Claudin 1 în Tumorigeneza mamară: Revelarea unui posibil Nou Subset de cancer mamar „Claudin High”

rezumat

Claudinele sunt componenta majoră a joncțiunilor strânse din celulele epiteliale și, ca atare, joacă un rol cheie în localizarea polarizată a canalelor ionice, a receptorilor și a enzimelor la diferitele domenii ale membranei. În acest sens, claudinele sunt necesare pentru dezvoltarea armonioasă a unui epiteliu funcțional. Mai mult, joncțiunile strânse defecte au fost asociate cu dezvoltarea fenotipului neoplazic în celulele epiteliale. Defalcarea interacțiunilor celulă-celulă și dereglarea expresiei proteinelor joncționale sunt, prin urmare, considerate a fi pași cheie în invazie și metastaze. Mai multe studii sugerează că claudinii sunt participanți majori la tumorigeneza mamară. În această lucrare, discutăm progresele recente în înțelegerea rolului potențial al Claudinei 1 în cancerul de sân. De asemenea, discutăm despre semnificația unui subset de cancer de sân negativ al receptorilor de estrogen care exprimă niveluri „ridicate” ale proteinei claudin 1. Propunem ca claudin 1 să funcționeze atât ca supresor tumoral, cât și ca amplificator/facilitator tumoral în cancerul de sân.

1. Cancerul de sân

cancerul de sân rămâne unul dintre cele mai frecvent diagnosticate tipuri de cancer în rândul femeilor din America de Nord . Pe baza observațiilor moleculare, epidemiologice și histologice, un model de progresie morfologică pentru cancerul de sân a fost asamblat în ultimul deceniu . Acest model propus (Figura 1) conturează un continuum de leziuni care descriu o progresie treptată a cancerului de sân, de la hiperplazia epitelială, prin hiperplazia atipică și carcinomul ductal in situ, până la carcinomul invaziv și, eventual, boala metastatică . În ciuda multor progrese în diagnosticul și tratamentul cancerului de sân, metastazele rămân o provocare insurmontabilă. Aproximativ 40% dintre femei nu reușesc în prezent strategiile primare de management pentru cancerul de sân timpuriu și, în cele din urmă, cedează bolii.

Figura 1

model ipotetic de tumorigeneză mamară și progresie. Progresia treptată a cancerului de sân este descrisă ca un continuum al leziunilor de la hiperplazia epitelială la carcinomul invaziv și, eventual, metastazele.

natura complexă a prezentării bolii și limitările în identificarea subseturilor relevante clinic ale pacienților creează dificultăți majore pentru strategiile actuale de diagnostic și terapeutice ale cancerului de sân. O înțelegere din ce în ce mai mare a naturii eterogene a acestei boli a rezultat în principal din microarray ADNc și studii imunohistochimice, care au condus la o redefinire a subseturilor de cancer mamar . Până în prezent, au fost identificate 5 categorii distincte de cancer de sân (Tabelul 1 ) pe baza stării ER/PR, Her2, CK5/6 și a expresiei EGFR. Din punct de vedere terapeutic, s-a demonstrat că aceste subtipuri prezintă o mare varietate de răspunsuri la diferite tratamente . Subtipul luminal a (Tabelul 1), Care este mai sensibil la hormoni, are rezultatul cel mai favorabil, în timp ce subtipurile Her2 și bazale, care nu sunt sensibile la hormoni, sunt mai agresive, demonstrează cel mai prost prognostic și au mai puține opțiuni terapeutice . Evident, identificarea în continuare a diferitelor subtipuri de cancer de sân va oferi mai multe oportunități terapeutice pentru a se potrivi cu caracteristicile pacienților individuali cu cancer de sân, sporind capacitatea noastră de a începe să oferim tratament individualizat pacienților.

au fost propuse două modele ipotetice pentru a explica evoluția subtipurilor de cancer mamar . În primul model, modelul liniar, celula de origine este aceeași pentru diferite subtipuri tumorale (și astfel, subtipul tumoral este determinat de evenimente genetice și epigenetice dobândite). În al doilea model, modelul neliniar, celula de origine este diferită (probabil o celulă stem sau o celulă progenitoare) pentru diferitele subtipuri. Lucrare recentă de Jeselsohn și colab. a furnizat dovezi care sugerează că există două populații de celule progenitoare, una dând naștere cancerelor de sân asemănătoare luminalului și cealaltă cancerelor de sân asemănătoare bazalului.

