Przegląd Urologiczny 2012/1 (71) wersja do druku | skomentuj ten artykuł | szybkie odnośniki
 
strona główna > archiwum > Przegląd Urologiczny 2012/1 (71) > Czy w terapii przeciwnowotworowej cząsteczka...

Czy w terapii przeciwnowotworowej cząsteczka TRAIL odegra rolę Perseusza - mitycznego pogromcy Meduzy?

TRAIL, czyli ligand czynnika martwicy nowotworu indukujący apoptozę (z ang. tumor necrosis factor related - apoptosis inducing - ligand), ma zdolność wywoływania zaprogramowanej śmierci w komórkach nowotworowych nie będąc toksycznym w stosunku do prawidłowych komórek organizmu. Jednak niektóre komórki nowotworowe charakteryzują się opornością na działanie TRAIL. Wrażliwość komórek nowotworowych na apoptozę indukowaną TRAIL wynika z różnic w dystrybucji błonowych receptorów śmierci TRAIL-R1/DR4 i TRAIL-R2/DR5, do których przyłącza się ligand, jak również obecności wewnątrzkomórkowych białek pro- i antyapoptotycznych. Wywołanie apoptozy mediowanej przez TRAIL zależy często od współdziałania czynników chemicznych (np. cytostatyków) lub fizycznych (np. promieniowania γ). Zaobserwowano, że chemio- i radioterapia mogą przełamywać oporność komórek nowotworowych na TRAIL-indukowaną śmierć.

Poszukując metafory przedstawiającej właściwości ligandu TRAIL, warto przypomnieć sobie mityczną opowieść o losach półboga Perseusza. We Florencji na Piazza della Signoria w Loggia dei Lanzi znajduje się rzeźba Perseusza trzymającego w ręce odciętą głowę Meduzy. Ten pełny ekspresji posąg wykonany w połowie XVI wieku przez artystę Benvenuto Celliniego w doskonały sposób oddaje charakter cząsteczki TRAIL, którą można utożsamić z Perseuszem, natomiast nowotwór złośliwy porównać do okrutnej Meduzy. Perseusz wyruszył w beznadziejną, z góry skazaną na porażkę wyprawę, aby pokonać Meduzę. Młodzieniec cieszył się przychylnością bogów, którzy zadbali o jego dodatkowe wyposażenie: od Ateny dostał lśniącą tarczę, która działała jak lustro, Hermes zaopatrzył go w miecz, Hades podarował torbę i hełm czyniący go niewidzialnym, zaś od nimfy przyjął skrzydlate sandały, dzięki którym dotarł do celu podróży. Meduza była najmłodszą i najgroźniejszą z trzech Gorgon, zamiast włosów miała węże, a jej spojrzenie zamieniało żywe istoty w kamień. Boski ekwipunek dał Perseuszowi sporą przewagę nad Gorgoną, gdyż będąc niewidzialnym mógł zbliżyć się do potwora na wyciągnięcie miecza, a patrząc na odbicie w wypolerowanej tarczy (bezpośrednie spojrzenie groziło zamianą w kamień) zdołał ściąć głowę Meduzie i schować do torby, by uniknąć jej straszliwej mocy. Niewidzialność zaś oraz skrzydlate sandały umożliwiły mu ucieczkę przed wściekłymi siostrami Meduzy. Dary od bogów, które zadecydowały o powodzeniu misji Perseusza, obrazują inne czynniki przeciwnowotworowe (chemio-, radioterapię) uwrażliwiające oporne komórki nowotworowe na apoptotyczne działanie TRAIL.

Charakterystyka ligandu TRAIL

Fotografia 1
Rzeźba Perseusza z odciętą głową Meduzy (Loggia dei Lanzi, Florencja)

Cząsteczka TRAIL została odkryta pod koniec XX wieku przez dwa niezależne zespoły badawcze. Synteza in vitro i identyfikacja TRAIL przy użyciu programu komputerowego dokonana w 1995 roku przez zespół naukowców ze Stevenem Wileyem na czele była efektem poszukiwania nowych homologów czynników TNF (TNF-&#alpha;, FasL) o minimalnej toksyczności w stosunku do prawidłowych komórek oraz maksymalnej zdolności do indukowania apoptozy w komórkach nowotworowych [1]. Kilka miesięcy później Robert Pitti i współpracownicy udokumentowali występowanie molekuły TRAIL in vivo w formie rozpuszczalnej oraz związanej z powierzchnią komórek immunokompetentnych [2]. TRAIL nie wykazuje specyficzności gatunkowej i jest aktywny zarówno w stosunku do zwierzęcych, jak i ludzkich komórek linii nowotworowych [1].

