Прокариот-генетическая эпигенетическая теория канцерогенеза, ассоциированного с Helicobacter pylori

Размещено на http://allbest.ru

Тернопольский государственный медуниверситет

Прокариот-генетическая эпигенетическая теория канцерогенеза, ассоциированного с Helicobacter pylori

Кованова Эльвира Николаевна

канд.мед.наук, доцент

Климнюк Сергей Иванович, профессор, заведующий кафедрой

Творко Михаил Стефанович, доцент,

Прокариот Helicobacter pylori - первый и пока единственный микроорганизм, у которого удалось установить связь с онкогенезом человека. Многочисленные факторы патогенности Helicobacter pylori - продукты генов cagA и vacA,- помогают раскрывать механизм провоспалительных реакций при неонкогенных хеликобактериозах: остром, хроническом, атрофическом гастрите, язвенной болезни. Однако до сих пор считаются неизвестными механизмы малигнизации, в том числе и молекулярные, ассоциированные с бактерией при дистальной аденокарциноме желудка и MALT лимфоме.

В то же время в результате экспериментальных исследований последних десятилетий, проведенных in vitro и in vivo, в геноме Helicobacter pylori обнаружены генетические элементы непосредственно связанные с онкогенезом, такие как онкогены бактерии cagA, vacA, babA2 [11 с.2], новый регион i1 гена vacA [12 с.2].

Главный фактор патогенности при провоспалительных хеликобактериозах. Экспериментами, проведенными на молекулярном уровне, удалось установить особенности тирозинкиназного фосфорилирования продуктов онкогенов Helicobacter pylori, непосредственно связанных с канцерогенезом.agA оказался первым онкобелком бактериального происхождения, вовлеченным в карциногенез [4 с.2; 5 с.2; 5,10 с.2].

Эти и другие исследования по этому вопросу дают возможность проследить связь генетического онкогенного потенциала бактерий с патогенезом заболеваний и, прежде всего, сделать заключение о соответствии онкогенеза бактерии общим механизмам туморогенеза:

онкоген > онкобелок > трансформация > туморогенез,

как это представлено для хеликобактера на табл. 1

Табл. 1. Схема онкогенеза Helicobacter pylori

До сих пор считается, что только онкогены вирусов обладают канцерогенными свойствами, а для прокариотов аналогичная канцерогенная активность остается не установленной. При онкогенных хеликобактериозах канцерогенез ассоциируют с генотоксическими веществами, свободными радикалами, перекисью водорода вблизи Helicobacter pylori [2 c.2].

В то же время результаты экспериментальных исследований показывают, что триггерами хеликобактерного канцерогенеза, как и вирусного, являются онкогены бактерии. Прокариот-генетический путь, как оказалось, имеет более сложный механизм по сравнению с вирусами, так как вирулентные штаммы Helicobacter pylori кроме онкогенного потенциала хеликобактерии вовлекают в канцерогенез также рецептор эпидермального фактора роста (EGFR).

Прокариот-генетический путь канцерогенеза хеликобактера, детерминируемый онкогенами бактерии cagA, vacA, babA2, во многом соответствует вирусо-генетической теории Л.А. Зильбера. Вирусный канцерогенез ретровирусов животных также как и прокариотный контролируется онкогенами по подобному механизму. Аналогичное онкогенное детерминирование х - онкогеном обнаружено в последнее время и у ДНК вируса гепатита В [7 с.3].

Главным в механизме хеликобактерного канцерогенеза, как и для вирусного, является тирозинкиназное фосфорилирование, нехарактерное для нормального метаболизма клеток.

Подобно низкоонкогенным медленнодействующим онкорнавирусам Helicobacter pylori индуцирует канцерогенез после длительного (10-15 лет) латетного периода. В то же время бактериальный онкогенез имеет и некоторые особенности, которые отличают его от вирусного.

Как правило, при вирусном канцерогенезе за онкогенез отвечают отдельные гены - онкогены, которые не несут иных функций кроме канцерогенеза. У бактерии за канцерогенез отвечают три онкогена бактерии - cagA, vacA, babA2, локализованные в хромосоме и острове патогенности cag PAI. Ранее они рассматривались только как гены, контролирующие факторы патогенности.

Как было установлено, ген cagA - главный ген патогенности Helicobacter pylori локализованный в острове патогенности cag PAI около 60 % штаммов, отвечает за воспаление. Ген vacA, присутствующий в хромосоме 100 % штаммов, детерминирует продукцию вакуолизирующего цитотоксина. Ген babA2 отвечает за адгезию бактерий.