2. Tranziția mezenchimală epitelială (EMT)

achiziția fenotipului invaziv este considerată a marca cea mai semnificativă schimbare în biologia cancerului de sân, deoarece reprezintă primul pas spre dezvoltarea bolii metastatice. Pe măsură ce celulele se transformă de la fenotipul neinvaziv la cel invaziv, ele devin independente de ancorare și prezintă o motilitate sporită, precum și o agresivitate crescută, proces denumit tranziție epitelial-mezenchimală (EMT).

în timpul acestei tranziții, celulele epiteliale dobândesc un fenotip asemănător mezenchimului prin întreruperea aderenței intercelulare și a motilității îmbunătățite (pentru revizuire a se vedea ). Se crede că celulele trec de la o rețea bogată în keratină (epitelială) la o rețea bogată în vimentină (mezenchimală) pentru a le facilita motilitatea . În ceea ce privește celulele mezenchimale, spre deosebire de celulele epiteliale, ele pot migra individual, pot pătrunde în țesuturile înconjurătoare și se pot răspândi în locuri îndepărtate . Defalcarea interacțiunilor celulă-celulă și expresia dereglată a proteinelor joncționale sunt, prin urmare, considerate a fi pași cheie în invazie și metastaze .

3. Joncțiunile strânse

joncțiunile strânse sunt cele mai apicale dintre joncțiunile intercelulare și apar ca o rețea de filamente continue și anastomozante pe fața protoplasmică a membranei plasmatice (Figura 2). Ele contribuie la bariera transepitelială care controlează transportul ionilor și moleculelor mici prin calea paracelulară, o proprietate denumită funcția „barieră”. Joncțiunile strânse sunt, de asemenea, cruciale pentru organizarea polarității celulelor epiteliale, separând membrana plasmatică în domenii apicale și bazolaterale . De asemenea, ele sunt, de asemenea, critice pentru localizarea polarizată a canalelor ionice, receptorilor și enzimelor către domeniile membranei necesare pentru epiteliile dezvoltate structural și funcțional, funcție denumită funcția „gard”. Prin urmare, joncțiunile strânse sunt esențiale pentru etanșarea strânsă a foilor celulare și menținerea homeostaziei . În afară de menținerea polarității celulare și a funcțiilor paracelulare, proteinele de joncțiune strânse sunt implicate în recrutarea proteinelor de semnalizare . În primul rând, trei tipuri de proteine membranare integrale constituie joncțiunile strânse (Figura 2); claudinele, occludina și molecula(moleculele) de adeziune joncțională, claudinele și occludina fiind cele două componente moleculare principale în formarea catenei de joncțiune strânsă. Se crede că molecula de adeziune joncțională funcționează ca indiciu spațial inițial pentru formarea joncțiunii strânse . În combinație cu proteinele de joncțiune adheren, care sunt responsabile pentru aderența mecanică dintre celulele adiacente și stabilizarea întregii arhitecturi multicelulare, ele constituie Complexul apical joncțional în țesutul epitelial .

Figura 2

Intersecții Strânse. Joncțiunile strânse sunt cele mai apicale joncțiuni intercelulare din celulele epiteliale. Componentele moleculare majore ale joncțiunilor strânse sunt claudinele, occludina și molecula de adeziune joncțională (JAM). Proteinele de joncțiune strânse împreună cu proteinele de joncțiune adheren (cadherine, catenine) formează complexe joncționale ale celulelor epiteliale . Joncțiunea gap este situată bazal la joncțiunea adheren.