Fizjologiczną funkcją TRAIL jest nadzór immunologiczny i udział w odporności przeciwnowotworowej. TRAIL jest naturalnym, endogennym aktywatorem procesu apoptozy w komórkach transformowanych i nowotworowych [3].

TRAIL wywołuje śmierć komórek nowotworowych na dwa sposoby:
- jako forma rozpuszczalna;
- poprzez komórki efektorowe: limfocyty cytotoksyczne, komórki
NK, neutrofile, monocyty oraz makrofagi mające na swojej powierzchni ligand TRAIL [2, 3].

Działanie TRAIL związane jest z ekspresją receptorów błonowych na komórkach nowotworowych, które poprzez swoje zewnątrzkomórkowe domeny rozpoznają i przyłączają ligand. TRAIL-R1 (DR4) i TRAIL-R2 (DR5), nazywane receptorami śmierci (death receptor - DR), zawierają kompletną i funkcjonalną wewnątrzkomórkową domenę śmierci (death domain - DD) odpowiedzialną za aktywację szlaku apoptozy [4].

Rycina 1
Szlaki TRAIL-indukowanej apoptozy oraz mechanizmy oporności w komórce nowotworowej

Szlaki apoptozy

Apoptoza odgrywa istotną rolę w rozwoju tkanek i narządów, regulacji odpowiedzi immunologicznej, indukowaniu naturalnej śmierci zróżnicowanych komórek oraz eliminowaniu nieprawidłowych komórek. W licznych badaniach in vitro i in vivo zaobserwowano, że zaburzenia procesu apoptozy mogą należeć do głównych przyczyn powstania komórek nowotworowych i rozwoju guza złośliwego [3].

Apoptotyczna śmierć komórek może przebiegać na drodze zależnej od:
- receptorów (szlak wewnątrzpochodny, receptorowy);
- mitochondriów (szlak zewnątrzpochodny, mitochondrialny) [4].

Uruchomienie zewnątrzpochodnej drogi indukcji apoptozy odbywa się poprzez przyłączenie ligandu TRAIL do receptorów śmierci TRAIL-R1 i/lub TRAIL-R2 zlokalizowanych na komórce docelowej. Proces ten stymuluje rekrutację białka adaptorowego FADD (fas associated death domain), powstanie kompleksu białek sygnałowych promującego apoptozę DISC (death inducing signaling complex) oraz aktywację kaskady kaspaz prowadzącą do śmierci komórki nowotworowej. W mitochondrialnej drodze indukcji apoptozy kaspazy inicjujące powodują rozpad białka Bid (BH3-interacting domain death agonist) i powstanie fragmentu tBID (truncated Bid), który, po wbudowaniu się w błonę mitochondrialną, wywołuje wzrost jej przepuszczalności. Spadek potencjału błonowego mitochondrium (ΔΨm) wpływa na uwolnienie cytochromu c do cytoplazmy, utworzenie apoptosomu i aktywację kaspaz efektorowych wywołujących apoptozę. Szlaki TRAIL-indukowanej apoptozy oraz mechanizmy oporności w komórce nowotworowej przedstawia rycina 1. W obydwu szlakach indukcji apoptozy, zewnątrz- i wewnątrzpochodnym, podstawowe znaczenie ma aktywacja kaspaz, które w końcowej fazie apoptozy doprowadzają do całkowitej dezintegracji komórki nowotworowej przez zniszczenia białek enzymatycznych i strukturalnych [4-6].