Основанием для оценки генов cagA, vacA, babA2, как онкогенов, были результаты экспериметальных исследований, которые показали, что эти гены одновременно с воспалением, вакуолизацией цитоплазмы эукариот детерминируют предраковое изменение конструкции клеток [4 с.3; 5 с.3] и аденокарциному желудка [11 с.3].

Была показана синергичность действия генов cagA, vacA, babA2 при кишечной метаплазии [16 с.3], а присутствие в геноме бактерии гена адгезии babA2, одного или в сочетании с cagA, vacAs1 - статистически достоверно ассоциируется с развитием пренеопластических изменений в желудке пациентов [15 с.3].

Экспериментально подтверждено, что белок СagA, продукт главного гена патогенности сagA, одновременно функционирует как эпигенетический онкопротеин, провоцирующий развитие ранних фаз развития рака желудка [6 с.3]. Обнаруженная недавно новая детерминанта гена vacA - регион i1 Нelicobacter pylori более тесно чем аллели гена vacA s1m1 достоверно ассоциируется с дистальной аденокарциномой желудка [12 с.3].

Таким образом, гены патогенности оказались полифункциональными, так как детерминируют и факторы патогенности, и канцерогенез [9 с.3].

Полифукциональность онкогенов хеликобактера - новая, ранее неизвестная, особеннность генетического потенциала H. pylori. Полагают, что гены cagA, vacA, babA2 уже на стадии хронического гастрита индуцируют развитие последующих стадий: атрофического гастрита, метаплазии, дисплазии и последней стадии - аденокарциномы [11 с.4].

Особенностью бактериальных онкогенов является их уникальность. В частности, последовательности cagA не встречаются среди других видов хеликобактерий, гомолог гена сagA не обнаружен ни в одном виде бактерий вообще.

Вакуолизирующий цитотоксин VacA, детерминируемый онкогеном vacA, - уникальный экзотоксин бактерий, аминокислотные последовательности которого не встречаются ни у одного из известных бактериальных или эукариотических белков. В связи с этим вряд ли можно согласиться с предположением, что cagA и vacA могли быть перенесены в H. pylori от других микроорганизмов с помощью острова патогенности или иным путем.

Онкогены H. pylori участвуют в канцерогенезе, как правило, в ассоциации. Так, онкогенные хеликобактериозы способны индуцировать только cagA+ штаммы в ассоциации с vacAs1, а babA2 при кишечной метаплазии может ассоциироваться с генами cagA, vacA.

Бактериальный онкогенез отличается от вирусного оригинальным способом передачи генетической информации в клетку-мишень. Если вирусы, используя эндоцитоз, проникают внутрь клетки вместе с вирионом и затем встраивают в геном клетки свой онкоген, то онкогены бактерии после ее адгезии на поверхности клетки только детерминируют поступление внутрь клетки онкобелка CagA и цитотоксина VacA, сохраняя, как правило, внеклеточную локализацию.

Согласно вирусо-генетической теории возникновения рака, интеграция генома или части генома вируса является обязательным и необходимым условием вирусного канцерогенеза.

Отсутствие интеграции онкогенов при бактериальном канцерогенезе обуслaвливает эпигенетический его характер, когда проникающие в клетку продукты онкогенов бактерии инициируют малигнизацию, не изменяя геном клетки. Bирусные же онкогены, напротив, трансформируют клетки вследствие интеграции в их геном.

Эпигенетическое фосфорилирование, эпигеномный характер хеликобактерной малигнизации - особенность бактериального канцерогенеза. Состояние «предрака» при хеликобактерной инфекции в виде эпидермального мезенхимального превращения (ЕМТ), как заключительного этапа прогрессии эпителиальной опухоли - приобретение черт фибробластов, подтверждает эпигенетический механизм хеликобактерной малигнизации. Эти изменения имеют физиологическую природу, а не генетическую, и обратимы [1 c.4].

Внеклеточная локализация онкогенов обуславливает также неспособность хеликобактера активировать протоонкогены клетки и индуцировать инсерционный мутагенез, что может иметь место при вирусном канцерогенезе.

В отличие от небактериальных онкогенезов, когда при немелкоклеточном раке человека, саркоме Рауса кур используются только рецепторные тирозинкиназы, а при раке печени, инициированном вирусом гепатита В, -цитозольные, при бактериальном, наряду с рецепторными в фосфорилирование вовлекаются также цитозольные(нерецепторные) тирозинкиназы.

Механизм канцерогенеза Helicobacter pylori представлен на рис. 1.