4. Proteine de joncțiune strânse și tumorigeneză

a fost stabilită o asociere puternică între proteinele de joncțiune strânse și dezvoltarea cancerului. Modificările structurii și funcției joncțiunilor strânse au fost într-adevăr raportate în adenocarcinoamele diferitelor organe . Absența joncțiunilor strânse sau a joncțiunilor strânse defecte a fost, de asemenea, asociată cu dezvoltarea fenotipului neoplazic în celulele epiteliale . Astfel de observații sunt în concordanță cu ideea acceptată că întreruperea joncțiunilor strânse duce la pierderea coeziunii, invazivității și lipsei de diferențiere, promovând astfel tumorigeneza. În prezent, cele mai multe cunoștințe cu privire la rolul proteinelor joncționale în cancer, și mai precis cancerul de sân, au rezultat din studii asupra proteinei majore de joncțiune adheren, e cadherin (pentru revizuire a se vedea ). Reglarea descendentă a e cadherinei este considerată a fi un eveniment molecular important în timpul tranziției epiteliale-mezenchimale . Spre deosebire de e cadherin, rolul proteinelor de joncțiune strânse nu este bine înțeles în cancerul de sân.

4.1. Claudins

claudins sunt componenta majoră a joncțiunii strânse și 24 de membri ai acestei familii de proteine au fost identificați până în prezent . Sunt proteine mici cu dimensiuni cuprinse între 22 și 27 kD și sunt codificate de cel puțin 17 gene umane (Tabelul 2), situate pe 12 cromozomi diferiți . Distribuția loci pentru genele claudin între atât de mulți cromozomi diferiți este interesantă, deoarece, în general, multe familii de gene au majoritatea, dacă nu toți membrii lor localizați pe un cromozom . Distribuția largă poate reflecta caracteristicile multifuncționale ale acestor proteine. Trei clustere de gene claudin sunt ușor evidente pe cromozomul 3 (3q28), 4 (4q35 .1) și 7 (7q11. 23) și este foarte probabil ca membrii din aceste clustere să aibă funcții și specificități tisulare similare. În afară de aceste trei grupuri de gene claudin, nu pare să existe un alt model evident (Tabelul 2). Este posibil ca extinderea familiei de gene claudin la om să fi permis achiziționarea de funcții noi în timpul evoluției, așa cum s-a postulat pentru această familie de gene la peștii teleost . Claudinele au o topologie transmembranară comună; se preconizează că fiecare membru al familiei posedă patru domenii transmembranare cu amino intracelular și carboxil-termini în citoplasmă și două bucle extracelulare . Modelul de Expresie al proteinelor Claudinei este specific țesutului ; cu toate acestea, majoritatea țesuturilor exprimă mai multe Claudine care pot interacționa fie într-un mod homotipic, fie heterotipic pentru a forma firul de joncțiune strâns . Combinația exactă a proteinelor Claudinei într-un țesut dat determină selectivitatea, rezistența și etanșeitatea joncțiunii strânse .

până în prezent, doar câteva studii au abordat rolul claudinelor în cancerul de sân, iar constatările privind funcția lor rămân controversate . În mai multe tipuri de cancer, inclusiv cancerul de sân, a fost demonstrată expresia proteică modificată a unor membri ai familiei claudin (pentru revizuire a se vedea ). De exemplu, expresia proteică a Claudinei 3 și 4 s-a dovedit a fi reglată în sus în cancerul de sân invaziv, în timp ce, de asemenea, în cancerul de sân invaziv, expresia proteinelor Claudinei 1 și 7 a fost reglată în jos .

4.2. Claudin 1

experimentele de șoareci Knockout au stabilit că proteina de joncțiune strânsă claudin 1, și nu occludina, formează coloana vertebrală a firului de joncțiune strâns și este crucială pentru funcția de barieră epidermică . Expresia claudin 1 a fost examinată într-un număr de tipuri de cancer (pentru revizuire a se vedea ). Atât o creștere, cât și o scădere a expresiei proteinei claudin 1 s-au dovedit a fi asociate cu tumorigeneza. În unele tipuri de cancer, inclusiv neoplazia de prostată , sân și melanocitară , pierderea Claudinei 1 a fost asociată cu progresia și invazia cancerului și cu dobândirea fenotipului metastatic. În carcinomul cu celule scuamoase esofagiene expresia scăzută a Claudinei 1 corelată cu recurența și supraviețuirea fără boală mai scurtă, în timp ce în cancerul pulmonar, Claudina 1 s-a dovedit a suprima expresia stimulatorilor de invazie/metastază și a crește expresia supresorilor de invazie/metastază a cancerului, oferind astfel dovezi justificative care sugerează că funcționează ca un supresor de invazie/metastază a cancerului . În schimb, în alte tipuri de cancer , cum ar fi carcinomul cu celule scuamoase orale tiroidiene papilare , ovarian , colon , melanom și gastric , supraexprimarea Claudinei 1 a fost asociată cu agresivitatea și fenotipul malign crescut. Mai mult, studiile funcționale au arătat că claudin 1 ar putea recruta și promova activarea metaloproteinazei MMP-2 și ar putea duce la un fenotip mai agresiv în cancerul oral și ovarian.

