Назад
Более двух десятилетий исследователь Университета Алабамы в Бирмингеме Сьюзан Беллис, изучала, как добавление сиаловой кислоты к различным белкам повышает устойчивость и онкогенность рака.
Одним из ферментов, который переносит сиаловую кислоту к целевым гликопротеинам, является ST6Gal-I, и в последние годы он привлекает повышенное внимание в области онкологии. ST6Gal-I повышен при раке молочной железы, глиомах, раке поджелудочной железы, раке простаты и раке яичников, и он играет ключевую роль в прогрессии опухоли и метастазировании.
При метастазировании клетки перемещают себя с помощью механики клеточной адгезии - интегрины на клеточной мембране могут прикрепляться к поверхности, действуя как крошечные якоря. Затем цитоскелет клетки толкает переднюю часть клетки вперед, чтобы установить новые якоря, а задние якоря отпускаются. Такая подвижность клеток жизненно важна в эмбриогенезе, развитии и заживлении ран. Однако при раке миграция клеток может быть смертельно опасной.
Исследователь Алекса Маттейзес может напрямую изучать механику клеточной адгезии, используя зонды ДНК с натяжением, отображающие лиганд интегринов и прикрепленные к поверхности покровного стекла. Когда клетка связывается с зондом натяжения и прикладывает силу, дуплекс ДНК разделяется, генерируя флуоресцентный сигнал, изменения которого отслеживаются с помощью сложной флуоресцентной микроскопии. Два года назад лаборатория Маттейзес показала, что активация рецептора эпидермального фактора роста, или EGFR, его лигандом - эпидермальным фактором роста, или EGF - модулирует силы интегринов и ослабляет механический порог для натяжения интегринов и образования фокальных адгезий. Фокальные адгезии - это механические связи, якоря, с внеклеточным матриксом вне клетки. Они также являются местом передачи механической силы и регуляторных сигналов. Рецептор на поверхности клетки, например EGFR, передает сигнал от внешнего лиганда внутрь клетки.
Лаборатории Маттейзес и Беллис сотрудничали с целью расширения работы по EGFR, изучая влияние добавления сиаловой кислоты к EGFR на клеточную механику. В исследовании, опубликованном в журнале Journal of Biological Chemistry и включающем анализы трех типов раковых клеток человека, они сообщают, что ST6Gal-I-опосредованное сиалилирование EGFR модулирует клеточную механику и усиливает инвазию раковых клеток.
"Учитывая широкое влияние сиалилирования и прогностическую ценность экспрессии ST6Gal-I, улучшенное понимание того, как ST6Gal-I-опосредованное сиалилирование изменяет клеточную механику, может открыть дверь для нового спектра противораковых терапий", - говорит Маттейзес. "Наши результаты помогают преодолеть механистический разрыв в этой области, демонстрируя потенциальную ценность онкогенного механосигналинга как терапевтической мишени".
"С клинической точки зрения, повышенное сиалилирование гликопротеинов связано с канцерогенезом, а ST6Gal-I способствует развитию жизненно важных признаков рака, таких как самообновление, инвазивность, пролиферативный потенциал и устойчивость к гибели клеток", - отмечает Маттейзес. "Хотя механические изменения в клетках и тканях также способствуют развитию злокачественных опухолей и метастазов, основные механизмы, с помощью которых эти изменения способствуют развитию рака, остаются недостаточно изученными".
Исследователи использовали клетки почек приматов в качестве тестовой системы, а также три типа раковых клеток человека. В клетки с низким содержанием или отсутствием ST6Gal-I они ввели и сверхэкспрессировали фермент. В клетках, экспрессирующих ST6Gal-I, экспрессия была подавлена. Затем они сравнили сверхэкспрессирующие и слабо экспрессирующие клетки, используя натяжение ДНК и флуоресцентную микроскопию.
Они обнаружили, что сверхэкспрессия ST6Gal-I способствовала распространению клеток и созреванию фокальных адгезий в активированном EGFR-зависимом режиме. Регистрация силы, действующей на клетки, с помощью ДНК-тросов показала, что сверхэкспрессия ST6Gal-I приводит к увеличению напряжения, создаваемого интегринами. Классические биологические анализы рака показали, что сверхэкспрессия ST6Gal-I усиливает механосигнал, что приводит к увеличению миграции, инвазии, пролиферации и выживаемости.
Исследователи также изучили сигнальные каскады EGFR, которые могут регулировать механические результаты или изменения в морфометрии клеток - количественном анализе формы. Они обнаружили, что изменения механических свойств клеток - таких как натяжение интегринов, зарождение фокальных адгезий и увеличение площади распространения клеток - зависят от внеклеточной сигнально-регулируемой киназы, или ERK, пути. Напротив, увеличение клеточной миграции, инвазии, пролиферации и выживания контролировалось каскадом фосфоинозитид-3-киназа-Akt серин/треониновая киназа, или AKT. Они также обнаружили, что высокая активность ST6Gal-I приводит к устойчивому удержанию EGFR на мембране, что делает его ключевым регулятором клеточной механики.
"Наши результаты свидетельствуют о новом механизме, зависящем от сиалилирования, который регулирует клеточную механику и усиливает подвижность клеток посредством EGFR-сигнализации", - сообщает Маттейзес.
Tejeshwar C. Rao et al. ST6Gal-I-опосредованное сиалилирование рецептора эпидермального фактора роста модулирует клеточную механику и усиливает инвазию (аннотация).
Гетерогенность гликокаликса влияет на механику клеточной адгезии и сигнализацию. Однако роль конкретных подтипов гликозилирования в воздействии на клеточную механику через изменение функции рецепторов остается неизученной. Было показано, что добавление сиаловой кислоты к терминальным гликанам влияет на рост, развитие и прогрессирование рака. Кроме того, сиалилтрансфераза ST6Gal-I способствует активности рецептора эпидермального фактора роста (EGFR), и мы показали, что EGFR является "аллостерическим механоорганизатором" натяжения интегринов.
В данной работе мы исследовали влияние ST6Gal-I на клеточную механику. Используя датчики натяжения на основе ДНК с переменными пороговыми значениями, мы обнаружили, что высокая активность ST6Gal-I способствует увеличению силы натяжения интегринов и распространению в Cos-7 и раковых клетках OVCAR3, OVCAR5 и OV4. Далее, используя ингибиторы и блокирующие функции антитела против β1, β3 и β5 интегринов и ST6Gal-I мишени EGFR, рецептора фактора некроза опухоли и рецептора смерти Fas на клеточной поверхности, мы подтвердили, что наблюдаемые фенотипы специфичны для EGFR.
Мы обнаружили, что в то время как растяжение, сократимость и адгезия зависят от внеклеточно-сигнально-регулируемой киназы, распространение, пролиферация и инвазия зависят от фосфоинозитид-3-киназы-Akt серин/треониновой киназы. Используя флуоресцентную микроскопию с полным внутренним отражением и проточную цитометрию, мы также показали, что высокая активность ST6Gal-I приводит к устойчивому удержанию EGFR на мембране, что делает его ключевым регулятором клеточной механики.
Наши результаты свидетельствуют о новом механизме, зависящем от сиалилирования, который регулирует клеточную механику и усиливает подвижность клеток посредством EGFR-сигнализации.