Mechanizmy TRAIL-oporności w komórkach nowotworowych

Równowaga pomiędzy procesami proliferacji komórkowej i apoptozy zapewnia utrzymanie odpowiedniej liczby komórek o prawidłowej strukturze oraz umożliwia eliminację uszkodzonych i nieprawidłowych komórek. W doświadczeniach in vitro i in vivo zaobserwowano zróżnicowaną wrażliwość komórek na TRAIL-mediowaną apoptozę. Niektóre komórki nowotworowe wykazują TRAIL- oporność. Szacuje się, że około 40-50% badanych linii komórek nowotworowych jest niewrażliwych lub słabo wrażliwych na TRAIL. TRAIL-indukowana apoptoza w komórkach nowotworowych regulowana jest poprzez ekspresję receptorów śmierci oraz wewnątrzkomórkowych białek pro- i antyapoptotycznych. Oporność komórek nowotworowych na działanie ligandu śmierci może dotyczyć różnych etapów szlaków przekazywania sygnału do apoptozy [4, 5]. Dokładne poznanie i zrozumienie mechanizmów braku wrażliwości komórek nowotworowych na apoptozę indukowaną TRAIL pomogłoby w opracowaniu strategii przełamywania TRAIL- oporności. Obecność receptorów TRAIL-R1 i/lub TRAIL-R2 na powierzchni komórki nowotworowej jest niezbędna do aktywacji szlaku apoptozy po przyłączeniu ligandu TRAIL. Brak, niska ekspresja lub mutacje receptorów śmierci mogą stanowić istotny powód niewrażliwości komórek nowotworowych na działanie TRAIL [3, 4, 6]. Zidentyfikowano szereg białek, których główną funkcją jest ochrona komórek przed apoptozą. Zalicza się do nich: cFLIP (cellular FAAD-like inerleukin-1beta-converting enzyme - inhibitory protein), rodzinę białek Bcl-2 (B cell lymphoma-2) - Bcl-2 i Bcl-XL, rodzinę białek IAPs (inhibitors of apoptosis proteins - białka hamujące apoptozę) - c-IAP1, c-IAP2, XIAP i surwiwinę oraz kinazę białkową B (protein kinase B - PKB/AKT) - AKT1, AKT2, AKT3. Istnieją również białka z rodziny Bcl-2 stymulujące proces programowanej śmierci komórki - BAX, BAK. Na apoptozę mogą też wpływać białka mitochondrialne, takie jak czynnik indukujący apoptozę (apoptosis inducing factor - AIF) oraz drugi mitochondrialny aktywator kaspaz (second mitochondria-derived activator of caspase / direct inhibitor of apoptosis-binding protein with low pl - SMAC/DIABLO). Wzajemne oddziaływania pomiędzy pro- i antyapoptotycznymi białkami determinują los komórki. Obniżona ekspresja białek promujących apoptozę oraz podwyższona ekspresja białek hamujących apoptozę należą do istotnych przyczyn oporności komórek nowotworowych na działanie TRAIL [4-6]. Zaobserwowano, że cytostatyki i promieniowanie γ mogą nasilać TRAIL- mediowaną apoptozę w komórkach nowotworowych [5].

Tabela 1
Przykłady zastosowania rekombinowanego TRAIL lub agonistycznych monoklonalnych przeciwciał przeciwko receptorom TRAIL-R1 i TRAIL-R2 w badaniach klinicznych