5. Claudin 1 în cancerul de sân Normal și de sân

în glanda mamară normală, proteinele de joncțiune strânse au fost investigate în principal în raport cu lactogeneza . Cercetările anterioare din laboratorul nostru au identificat claudin 1 ca o genă foarte reglată în timpul involuției glandei mamare timpurii, iar expresia sa sa dovedit a fi strict reglementată în diferite etape ale dezvoltării normale a glandei de șoarece . Recent, a existat un interes crescut pentru rolul potențial al Claudinei 1 în cancerul de sân. Deși studiile sunt încă relativ limitate, există câteva rapoarte critice care demonstrează o asociere clară între expresia claudin 1 și progresia cancerului de sân. Majoritatea studiilor indică o reducere sau o pierdere completă a expresiei claudin 1 în cancerele maligne invazive de sân uman și în unele linii celulare de cancer de sân uman . De asemenea, a fost raportată recent o corelație între reglementarea claudin 1 down și recurența bolii . În plus, studiile funcționale sugerează, de asemenea, că claudin 1 poate fi un jucător cheie în tumorigeneza mamară. S-a demonstrat că o reglare în jos a expresiei genei claudin 1 duce la transformarea neoplazică a celulelor epiteliale mamare . De asemenea, re-exprimarea Claudinei 1 în monoterapie s-a dovedit a fi suficientă pentru a induce apoptoza într-o linie celulară de cancer mamar uman . De asemenea, s-a sugerat că claudin 1 singur ar putea fi suficient pentru a exercita o funcție de poartă mediată de joncțiune strânsă în celulele tumorale metastatice chiar și în absența altor proteine asociate joncțiunii strânse . În plus, localizarea subcelulară a Claudinei 1 a fost demonstrată (de noi și de alții ) ca fiind perturbată în cancerul de sân invaziv, ceea ce duce la detectarea acestei proteine în citoplasmă. Interesant este că recent a fost stabilită o asociere între claudin 1 și tranziția mezenchimală epitelială. Ca și în cazul E cadherinei, factorii de transcripție, melcul și melcul, markerii cheie ai tranziției mezenchimale epiteliale, s-au dovedit a se lega de promotorul Claudinei 1, ducând la reprimarea activării sale .

munca suplimentară din laboratorul nostru a furnizat, de asemenea, dovezi care arată că expresia claudin 1 în cancerul de sân este chiar mai complexă decât se credea inițial. Folosind strategii de microarray tisular, am arătat că într-o cohortă de cancere de sân invazive umane care prezintă leziuni patologice mixte (340 biopsii, cele mai mari examinate până în prezent), doar un procent mic de tumori exprimă proteina claudin 1. Frecvența tumorilor pozitive cu claudin 1 a fost semnificativ mai mică decât frecvența tumorilor observate ca fiind pozitive pentru claudin 3 și 4, doi membri ai familiei s-au dovedit anterior supraexprimați în cancerul de sân uman invaziv .

deoarece starea ER este adesea considerată un clasificator important al cancerelor de sân (Tabelul 1), am vrut să determinăm dacă există vreo asociere între receptorul de estrogen/estrogen și claudin 1. Am arătat că în cancerele de sân ERve (189 biopsii), un număr semnificativ mic de tumori (5%) au fost pozitive pentru expresia claudin 1, în timp ce în tumorile ERve (151 biopsii), frecvența colorării tumorale pozitive pentru claudin 1 a fost semnificativ mai mare (39%) . O asociere pozitivă a fost găsită și cu EGFR, un marker al prognosticului slab. În mod surprinzător, s-a găsit o corelație semnificativă și cu claudin 1 și markerii subtipului bazal al cancerului de sân , un subtip agresiv al cancerului de sân asociat cu cel mai prost prognostic și supraviețuirea redusă a pacientului. De asemenea, am demonstrat pentru prima dată că în receptorul de estrogen pozitiv (ERve) linia celulară umană, MCF7, că expresia claudin 1 a fost reglată de estrogen in vitro (date nepublicate).

