Рис. 1. Слева — мутация гена Ptpn11 в клетках крови у мыши и у человека вызывает JMML, одну из миелопролиферативных неоплазий (MPN). Cправа — экспрессия мутантного гена Ptpn11 в клетках стромы (stromal cell) кроветворных клеток вызывает MPN у мышей. Мутантные клетки стромы продуцируют факторы воспаления, в том числе белок CCL3, которые вызывают злокачественную трансформацию нормальных клеток крови, вызывая JMML-подобную MPN. Развитие MPN может быть заторможено блокировкой активности CCL3 (CCL3 blocker). Рисунок из популярного синопсиса к обсуждаемой статье в Nature

Сложилось твердое убеждение, что рак — злокачественное перерождение клетки — происходит вследствие возникающих в ней мутаций. Американские ученые показали, что это не всегда так. В экспериментах на мышах они обнаружили, что лейкемия (рак крови) может возникнуть из-за мутаций не только в кроветворных клетках, но и в их микроокружении. Полученные результаты имеют большое значение как для теоретической онкологии, так и, возможно, для клинической практики.

Хорошо известно, что мутации в стволовых кроветворных клетках, локализованных в красном костном мозге плоских костей (грудина, кости таза), могут вызывать чрезвычайно обильную продукцию белых клеток крови — лейкоцитов, — несущих эти мутации. В результате развивается рак крови — лейкоз, или лейкемия. Дальше речь пойдет об одном из видов рака крови, встречающемся у маленьких детей, — ювенильной миеломоноцитарной лейкемии (см. Juvenile myelomonocytic leukaemia, JMML). JMML относится к миелопролиферативным неоплазиям (см. Myeloproliferative neoplasm, MPN), при которых происходит накопление миелоидных клеток. В настоящее время эту лейкемию лечат удалением больных стволовых кроветворных клеток с помощью химиотерапии и последующей пересадкой таких клеток от здорового донора. Но примерно в половине случаев после такой процедуры наблюдаются рецидивы болезни.

Известно, что риск развития лейкемии, и особенно JMML, высок у детей с довольно часто встречающейся наследственной аномалией (1:8000 новорожденных) — синдромом Нунан. У 50% пациентов с синдромом Нунан имеются мутации в гене Ptpn11, активирующие кодируемую им одну из тирозиновых протеинфосфатаз (PTP) — SHP2. Эти мутации имеют доминантный характер: для проявления заболевания достаточно мутации в одном из пары генов диплоидного генома. Также известно много случаев не наследственной, а спорадической JMML. В этих случаях у более чем 90% больных в кровяных клетках найдены мутации в генах, контролирующих сигнальный путь передачи информации в клетке RAS-ERK. Из них особенно часто мутирует уже известный нам ген Ptpn11. До настоящего времени работы по связи мутаций Ptpn11 с JMML фокусировались именно на кроветворных и кровяных клетках.

Авторы обсуждаемой статьи в Nature проводили эксперименты на мышах, которым были введены генно-инженерные конструкции, обеспечивавшие избирательную экспрессию гена Ptpn11 с мутацией E76K в определенных тканях. Исследовалось влияние мутаций, активирующих продукт гена Ptpn11 в различных типах клеток.

В результате подтвердились имевшиеся ранее данные о том, что экспрессия Ptpn11^E76K в кроветворных клетках вызывает у мышей JMML-подобную MPN. У мутантных мышей наблюдался комплекс симптомов, характерных для MPN: сильно увеличенная селезенка, резкое увеличение количества белых клеток крови, признаки лейкемии в костном мозге и в других тканях и органах.

Но кроме того оказалось, что и при наличии данной мутации в клетках стромы (окружения стволовых кроветворных клеток) у мышей также наблюдались проявления MPN — несмотря на отсутствие мутации в кроветворных клетках и клетках крови (рис. 2). Мутантное микроокружение резко ускоряло дифференцировку кроветворных клеток в зрелые формы и вызывало злокачественное накопление последних в крови.

