Внеклеточные везикулы в диагностике и лечении рака

Роль внеклеточных везикул в лечении рака и диагностическом процессе начали изучать недавно, но есть основания полагать, что за экзосомами — будущее онкологии.

Как нормальные, так и больные клетки непрерывно выбрасывают внеклеточные везикулы (ВВ) во внеклеточное пространство, а ВВ несут молекулярные сигнатуры и эффекторы как физиологические, так и патологические.

Внеклеточные везикулы отражают динамические изменения, которые происходят в микроокружении клеток и тканей в состоянии здоровья и на разных стадиях болезни.

ВВ способны изменять функцию клеток-реципиентов.

Было показано, что взаимный обмен молекулярной информацией с помощью внеклеточных везикул между разными органами и типами клеток способствует клеточной трансформации, перепрограммированию, функциональным изменениям и метастазированию.

Внеклеточные везикулы содержат опухолевые супрессоры, фосфопротеины, протеазы, факторы роста, биоактивные липиды, мутантные онкопротеины, онкогенные транскрипты, микроРНК и последовательности ДНК.

Любые ВВ, присутствующие в биологических жидкостях, обеспечивают беспрецедентный неинвазивный доступ к важной молекулярной информации о состоянии клеток, в том числе их мутациям, классификаторам, молекулярным типам, терапевтическим мишеням и биомаркерам лекарственной устойчивости.

Кроме того, внеклеточные везикулы можно использовать для неинвазивной оценки возникновения, прогрессирования, риска, выживаемости и результатов лечения рака.

Цель нашей сегодняшней статьи — осветить современную информацию о роли внеклеточных везикул в развитии онкологических заболеваний и их полезность в диагностике, профилактике и лечении рака.

Новое поколение биомаркеров рака
Живые клетки выделяют во внеклеточное пространство большое количество эндоцитарных или везикул плазматической мембраны, включая экзосомы, микровезикулы (МВ) и апоптотические тела, которые называются внеклеточными везикулами (ВВ).

В литературе сообщается о различных названиях внеклеточных везикул — экзосомы, эктосомы, онкосомы, апоптотические тела, микрочастицы или микровезикулы.

В зависимости от происхождения, выделяют два класса ВВ: экзосомы и микровезикулы.

Экзосомы, везикулы размером с наночастицы (30–100 нм) с плавучей плотностью 1,13–1,19 г/см3 , выделяются как здоровыми, так и многими патологически измененными клетками.

Экзосомы образуются по эндолизосомному пути и происходят из эндосомального компартмента, называемого мультивезикулярными телами.

Ли, Парк и соавторы сообщили, что внеклеточные везикулы могут генерироваться мезенхимальными стволовыми клетками и участвовать в подавлении ангиогенеза.

Другие типы клеток, тромбоциты, нейтрофилы, ретикулоциты, макрофаги, мегакариоциты, моноциты, В- и Т-клетки, тучные клетки и эндотелиальные клетки, также выделяют ВВ.

Микровезикулы размером 100–1000 нм образуются путем почкования и слияния плазматической мембраны с внеклеточным веществом и имеют несколько общих черт с родительскими клетками, включая наличие мембранных липидов, рецепторов, многочисленных нуклеиновых кислот и белков.

В целом, молекулярный состав каждой ВВ имитирует родительскую клетку или ткань с ее факторами роста, рецепторами, протеазами, микроРНК, липидами и белками. В нескольких исследованиях сообщалось о наличии ряда биоактивных белков, нуклеиновых кислот, липидов и других биомолекул.

Кейби и соавторы продемонстрировали, что ВВ содержат тетраспанины, такие как CD9, CD63 и CD81; молекулы I и II класса комплекса гистосовместимости (МНС); связанный с лизосомами мембранный белок-2 (LAMP-2).

Внутри экзосом, выделенных из клеток миелоидного лейкоза, колоректального рака и меланомы, присутствует двухцепочечная ДНК (представляющая весь геном опухоли).

Развитие рака — это многоэтапный и многофакторный процесс, который включает неконтролируемый рост, устойчивость к апоптозу, генетические и эпигенетические изменения и отклонения в микроокружении.

Эти изменения внутри раковой клетки отражаются внеклеточными везикулами, поэтому исследователей интересует применение ВВ для диагностики, мониторинга и лечения рака.

Обычно биомаркеры указывают на отклонения от нормального биологического статуса, которые способствуют канцерогенезу. В настоящее время ряд биомаркеров, в основном из циркулирующих клеток рака, применяют для диагностики и дальнейшего лечения.