Рис.1. Механизм онкогенеза Helicobacter pylori

Итак, главным механизмом бактериального, как и вирусного онкогенного канцерогенеза, вляется тирозинкиназное фосфорилирование. В процессе фосфорилирования хеликобактер активирует рецепторные тирозинкиназы EGFR и цитозольные тирозинкиназы цитоплазмы клетки.

В дальнейшем для фосфорилирования бактерия использует общие с EGFR рецептором ERK MARK митогенные сигнальные пути, по которым сигнал передается в ядро клетки, где активируется транскрипция генов ядра, происходит синтез и репликация ДНК, что определяет начало митоза. В результате нарушается нормальный G1,S,G2 цикл митоза, стимулируется и нарушается пролиферация. Гиперпролиферация клеток считается основным признаком опухолевого роста.

Усиленная пролиферация отмечалась Yu et al. (2002) у пациентов инфицированных babA2 штаммами cagA+vacAs1 генотипов с пренеопластическими изменениями в желудке [15 с. 6].

Онкобелок СagA, продукт онкогена сagA, является первым онкобелком бактериального происхождения, вовлеченным в процесс канцерогенеза. Поступив внутрь клетки по 4 типу секреции с помощью генов острова патогенности cag PAI (около 40 генов), CagA фосфорилируется тирозиновыми протеинкиназами семейства Src клетки (детерминируются протоонкогеном с-src).

Тирозинфосфорилированный белок CagA присоединяется и активирует фосфатазу SHP-2 и Sck киназу. Важную роль в активации SHP-2 фосфатазы имеет SH-2 домены, которые непосредственно является мишенью для фосфорилированного CagA.

Активирование фосфатазы и киназы приводит к ненормальному активированию и запуску каскада MARK ERK киназ сигнальных путей клетки, что подобно неудержимой стимуляции EGF фактора может повышать риск развития рака желудка [4 с.6; 5 с.6;10 с.6].

Активация тирозинкиназ осуществляется с помощью SH-2 доменов. Внутриклеточный домен рецептора EGFR активируется собственными доменами SH-2 и вследствие этого приобретает тирозинкиназную активность. При фосфорилировании СagA домены SH-2 тирозинфосфатазы также аналогично активируют тирозинфосфатазы клетки

Вследствие фосфорилирования СagA нарушаются межклеточные контакты и цитоскелет клеток, полярность и подвижность, стимулируется пролиферация париетальных клеток желудка [14 с.6]. Белки семействa Src участвуют также в передаче интегринзависимых сигналов в клетке, которые побуждают ее деление.

Клетка как будто не распознает чужеродный для нее бактериальный онкобелок СagA, который фосфорилируется подобно эпидермальному фактору роста EGF - (EGF-like) при нормальном метаболизме и протекает аналогично фосфорилированию нормальных компонентов клетки.

В результате фосфорилирования СagA создается дополнительный к нормальному, автономный эффект активации тирозинкиназ клетки и пролиферация, которые не зависят от цикличной G1,S,G2 пролиферации, регулируемой в неинфицированных клетках EGFR рецептором, и, таким образом, нарушается нормальная цикличность пролиферации клеток. Поступление новых порций онкобелка СagA внутрь клетки при длительном инфицировании в различные фазы ее пролиферации может создавать также эффект стимуляции и дерегулирования пролиферации.

Следует отметить, что аналогичная автономная, нерегулируемая клеткой пролиферация при вирусном канцерогенезе, в отличие от бактериальной, детерминируется доминантными онкогенами вирусов, интегрированными в геном клетки.

С тирозинкиназным фосфорилированием SH-2 связан и «колибри фенотип» хеликобактера (удлинение клеток культуры ткани), который утрачивается при ингибировании трансферазы, разрушении комплекса фосфорилированный СagA + SHP2, отсутствии домена SH2. Этот феномен, обусловленный влиянием СagA Helicobacter pylori на цитоскелет клетки, аблюдается уже через 36 часов в опытах с культурой клеток AGS[13 c.7].

Цитотоксин VacA, также как и СagA, активирует внутриклеточные цитозольные тирозинкиназы и сигнальные пути. Активируя тирозинкиназы после проникновения внутрь клетки субъединица А VacA, тем самым дополнительно усиливает эффект активации, достигаемый фосфорилированием CagA.

Субъединица В VacA, отвечающая за адсорбцию токсина на поверхности клетки, в случае присоединения к EGFR, возможно, может играть роль лиганда и активировать вследствие этого внутриклеточный домен рецептора, который, как известно, обладает рецепторной тирозинкиназной активностью.