Рис. 2. MPN-специфичное увеличение размера (слева) и массы (справа) селезенки у мышей при мутации Ptpn11^E76K в клетках стромы, окружающих стволовые кроветворные клетки. А — мыши без мутации, Б — мыши с мутацией. Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature

Более того, оказалось, что если генетически нормальные стволовые кроветворные клетки из мутантного микроокружения пересадить нормальным мышам, у них также развивается MPN. Таким образом, мутантное микроокружение вызывает в нормальных кроветворных клетках какие-то отличные от мутаций Ptpn11^E76K модификации, делающие их злокачественными. Что это за модификации и как они влияют на сигнальный путь RAS-ERK, пока неясно. Выяснение природы этих модификаций, возможно, позволит понять, почему в 5–10% случаев JMML генетическая природа болезни остается неизвестной.

Изучение механизмов действия мутантного микроокружения показало, что эти клетки секретируют повышенное количество ряда биологически активных молекул, связанных с воспалительными процессами. Эти молекулы могут служить биомаркерами повышенного риска JMML у детей. Среди них особенно интересным оказался хемокин CCL3, усиленная продукция которого обнаруживалась не только у экспериментальных мышей, но и у детей, больных JMML. Введение Ptpn11^E76K-мышам антагонистов рецепторов CCL3, блокирующих его действие, позволяло «вылечить» их от неоплазии. Уменьшался вес селезенки (рис. 3), снижалось количество белых клеток в кровотоке, количество миелоидных клеток — в костном мозге, в селезенке и в кровотоке. Это наблюдение представляется чрезвычайно ценным. Возможно, применение таких ингибиторов позволит затормозить развитие JMML у пациентов, избавит их от необходимости пересадки стволовых кроветворных клеток.

Рис. 3. Шести-семи-месячным мышам, у которых в строме кроветворных клеток экспрессировался ген Ptpn11^E76K, в течение 23 дней вводили антагонисты CCL3 (Б). Показано уменьшение размеров селезенки (слева) и ее массы (справа) по сравнению с «нелеченными» мышами (А). Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature

Таким образом, проведенные исследования позволили установить важнейший факт: мутации в микроокружении кроветворных клеток костного мозга могут индуцировать лейкемию. Полученные результаты открывают широкие перспективы для дальнейших исследований. Например, при синдроме Нунан известны различные мутации в гене Ptpn11, а также мутации в ряде других генов. Нужно установить, в какой мере мутации Ptpn11 и мутации этих других генов в клетках микроокружения костного мозга могут быть связаны с клиникой JMML.

Результаты работы американских ученых могут оказать влияние на прогресс в различных областях онкологии. Становится все более ясно, что взаимодействие раковых клеток и их микроокружения сильно влияет на развитие рака (не только лейкозов) и его ответ на терапию. Известно, что воспалительные процессы могут индуцировать рак и способствовать его прогрессии. При раковых опухолях главным эффектом воспаления, связанного с опухолью, является подавление противоракового иммунного ответа. Поэтому интересно выяснить, как эффективное в случае мышиной JMML подавление действия CCL3 — противовоспалительная терапия — индуцирует или усиливает противолейкемийный иммунный ответ.

Источник: Lei Dong, Wen-Mei Yu, Hong Zheng, Mignon L. Loh, Silvia T. Bunting, Melinda Pauly, Gang Huang, Muxiang Zhou, Hal E. Broxmeyer, David T. Scadden, Cheng-Kui Qu. Leukaemogenic effects of Ptpn11 activating mutations in the stem cell microenvironment // Nature. 2016. V. 539. P. 304–308.

См. также:
Gordon Chan, Benjamin G. Neel. Cancer: Bad neighbours cause bad blood // Nature. 2016. V. 539. P. 173–175. (Популярный синопсис к обсуждаемой статье.)

Вячеслав Калинин