; изменения топографических реакций играют важную роль в инвазивном росте и метастазировании, влияя на пути и скорость миграции опухолевых клеток в экстраклеточном матриксе, «застревание» в разного рода тканевых щелях и т.п.
Нарушения морфогенетических реакций и степень их выраженности возрастают по мере опухолевой прогрессии. К настоящему времени известно, что центральную роль в индукции указанных выше нарушений морфогенетических реакций играют изменения функции проонкогенов (МУС, RAS, MDM2, RAQ и опухолевых супрессоров (р16, р19, р27, р53, рRВ).
Более того, клетки с такими изменениями, возникшими результате активации протоонкогенов, приобретает также способность самостоятельно продуцировать и секретировать ряд митогенов/метогенов, например, VEGF, который стимулирует размножение и направленную миграцию окружающих их эндотелиоцитов, т.е. неоангиогенез.
Очевидно, пока описание диагностированных опухолей в терминах генетических повреждений остается отдаленной перспективой, но возможности анализировать индивидуальные опухоли на генетическом и биохимическом уровне будут стремительно расти.
Через 10-20 лет диагноз имеющихся повреждений в геноме опухолевых клеток и определение профиля генной экспрессии по всему их геному станут рутинной процедурой.
Благодаря всей этой информации станет возможным проверить утверждение о том, что развитие опухолей человека всех типов определяется общим для всех них набором «правил», подразумевающих приобретение описанных здесь признаков злокачественности