6. Claudin 1 este mult mai mult decât un supresor tumoral în Tumorigeneza mamară?

atât o supraexprimare , cât și o subexpresie a Claudinei 1 au fost observate în diferite tipuri de cancer, subliniind complexitatea rolului său potențial în carcinogeneză. În cancerul de sân, majoritatea studiilor publicate până în prezent, deși limitate în număr, arată că pierderea parțială sau totală a expresiei claudin 1 se corelează cu potențialul malign crescut și invazivitatea și cu recurența bolii . De asemenea, s-a demonstrat că re-exprimarea Claudinei 1 în celulele cancerului de sân induce apoptoza . În plus, studiile noastre de microarray tisular au arătat că o frecvență semnificativ scăzută a cancerelor de sân invazive umane a fost pozitivă pentru expresia claudin 1 . În total, aceste studii oferă dovezi justificative care sugerează că claudin 1 funcționează ca un supresor tumoral în tumorigeneza mamară.

paradoxal, laboratorul nostru a furnizat, de asemenea, dovezi care sugerează că rolul Claudinei 1 în cancerul de sân poate fi mult mai mult decât un supresor tumoral. Am arătat în studiile noastre TMA că frecvența tumorilor pozitive cu claudin 1 a fost semnificativ mai mare în cazurile de cancer de sân ERve decât în cazurile de cancer de sân ERve . Din cunoștințele noastre, aceste studii sunt primul raport care abordează expresia claudin 1 în cancerul de sân în contextul stării ER. Am arătat în continuare că pozitivitatea Claudinei 1 (precum și Claudina 4) a fost asociată semnificativ cu subtipul bazal al cancerului de sân, unul dintre cele mai agresive subtipuri . De remarcat, într-un studiu recent realizat de Kulka și colab., 2008, sa demonstrat că expresia claudin 4 a fost semnificativ mai mare în subtipul bazal al cancerului de sân . Deoarece claudin 1 este în general considerat a fi un” supresor tumoral ” în cancerul de sân, observațiile noastre au fost neașteptate. Cum pot fi raționalizate astfel de observații? Există câteva scenarii posibile care pot explica aceste constatări. În primul rând, este plauzibil ca în timpul tumorigenezei, nu toate celulele tumorale să piardă expresia claudin 1. În conformitate cu modelul neliniar propus de subtipuri de cancer de sân , este posibil ca celulele care păstrează expresia claudin 1 să fie celulele deja predeterminate pentru a deveni cancer de sân asemănător bazal. Apoi, în aceste celule, rolul Claudinei 1 poate fi cel al unui promotor tumoral, mai degrabă decât al unui supresor tumoral. Pe de altă parte , dacă se ia în considerare modelul liniar al subtipurilor de cancer mamar, se crede că celulele tumorale progresează de la ERve la ERve pe măsură ce cancerul avansează. Apoi, frecvența crescută a tumorilor pozitive claudin 1 în cohorta ERve este atribuită unei re-exprimări a claudin 1 în aceste tumori? Un astfel de concept este susținut de expresia semnificativ mai mare a colorării claudin 1 (un indicator al expresiei proteinelor) care a fost observată în tumorile ERve. Aici, funcția supresoare tumorală a Claudinei 1 re-exprimată este astfel eliminată și acum înlocuită de o funcție de îmbunătățire a tumorii, facilitând astfel tumorigeneza mamară. Această re-exprimare a Claudinei 1 ar putea fi atribuită unui număr de factori atenuanți, inclusiv mutația genetică a genei Claudinei 1 sau modificarea epigenetică a proteinei. Cu toate acestea, studiile de analiză a secvenței regiunii de codificare a Claudinei 1 atât la pacienții cu sân sporadic, cât și la cei ereditari nu au reușit să identifice nicio mutație semnificativă care ar putea fi responsabilă pentru modificarea expresiei genei Claudinei 1 în tumorile mamare. O posibilitate interesantă este că nivelul mai ridicat al proteinei claudin 1 s-ar putea datora unui partener defect care interacționează, ceea ce duce la incapacitatea Claudinei 1 de a fi transportată înapoi la membrană, unde poate scăpa în continuare de reglarea altor factori și, prin urmare, duce la o acumulare de claudin 1 în citoplasmă. Acesta din urmă a fost recent demonstrat pentru e cadherin . Mai mult, combinația exactă de proteine claudin într-un țesut dat este considerată a determina rezistența joncțiunii strânse . Astfel, una dintre consecințele acestei acumulări aberante de claudin 1 în cancerele de sân invazive ERve poate fi o redefinire a compoziției joncțiunii strânse, subminând în continuare integritatea joncțiunii și facilitând astfel progresia tumorii. Luate împreună, se pare că rolul Claudinei 1 se extinde dincolo de cel al unui supresor tumoral. Am dori să propunem ca claudin 1 să funcționeze atât ca supresor tumoral, cât și ca amplificator/facilitator tumoral în cancerul de sân. Propunem în continuare că rolul său de facilitare a tumorii este asociat în special cu subtipurile de cancer mamar ERve (Figura 3).

