Researchers studied how the autophagy factor p47 limits cancer spread by deleting the gene from breast cancer cells. MINGANG HAO, UNIVERSITY OF CINCINNATI. ADAPTED FROM HAO M, ET AL. 2024 UNDER THE CC-BY-NC-ND LICENSE.

Клетки постоянно производят горы отходов, таких как поврежденные белки или сбойные органеллы, но они разработали устойчивый план утилизации, чтобы предотвратить образование мусорных куч.¹ Аутофагия - это важный процесс утилизации отходов, который позволяет спасти использованные части для ресурсов, которые клетка может использовать повторно. Ученые изучают, как аутофагия влияет на рост опухолевых клеток, но лишь немногие исследования посвящены ее роли в метастазировании.²

В журнале Cell Reports исследователи выявили давно забытый регулятор аутофагии, который не позволяет раковым опухолям молочной железы пересекать границы тканей.³ Изучив вариации этого гена, ученые смогут в будущем использовать его для прогнозирования метастазов у больных раком.

Хотя переработка отходов приносит пользу окружающей среде, аутофагия имеет более тонкое воздействие на рак. Предыдущие исследования показали, что некоторые гены аутофагии либо защищают от опухолей, либо усугубляют их течение.⁴ «Однако существует большое количество других генов, влияющих на аутофагию или регулирующих ее, которые не подвергались систематическому изучению», - говорит Jun-Lin Guan, клеточный биолог из Университета Цинциннати и соавтор исследования. Кроме того, исследователи в первую очередь изучали, как факторы аутофагии контролируют первичную опухоль. «Было относительно мало исследований, посвященных именно метастазам», - отметил Гуань.

Guan и его команда сравнили 171 ген, влияющий на аутофагию, чтобы изучить, как они влияют на метастазирование в мышиной модели рака молочной железы. Используя нокауты с помощью кластерных регуляторных межпалиндромных повторов (CRISPR)-CRISPR-ассоциированного белка (Cas9), они систематически удаляли каждый ген, чтобы проверить, позволяет ли его отсутствие бесконтрольно распространяться опухоли.

Из 171 гена, регулирующего аутофагию, они выявили несколько десятков, которые сдерживают метастазирование. При их отсутствии опухолевые клетки распространялись в легкие - орган, в который этот тип рака обычно не проникает. Ген, кодирующий белок p47, показал наибольшую разницу, когда был обеднен, что позволяет предположить, что он играет ключевую роль в сдерживании метастазирования рака молочной железы. «Ранее было неизвестно, что он может влиять на развитие рака», - заметил Guan.

3D-изображение, показывающее увеличенную сканирующую электронную микрограмму раковых клеток. Отключение метастазирования при раке молочной железы

Когда исследователи проверили существующую базу данных экспрессии генов рака молочной железы, они обнаружили, что у людей с более низкой экспрессией p47 в опухолевых клетках чаще развивались метастазы, что говорит о том, что раковые опухоли легче пересекают границы тканей, когда их план по утилизации отходов не работает.⁵ Guan предположил, что ученые могли не заметить p47 в предыдущих исследованиях метастазирования, потому что он не был на их радаре как релевантный ген рака. Проведя беспристрастный анализ 171 известного регулятора аутофагии, он и его команда случайно наткнулись на его важность.

Изучая, как p47 влияет на аутофагию, команда обратила внимание на лизосомы - органеллы, поставляющие пищеварительные ферменты, необходимые для переработки отходов.⁶ В отсутствие p47 Guan и его команда наблюдали обилие дисфункциональных лизосом, что позволяет предположить, что белок важен для поддержания этих органелл в рабочем состоянии.

Помимо регуляции аутофагии, p47 подавляет иммунный сигнальный каскад, который исследователи ранее связывали с метастазированием.⁷ Команда обнаружила, что в нормальных клеточных условиях p47 перемещает иммунный провокатор, основной модулятор NFkB (NEMO), в сторону клеточного завода по переработке отходов, тем самым предотвращая иммунный ответ.⁸ Однако в отсутствие p47 NEMO запускает иммунный ответ.

«Я был очень взволнован, увидев, что они провели такой хорошо сфокусированный генетический скрининг на мыши», - сказал Jean-Francois Cote, исследователь метастазов из Университета Макгилла, который не принимал участия в работе. «99,9 процента людей делают это в культуре клеток, - добавил он. Трудно определить, какие гены контролируют распространение рака между органами, используя культуру клеток, но мышиные модели позволяют исследователям решать эти вопросы.

В своих экспериментах исследователи использовали мышей-норок, у которых не только отсутствует мех, но и полностью не функционирует иммунная система.⁹ Коте хотел бы, чтобы это исследование было повторено на мышах, обладающих полным набором защитных механизмов, способных воздействовать на опухоль. «Метастазирование - это не только процесс, зависящий от раковой клетки, но и подпитываемый всем микроокружением первичной опухоли», - пояснил он.

В дальнейшем Гуан и его команда планируют изучить, ограничивает ли p47 метастазирование при других видах рака. Кроме того, им предстоит изучить еще 37 генов, полученных с помощью CRISPR-Cas9. Взаимосвязь аутофагии и рака остается во многом неизведанной, и эти результаты могут раскрыть больше ключей к разгадке их запутанной связи.

1. Kuma A, Mizushima N. Physiological role of autophagy as an intracellular recycling system: With an emphasis on nutrient metabolism. Semin Cell Biol. 2010;21(7):683-690.

2. Santanam U, et al. Atg7 cooperates with Pten loss to drive prostate cancer tumor growth. Genes Dev. 2016;30(4):399-407.

3. Hao M, et al. In vivo CRISPR knockout screen identifies p47 as a suppressor of HER2+ breast cancer metastasis by regulating NEMO trafficking and autophagy flux. Cell Reports. 2024;43(2):113780.

4. Rao S, et al. A dual role for autophagy in a murine model of lung cancer. Nat Commun. 2014;5(1):3056.

5. Gyorffy B, et al. An online survival analysis tool to rapidly assess the effect of 22,277 genes on breast cancer prognosis using microarray data of 1,809 patients. Breast Cancer Res Treat. 2010;123(3):725-731.

6. Yim WWY, Mizushima N. Lysosome biology in autophagy. Cell Discov. 2020;6(1):6.

7. Malla RR, Kiran P. Tumor microenvironment pathways: Cross regulation in breast cancer metastasis. Genes & Diseases. 2022;9(2):310-324.

8. Shibata Y, et al. p47 negatively regulates IKK activation by inducing the lysosomal degradation of polyubiquitinated NEMO. Nat Commun. 2012;3:1061.

9. Pelleitier M, Montplaisir S. The nude mouse: a model of deficient T-cell function. Methods Achiev Exp Pathol. 1975;7:149-166.