«Используя генетические и химические методы, мы показали, что аутофагия необходима для подвижности и инвазии высокометастатических опухолевых клеток», — сказала руководитель группы Кей МакЛауд, доктор философии, доцент отделения исследований рака Бена Мэя Чикагского университета. «Наша работа предполагает, что подавление аутофагии в клинических условиях может быть эффективным подходом к блокированию метастатического распространения».Метастазы являются причиной 90 процентов смертей от рака.
Быстрорастущие опухолевые клетки плотно упакованы. Они быстро исчерпывают доступные запасы кислорода и питательных веществ. Отрываясь от исходной опухоли, мигрирующие раковые клетки получают шанс избежать голода и оказаться в менее тесной среде с большим количеством питательных веществ.
«Мы начали с вопроса, что произойдет, если мы отключим аутофагию в метастатических раковых клетках», — сказал Маклауд. Два студента MD / PhD, работающие в лаборатории Маклауда, Марина Шарифи и Эрин Мауэрс, заметили, что когда они помещали метастатические клетки рака груди на чашку и наблюдали за ними с помощью покадровой микроскопии, контрольные клетки были «активными, постоянно перемещаясь по чашке». "Сказал МакЛауд. Но раковые клетки, которые команда изменила, отключив гены Atg5 и Atg7, связанные с аутофагией, «вообще не двигались. Они выглядели застрявшими».
Когда они вводили эти измененные геном раковые клетки в жировую подушку молочной железы самок мышей, клетки размножались, образуя большие первичные опухоли груди, но эти раковые клетки не могли метастазировать в обычные отдаленные участки, легкие, печень или кости. Более пристальный взгляд показал, что эти клетки были очень разными по морфологии. Их очаговые спайки, большие структуры на краю клетки, которые имеют решающее значение для движения клеток, были более многочисленными и аномально большими.«Очаговые сращения действуют как гусеницы танков», — пояснил МакЛауд.
Эти большие белковые комплексы собираются в передней части клетки. Они проходят через периферию клетки и соединяются с внеклеточным матриксом. Клетка использует их для тяги, чтобы подталкивать или тянуть себя через матрицу.По мере того, как клетка движется вперед, в передней части клетки формируются очаговые адгезии, которые устанавливают динамические связи с внеклеточным матриксом.
Когда клетка проходит над ними, эти адгезии возвращаются к заднему краю клетки. Затем вмешивается аутофагия, разбирая фокальную адгезию, разрушая ее содержимое и позволяя заднему краю клетки отделиться от внеклеточного матрикса и вытягиваться вперед за счет тяги от переднего конца.Маклеод и его коллеги показали, что если аутофагия подавлена, эти метастатические опухолевые клетки не могут двигаться. Спайки, которые не переворачиваются, становятся все больше и больше.
Они закрепляют ячейку на месте.«Они буквально застревают», — сказал МакЛауд. «В микроскоп вы можете увидеть, как клетка шатается, пытается двигаться, выдвигать новые выступы, мигрировать. Но это невозможно, потому что она застряла и не может растворить спайки на заднем конце клетки. В основном , опухолевые клетки с дефицитом аутофагии не могут мигрировать и, как следствие, не могут перемещаться в другое место.
Вот почему мы думаем, что ингибирование аутофагии может блокировать метастазирование опухоли ».Более пристальный взгляд на процесс показал биохимическую связь между аутофагией и фокальными спайками.
Белок под названием паксиллин, обнаруженный в очаговых адгезиях, используется для связи внутренних компонентов клеточных выступов с миграцией клеток. Когда клетке необходимо разобрать фокальную адгезию, процесс аутофагии использует LC3, ключевой белок в системе аутофагии, чтобы поглотить паксиллин и транспортировать его в лизосому, где он разрушается.«Взаимодействие между LC3 и паксиллином регулируется SRC», — сказал МакЛауд. SRC, который способствует миграции клеток и метастазированию, был первым определенным онкогеном.
Соавтор исследования Эрин Мауэрс показала, что способность SRC способствовать метастазированию зависит от аутофагии.«Если вы подавляете аутофагию, SRC больше не может управлять миграцией метастатических опухолевых клеток», — сказал МакЛауд. «Это главное открытие».Существуют одобренные препараты, некоторые из которых сейчас проходят клинические испытания, которые могут нарушать аутофагию.
Один из них, гидроксихлорохин, одобрен FDA для профилактики и лечения малярии и в настоящее время проходит клинические испытания как средство замедления роста опухоли.«Но это не рассматривается как способ предотвращения метастазирования», — отмечает МакЛауд. «Мы хотели бы видеть испытания, предназначенные для оценки эффективности гидроксихлорохина или родственных ему лекарств при блокировании развития метастазов. Мы думаем, что именно здесь такой подход ингибирования аутофагии будет наиболее полезным в качестве противораковой меры».
«Это исследование дополняет растущий объем работ, связывающих аутофагию с подвижностью, инвазией и метастазированием опухолевых клеток», — заключают авторы. «Вместе с нашей работой по определению решающей роли аутофагии в разрыве фокальной адгезии через деградацию паксиллина и его потребности для выхода из первичной опухоли, эти исследования подчеркивают потенциальную полезность ингибирования аутофагии для блокирования метастазов опухоли».Хотя большинство этих экспериментов в статье Cell Reports проводилось с клетками рака груди, перенесенными на мышей, исследователи наблюдали то же явление в метастатических клетках меланомы. «Таким образом, эта зависимость от аутофагии для метастазирования, по-видимому, не специфична для какого-либо одного типа опухоли», — сказал МакЛауд.