Figura 3

un model ipotetic de Expresie claudin 1 în diferite subtipuri de cancer de sân. Acest model propune că claudin 1 este un supresor tumoral în subtipurile ER+ve ale cancerului de sân (luminal a și B) și un potențiator/facilitator tumoral în subtipurile er XV ‘ ve (bazal-like, HER2 over Express, normal-like). În timp ce a fost demonstrată o asociere semnificativă între claudin 1 și subtipul bazal, acest lucru nu este încă determinat pentru HER2 supraexprimarea și subtipurile normale.

recent, a fost identificat un subtip de cancer de sân „claudin low” care a fost în primul rând ERve și a prezentat o expresie scăzută a claudinului 3, 4 și 7 . Am dori în continuare să propunem un subtip” claudin high ” Care este ER–ve și care prezintă o expresie ridicată a proteinei claudin 1 (și claudin 4). Acest subtip ar include cancerele mamare bazale și ar exclude subtipurile luminoase ERve. Semnificația clinică a unei expresii ridicate a proteinei claudin 1 în cancerele de sân ERve și asocierea acesteia cu subtipul bazal poate identifica utilizarea potențială a acesteia ca indicator diagnostic și prognostic pentru un anumit subset de cancer de sân.

7. Perspective viitoare

dovezi de montare sugerează că claudin 1 are un rol unic în cancerul de sân și progresia cancerului de sân. Deoarece Claudina 1 este o proteină transmembranară cu două bucle extracelulare mari, este un candidat potențial atractiv pentru utilizare în strategiile terapeutice. Pe măsură ce începem să abordăm rolul claudin 1 în progresia cancerului de sân, rămânem cu multe întrebări fără răspuns. Care este nivelul de Expresie al proteinei claudin 1 în diferite subtipuri histologice ale cancerului de sân? Ce declanșează reglementarea sa și determină claudin 1 să-și schimbe rolul în diferite stadii ale progresiei cancerului de sân? De ce se acumulează claudin 1 în citoplasmă? Există o mutație a genei claudin sau a proteinei în subtipul bazal al cancerului de sân? Claudin 1 funcționează în mod concertat cu alte Claudine sau proteine joncționale, cum ar fi e cadherin? Există discuții încrucișate cu calea receptorului de estrogen? În mod clar, sunt necesare studii de analiză funcțională mai detaliate atât in vitro, cât și in vivo.

se poate prezice doar că mai multe subtipuri de cancer mamar vor fi identificate în viitorul apropiat și o înțelegere mai clară a modificărilor celulare și moleculare care apar în timpul tumorigenezei mamare va fi esențială pentru facilitarea unui management mai eficient al pacientului și va avea un impact direct asupra reducerii ratelor mortalității. Numai printr-o astfel de înțelegere vor fi identificați noi biomarkeri care vor raporta modificările metastatice, progresia cancerului de sân și vor servi drept ținte terapeutice care vor conduce în cele din urmă la un management specific și individualizat al pacientului.

recunoaștere

autorii recunosc cu recunoștință finanțarea acestei lucrări, care a fost asigurată de Fundația Manitoba Medical Services, Fundația Paul Thorlakson și Fundația Canadiană pentru cancerul de sân.