Многие из современных биомаркеров дают мало информации о происхождении ткани, и поэтому их трудно использовать в таргетной терапии рака. В свою очередь, это значительно ограничивает полезность обычных биомаркеров в научных и клинических условиях.

Уникальные характеристики внеклеточных везикул могут сделать их идеальными биомаркерами следующего поколения для исследований рака и терапии в XXI веке.

Например, участие ВВ во внутриклеточной коммуникации и динамический характер их состава позволили исследователям изучить потенциал модуляции опухоли. Известно, что количество и состав везикул меняются в процессе развития заболевания.

Бейран и соавторы сообщили о повышении количества ВВ у пациентов с опухолью желудка, причем количество везикул коррелировало со стадией. Повышенная экспрессия CCR6 и Her-2 / neu наблюдалась в образцах пациентов с поздней стадией рака.

Уровни PTEN внутри экзосом, выделенных у пациентов с раком предстательной железы, коррелировали с развитием заболевания, а потому их использовали для диагностики рака.

ВВ отличаются превосходным биораспределением и биосовместимостью; эти свойства делают их идеальными для использования при доставке и биораспределении лекарств.

Тот факт, что внеклеточные везикулы содержат функциональные нуклеиновые кислоты, свидетельствует о том, что они функционально похожи на вирусные частицы.

ВВ были обнаружены во многих биологических жидкостях, включая амниотическую жидкость, грудное молоко, бронхоальвеолярный секрет, спинномозговую жидкость и сыворотку крови, слюну и мочу.

Повсеместное распространение везикул в биологических жидкостях наряду с тем, что они отражают состав родительских клеток, дает ученым уникальную платформу для проведения популяционных исследований и изучения онкологических заболеваний.

ВВ могут внести значительный вклад в изучение нормальной физиологии и патофизиологических механизмов.

В эпидемиологических исследованиях сложно, а иногда невозможно собрать несколько биологических образцов до развития заболевания. С помощью ВВ эпидемиологи могут минимально инвазивным путем получить серию необходимых образцов.

Морфологический, молекулярный и функциональный анализ биологических жидкостей, обогащенных ВВ, уже сегодня расширяет наше понимание риска и механизмов развития рака предстательной железы, рака легкого, рака печени, рака желудка, глиобластомы и злокачественных новообразований, связанных с KSHV.

Ряд исследователей работают над использованием внеклеточных везикул в качестве бесклеточной вакцины для профилактики и лечения опухолевых заболеваний.

Функции внеклеточных везикул в организме
Для ВВ были предложены различные биологические роли:

- удаление избыточного или вредного клеточного содержимого,
- эмиссия сигнальных и регуляторных молекул для межклеточной коммуникации и функциональной модификации нормальных клеток
- стимуляция или ингибирование иммунной системы организма
- антигенпрезентирующая функция
- контроль патогенов и др.

Можно с уверенностью сказать, что внеклеточные везикулы участвуют как в полезных для организма, так и патологических процессах.

ВВ используются в диагностике и прогнозировании рака, потому что функция исходной клетки может быть экстраполирована путем изучения состава ВВ (белков, мРНК, некодирующих РНК, липидов или других молекул) в жидкостях организма.

Каглерт и коллеги продемонстрировали содержание двухцепочечной ДНК в сыворотке, собранной у пациентов с раком поджелудочной железы. ДНК, выделенная из их везикул, успешно использовалась в лаборатории для выявления мутаций р53 и KRAS.

ВВ не содержат белки митохондриального, ядерного или эндоплазматического ретикулума. Экзосомы, в частности, не содержат большинство рибосомальных РНК, в основном мРНК.

ВВ могут взаимодействовать с клетками-мишенями рака непосредственно через рецепторы клеточной поверхности или могут быть интернализованы клетками-мишенями посредством слияния мембран или эндоцитоза.

Как только ВВ-ассоциированные сигнальные молекулы распознаны, функцию клетки-мишени можно модифицировать или регулировать.

Патологические функции и роль экзосом в изучении рака
В ответ на патологические изменения клетки связываются друг с другом, секретируя гетерогенную смесь везикул (включая МВ и экзосомы) с различным составом.

Пегтель и соавторы продемонстрировали, что миРНК, присутствующие в экзосомах из клеток, инфицированных вирусом Эпштейна-Барра, могут высвобождаться и индуцировать сайленсинг специфических генов, когда находятся в контакте с окружающими неинфицированными B-клетками.

medbe.ru