Определены механизмы пролиферации крупных клеток меланомы

Размер клеток оказывает существенное влияние на клеточные процессы, в том числе транскрипцию и трансляцию. Именно поэтому регуляция размера клетки осуществляется за счет множества изощренных механизмов. Большинство работ в этой области выполнены на дрожжах, бактериях или нормальных клетках млекопитающих. О регуляции размера раковых клеток известно мало. При этом в клинической онкопатологии увеличение размеров клеток используют для определения стадии рака.

В новой работе для выяснения молекулярных основ увеличения размера злокачественных клеток британские ученые проанализировали 17 547 единичных клеток меланомы из 11 разных мышиных клеточных линий, относящихся к трем генетическим подтипам: мутация в BRAF; мутация в NRAS; мутация в NRAS/KDBRAF. Для каждой клетки провели мультиомный анализа и определили 60 параметров, ключевым из которых являлся размер клетки (cell area). После статистической обработки полученных данных клетки образовали три группы: 1) мелкие клетки; 2) более крупные клетки; 3) наиболее крупные клетки. Клетки с мутацией в NRAS/KDBRAF оказались крупнее остальных. (Этот генотип воспроизводит клиническую ситуацию, в которой происходит парадоксальная активация BRAF при терапии NRAS-мутантных опухолей ингибиторами BRAF.)

Ранее было показано, что плоидность ДНК и ее концентрация служат главными детерминантами клеточного размера. С помощью анализа ДНК использованных клеточных линий ученые определили, что как мелкие, так и крупные клетки в основном были диплоидными, хотя и образовывали минорные тетраплоидные популяции. Кроме того, количество ДНК в ядре линейно коррелировало с размером клеток (больше ДНК в ядре — больший размер).

В ходе исследования авторы сформировали набор данных, содержащий 9 215 белков и информацию о фосфорилировании для 4 312 белков. Опираясь на результаты более ранних работ, ученые сначала сфокусировались на двух белках, вовлеченных в деление клеток, — RB1 и CCND1. Концентрация RB1 была меньше в более крупных клетках. Слабая отрицательная корреляция с размером клеток наблюдалась и для CCND1 — проведя дополнительные исследования, ученые связали это со сниженной трансляционной активностью в крупных клетках.

На следующем этапе авторы разделили все белки на две группы: белки, которые экспрессируются в мелких клетках (регуляторы клеточного цикла и митоза), и белки, которые экспрессируются в крупных клетках. В первую группу попали регуляторы клеточного цикла и митоза, во вторую — белки, задействованные в липидном и гликолипидном метаболизме, а также компоненты внеклеточного матрикса. Экспрессия белков, участвующих в регуляции воспаления, в крупных клетках также была повышена.

Анализ двенадцати других клеточных линий меланомы с такими же генотипами (BRAF-мутанты, NRAS-мутанты, NRAS/KDBRAF-мутанты) подтвердил полученные результаты. Таким образом, мелкие клетки меланомы более активно экспрессируют регуляторы перехода G2-M и белки репарации ДНК, в то время как в крупных клетках изменен метаболизм и повышена экспрессия регуляторов, отвечающих за реорганизацию цитоскелета.

Более крупные клеточные линии поддерживали свой размер на фоне сниженного пролиферативного и биосинтетического сигналинга. Чтобы объяснить возможность дальнейшего роста клеток в таких условиях, ученые построили модель, основанную на том, что вероятность перехода клетки на следующую стадию клеточного цикла пропорциональна ее размеру. Согласно результатам моделирования, усиление клеточного роста запускает пролиферацию, когда нарушено масштабирование факторов пролиферации, например, снижается митогенный сигналинг.

Параметры модели — митогенные сигналы и скорость роста — были связаны с размером клетки нелинейно. В поисках белков, предсказывающих рост клеток, авторы остановились на продуктах генов TP53 и CDKN1A (оба гена вовлечены в остановку клеточного цикла в ответ на повреждение ДНК). Они обнаружили, что для крупных клеток меланомы характерны два состояния: высокая экспрессия TP53, низкая экспрессия CDKN1A и низкая экспрессия CCND1; низкая экспрессия TP53, высокая экспрессия CDKN1A и высокая экспрессия CCND1. Эти состояния увеличивают вероятность прогрессии клеточного цикла, но не перехода к старению, несмотря на сниженный биосинтез и митогенный сигналинг.