Гиперэкспрессия EGFR клетки, обнаруженная при инфицировании вирулентными хеликобактерами, приводит к изменению трансдукции, гиперэкспрессии сигнальных путей, изменению профиля активации генов [8 с.7]. При этом сохраняется тирозинкиназный механизм фосфорилирования внутриклеточного домена, что приводит к трансактивации рецепторной тирозинкиназы. онкогенный хеликобактериоз фосфорилирование

Таким образом, фосфорилирование EGFR рецептора и продуктов онкогенов при онкогенном хеликобактериозе дает суммарный эффект избыточной гиперактивации тирозинкиназ, что и является ключевым механизмом бактериального онкогенеза, в результате которого нарушается пролиферация.

Известно, что активация тирозинкиназ, имеет место также при некоторых других небактериальных канцерогенезах. При гепатобилиарной карциноме (вирус гепатита В), например, активируются тирозинкиназы семейства Src, а при гиперактивации тирозинкиназы внутриклеточного домена EGFR, когда последний работает в режиме постоянной активации, - возникает немелкоклеточный рак легкого.

Следует отметить, что одинаковый тирозинкиназный путь сохраняется в случае несколько отличных молекулярных механизмах малигнизации при вирусном канцерогенезе животных и бактериальном у человека. Так, при саркоме Рауса трансформация клеток ассоциируется с неудержимой продукцией избыточной тирозинкиназы вируса - аналога рецепторной тирозинкиназы клетки. Создается эффект дозы онкогена.

При бактериальном канцерогенезе вместо избыточной продукции имеет место избыточная активация тирозинкиназ. Обращает на себя внимание, что тирозинкиназы обнаружены в нормальных эпителиальных клетках человека и животных и активация тирозинкиназы внутриклеточного домена имеет место при нормальном метаболизме клеток. Малигнизацию клеток индуцирует избыточная продукция и избыточная активация тирозинкиназ, и, следовательно, количественные, а не качественные изменения лежат в основе как вирусного так и бактериального онкогенеза.

Хронический хеликобактерный канцерогенез в процессе длительного инфицирования может приводить к нарушению митоза и пролиферации клеток. В настоящее время то, что «хронический митогенез ведет к мутагенезу» рассматривается как универсальный механизм онкогенеза [12 с.8].

Можно предположить, что при длительной, в течение десятилетий, инфицированности хеликобактером, вследствие накопления в геноме клетки инфицированных людей спонтанных и индуцированных мутаций, возможна трансформация эпигенетического пути канцерогенеза в генетический.

Считается, что при отсутствии лечения однажды инфицированный человек может сохранять хеликобактер в организме пожизненно. Риск развития онкогенного заболевания, прежде всего, зависит от генетического потенциала шамма бактерии. Дистальная аденокарцинома желудка и MALT лимфома ассоциируются с присутствием в геноме бактерии гена cagA (cagA+ штаммы), онкогенов cagA, vacA, babA2, наличием у vacA гена s1m1 аллелей и региона i1.

Библиографический список

1. Абелев Г.И., Эрайзер Г.Л. На пути к пониманию природы рака\\ Биохимия.-2008.-73.-5.-С. 605-618.

2. Чернявский В.Н.,Бирюкова С.В.,Мартынов А.В. и др. Helicobacter pylori- Herpesvsridae ассоциации в этиопатогенезе поражения желудка, современные аспекты изучения.\\Анали Мечніковського інституту.-2005.-1.- С. 48-65.

3. Hatakeyama M. The role of Helicobacter pylori CagA in gastric carcinogenesis //Int.J.Hemat.-2006.-84(4).- P.301-308.

4. Hatakeyama M. Helicobacter pylori and cancerogenesis//J. Gastroenterol.-2009.-44(4).-P.239-248.

5. Higashi H., Tsutsumi R., Muto S. et al. SHP-2 Tyrosine Phosphatase as an Intracellular Target of Helicobacter pylori CagA Protein//Science.-2002.-295.-P.683-686.

6. Ishikawa S.,Ohta T., Hatakeyama M. Stability of Helicobacter pylori CagA oncoprotein sn human gastric epithelial cells//FEBS letters.-2009.- 583(14)/- P.2414-2418.

7. Kew M.C.//Hepatitis B virus X protein in the pathogenesis of hepatitis B virus-induced hepatocelulae carcinoma//J.Gastroenterol.Hepatol.-2011.-26.-Suppl.1-P.144-152.

8. Кim J.,Kim N., Park J.H. et al.//The Effect of Helicobacter pylori on Growth Factor Receptor-induced Signal Transduction and the Preventive Effect of Celecoxib in Gastric Cancer Cells.- Gut. Liver.-2013.-7(5).- P.552-559.