Badania z udziałem TRAIL

Radioterapia i chemioterapia indukują śmierć komórki nowotworowej między innymi poprzez wywoływanie stresu oksydacyjnego i uszkodzeń DNA oraz poprzez blokowanie replikacji DNA i podziałów komórkowych. Odkrycie na przełomie XX i XXI wieku leków nowej generacji oddziałujących na kluczowe molekularne szlaki w komórce nowotworowej pozwoliło na rozwój innowacyjnych metod leczenia. W ciągu ostatnich lat badania in vitro i in vivo oraz testy kliniczne dowiodły znaczącej roli molekuły TRAIL w terapii przeciwnowotworowej. TRAIL w postaci rekombinowanego ligandu (rhsTRAIL) lub przeciwciał monoklonalnych skierowanych przeciwko receptorom śmierci TRAIL-R1 i TRAIL-R2 znajduje się obecnie w I i II fazie badań klinicznych w monoterapii, jak i terapii skojarzonej z cytostatykami lub promieniowaniem γ (tab. 1). Ze względu na TRAIL-oporność preparaty rhsTRAIL oraz anty-TRAIL-R1 lub anty-TRAIL-R2 były stosowane u pacjentów w kombinacji z chemio- lub radioterapią, osiągając satysfakcjonujące efekty terapeutyczne [5]. Podwójna strategia terapii skojarzonej umożliwia zredukowanie toksycznego działania w stosunku do komórek prawidłowych oraz zmniejszenie oporności na zastosowane leczenie. Stymulacja receptorów śmierci za pomocą rekombinowanych ligandów lub agonistycznych przeciwciał uruchamia zewnątrzpochodny (receptorowy) szlak apoptozy, podczas gdy chemioterapia i radioterapia aktywują wewnątrzpochodny (mitochondrialny) szlak apoptozy [4, 5]. Z tego względu konwencjonalne metody leczenia mogłyby być uzupełnione przez terapie ukierunkowane na receptory śmierci, takie jak użycie TRAIL. Cytostatyki i promieniowanie Γ mogą przełamywać oporność i uwrażliwiać komórki nowotworowe na działanie TRAIL poprzez modulację pro- i antyapoptotycznych protein, natomiast TRAIL może wzmacniać transdukcję sygnału przez mitochondrium, nasilając efektywność szlaku zewnątrzpochodnego.

Apoptoza ważnym celem terapii przeciwnowotworowej

Koncepcja zakładająca, że ponad 50% nowotworów wykazuje defekt w regulacji apoptozy, jak również analiza molekularnych mechanizmów śmierci komórki wpłynęły na rozwój przeciwnowotworowych terapii z zastosowaniem czynników aktywujących receptory śmierci.

Wyróżniamy dwa zasadnicze szlaki apoptozy prowadzące ostatecznie do aktywacji kaskady kaspaz i śmierci komórki [5, 6]. Wewnątrzpochodna droga jest aktywowana przez wewnątrzkomórkowy sygnał, taki jak uszkodzenie DNA, stres oksydacyjny, natomiast zewnątrzpochodna przez stymulację receptorów śmierci po połączeniu z ligandem TRAIL, FasL czy TNF-&#ALPHA;. Stosowanie kombinacji chemio- i radioterapia stymulujących głównie mitochondrialny szlak apoptotyczny z cząsteczkami nowej generacji pobudzającymi receptorowy szlak, takimi jak TRAIL, skutkuje synergistycznym lub addycyjnym działaniem przeciwnowotworowym [5]. Czy zatem TRAIL odegra rolę Perseusza w zabijaniu komórek nowotworowych, a chemio- i radioterapia okażą się podarunkami od mitycznych bogów warunkującymi powodzenie misji?

dr hab. n. med. Ewelina Szliszka
Katedra i Zakład Mikrobiologii i Immunologii
Wydział Lekarski z Oddziałem Lekarsko-Dentystycznym w Zabrzu
SUM w Katowicach

Piśmiennictwo:

  1. Wiley S, Schooley K, Smolak P, Din W, Huang C, Nicholl JK, Sutherland GR, Smith TD, Rauch C, Smith CA: Identification and characterization of a new member of the TNF family that induced apoptosis. Immunity 1995; 3: 673-682.
  2. Pitti RM, Marsters SA, Ruppert S, Donahue CJ, Moore A, Ashkenazi A: Induction of apoptosis by Apo-2 ligand, a new member of the tumor necrosis factor receptor family. J Biol Chem 1996; 271: 12687-12690.
  3. Johnstone RW, Frew AJ, Smyth MJ: The TRAIL apoptotic pathway in cancer onset, progression and therapy. Nat Rev Cancer 2008; 8: 782-798.
  4. Holoch PA, Griffith TS: TNF-related apoptosis-inducing ligand (TRAIL): a new path to anti-cancer therapies. Eur J Pharmacol 2009; 625: 63-72.
  5. Russo M, Mupo A, Spagnuolo C, Russo GL: Exploring death receptor pathways as selective cancer therapy. Biochem Pharmacol 2010; 674-682.
  6. Szliszka E: Uwrażliwienie komórek raka gruczołu krokowego na działanie ligandu czynnika martwicy nowotworu indukującego apoptozę (TRAIL) przez polifenole pochodzenia naturalnego. Rozprawa habilitacyjna nr 14/2011, SUM Katowice.