9. Кованова Е.М., Климнюк С.І., Творко М.С. Гени cаgA,vacA Helicobacter pylori, асоційовані з раком шлунка\\ Збірник матеріалів міжнародної науково-практичної конференції «Медична наука та практика ХХ1 століття».-Київ.- 2012.-С.12-15.

10. Peek K.M.Jr., Blaser M.J., Mays D.J. et al. Helicobacter pylori strain - specific genotypes and modulation of the gastric epithelial cell cycle// Cancer Res.- 1999.-15.-59(24).-P. 6124.-6131.

11. Leung W.K. Helicobacter pylori and Gastric Neoplasma//Infection and Inflammation: Impact on Oncogenesis.Contribution to Microbiologiy.-2006.- 13.-P.66-80.

12. Rhead J.L., Letley D.P., Mohamandi M. et al. A new determinante vaculating cytotoxin Helicobacter pylori - intermediated region is associated with gastric cancer// Gastroenterology.- 2007.-133.-3.- P.926-936.

13. Segal E.D., Cha J., Lo J. et al. Altered states:Involvement of phosphorilated CagA in the induction of host cellular growth changes by Helicobacter pylori//Proc. NatI. Acad. Sci. USA.-1999.- 7.-96(25).- P.14559-14564.

14. Yokota S., Okabayashi T., Rehli M. et al.//Helicobacter pylori lipopolisacharides upregulate toll-live receptor 4 expression and proliferation of gastric epithelial cells via the MEK Ѕ -Erk1/2 mitogen-activated protein-kinase pathway//Infect. Immun. -2010.-76.-1.-P.468-476.

15. Yu J., Leung W.K.,Go M.Y. et al. Relationship between Helicobacter pylori babA2 status with gastric epithelial turnover and prevalignant gastric lesions. //Gut.- 2002.-51.-P.480-484.

16. Zumbon C.F.,Novaglia F., Basso D. et al. Helicobacter pylori babA2, cagA, and s1 vacA genes work sinergistically in cousing intestinal metaplasia//J.Clin.Path. - 2003.-56.- P. 287-296.

Аннотация

УДК 576.385.5\.579.835.12

Прокариот-генетическая эпигенеtическая теория канцерогенеза, ассоциированного с Helicobacter pylori. Кованова Эльвира Николаевна, канд.мед.наук, доцент, Тернопольский медуниверситет, доцент кафедры

Климнюк Сергей Иванович, профессор, заведующий кафедрой Тернопольского государственного медуниверситета, e-mail klymnyuk@yahoo.com Творко Михаил Стефанович, доцент, доцент кафедры Тернопольского государственного медуниверситета, e-mail tvorko@ukr.net

На основании экспериментальных исследований установлен прокариот-генетический механизм онкогенеза Helicobacter pylori, триггерами которого являются полифункциональные онкогены cagA, vacA, babA2. В отличие от вирусных, они не интегрируют в геном клетки. Главный механизм малигнизации - избыточная гиперактивация тирозинкиназ при фосфорилировании. СagA и VacA проникают внутрь клетки и ненормально активируют клеточные цитозольные (нерецепторные) тирозинкиназы семейства Src. Гиперэкспрессия EGFR ассоциируется с гиперактивацией тирозинкиназы рецепторного типа внутриклеточного домена рецептора EGFR. Избыточная активация клеточных и рецепторных тирозинкиназ инициирует гиперактивацию каскада ЕRK MARK сигнальной трансдукции путей клетки, активирует транскрипцию генов ядра, нарушает пролиферацию клеток. Фосфорилирование имеет эпигенетический механизм.

Ключевые слова: фосфорилирование; тирозинкиназa; онкоген; Helicobacter pylori; EGFR; эпигенетический.

Abstract

Prokaryot-genetic mechanism of carcinogenesis Helicobacter pylori have based on the experimental dates.Triggers are multifunctionale oncogenes cagA, vacA, babA2. They are not integrated into the genome of the cell unlike the virus. The main mechanism of the malignisation - excessive transactivation of the tyrosine kinases by tyrosine kinases phosphorylation. СagA and VacA, which penetrate into the cell, activate cytosolic (nonreceptors) tyrosine kinases of the family Src abnormally. Overexpression of EGFR has the transactivation of the EGFR receptor of the tyrosine kinases of the intracellular domain. Excessive activation of the tyrosine kinases of EGFR receptor and Src family kinases initiate the transactivation of the cascade ERK MARK kinases of signal transduction pathways of the cells, causing them to activate the transcription of соre genes, breaks the proliferation of cells. Phosphorylation is epigenetic mechanism.

Keywords: phosphorylation; tyrosine kinase; oncogene; Helicobacter pylori; EGFR; epigenetic

Размещено на Allbest.ru