ponieważ rak jest chorobą genetyczną, dwa zdarzenia genomowe leżą u podstaw tych mechanizmów nabytej oporności na leki: zmiany genomu (np. amplifikacja i delecja genów) oraz modyfikacje epigenetyczne.
przyczyny Genetycznedytuj
zmiany Genomuedytuj
przegrupowanie chromosomów z powodu niestabilności genomu może spowodować amplifikację i delecję genów.Amplifikacja genów to wzrost liczby kopii regionu chromosomu. które występują często w guzach litych i mogą przyczyniać się do ewolucji nowotworu poprzez zmianę ekspresji genów.
badania komórek chomika w 1993 r.wykazały, że amplifikacje w genie DHFR biorącym udział w syntezie DNA rozpoczęły się wraz z rozpadem chromosomu poniżej genu, a kolejne cykle formacji most-łamanie-fuzja skutkują dużymi powtórzeniami intrachromosomalnymi. Nadmierna amplifikacja onkogenów może wystąpić w odpowiedzi na chemioterapię, uważaną za podstawowy mechanizm w kilku klasach oporności. Na przykład, amplifikacja DHFR występuje w odpowiedzi na metotreksat, amplifikacja TYMS (biorąca udział w syntezie DNA) występuje w odpowiedzi na 5-fluorouracyl, a amplifikacja BCR-ABL występuje w odpowiedzi na mesylan imatynibu. Określenie obszarów amplifikacji genów w komórkach od chorych na raka ma ogromne implikacje kliniczne.Delecja genu jest przeciwieństwem amplifikacji genów, gdzie traci się region chromosomu, a oporność na leki następuje poprzez utratę genów supresorowych guza, takich jak TP53.
niestabilność genomu może wystąpić, gdy rozwidlenie replikacji jest zakłócone lub zatrzymane w jego migracji. Może to wystąpić w przypadku barier replikacyjnych, białek takich jak PTIP, CHD4 i PARP1, które są zwykle usuwane przez czujniki uszkodzenia DNA komórek, geodetów i reagujących BRCA1 i BRCA2.
mechanizmy Epigenetyczneedit
modyfikacje epigenetyczne w oporności na leki przeciwnowotworowe odgrywają główną rolę w rozwoju raka i oporności na leki, ponieważ przyczyniają się do regulacji ekspresji genów. Dwa główne rodzaje kontroli epigenetycznej to metylacja DNA i metylacja histonów/acetylacja. Metylacja DNA jest procesem dodawania grup metylowych do DNA, zwykle w regionach promotora wyższego rzędu, co zatrzymuje transkrypcję DNA w regionie i skutecznie wycisza poszczególne geny. Modyfikacje histonów, takie jak deacetylacja, zmieniają tworzenie chromatyny i wyciszają duże regiony chromosomowe. W komórkach nowotworowych, gdzie normalna regulacja ekspresji genów ulega rozkładowi, onkogeny są aktywowane poprzez hipometylację, a supresory nowotworowe są wyciszane poprzez hipermetylację. Podobnie w rozwoju oporności na leki sugeruje się, że modyfikacje epigenetyczne mogą prowadzić do aktywacji i nadekspresji genów prolekooporności.
badania nad liniami komórek nowotworowych wykazały, że hipometylacja (utrata metylacji) promotora genu MDR1 spowodowała nadekspresję i oporność wielolekową.
w opornych na metotreksat liniach komórkowych raka piersi bez wchłaniania leku i ekspresji nośnika kwasu foliowego, DAC, inhibitor metylacji DNA, poprawia wchłanianie leku i ekspresję nośnika kwasu foliowego.
nabyta oporność na lek alkilujący fotemustynę w komórce czerniaka wykazała wysoką aktywność MGMT związaną z hipermetylacją eksonów genu MGMT.
w liniach komórkowych opornych na imatynib wykazano, że wyciszenie genu SOCS-3 poprzez metylację powoduje aktywację białka STAT3, co powoduje niekontrolowaną proliferację.
mechanizmy komórek Nowotworowychedytuj
komórki nowotworowe mogą stać się odporne na wiele leków przez zmieniony transport błon, ulepszoną naprawę DNA, defekty szlaku apoptotycznego, zmianę cząsteczek docelowych, białek i mechanizmów szlaku, takich jak enzymatyczna dezaktywacja.
zmieniony transport membranowyedytuj
przegląd mechanizmów oporności przeciwnowotworowej i przykłady głównych genów zaangażowanych. Niebieskie pola oznaczają mechanizmy proliferacji komórek nowotworowych; zielone pola oznaczają interwencje terapeutyczne; czerwone pola oznaczają mechanizmy oporu.
wiele klas leków przeciwnowotworowych działa na wewnątrzkomórkowe składniki i szlaki, takie jak DNA, składniki jądrowe, co oznacza, że muszą one wejść do komórek nowotworowych. Glikoproteina p (P-gp) lub białko oporności na wiele leków, jest fosforylowanym i glikozylowanym transporterem membranowym, który może przenosić leki z komórki, zmniejszając w ten sposób lub ablując skuteczność leku. To białko transportujące jest kodowane przez gen MDR1 i jest również nazywane białkiem ATP-binding cassette (ABC). MDR1 ma rozwiązłą specyficzność substratową, co pozwala na transport wielu zróżnicowanych strukturalnie związków przez błonę komórkową, głównie związków hydrofobowych. Badania wykazały, że Gen MDR1 może być aktywowany i nadekspresowany w odpowiedzi na leki farmaceutyczne, tworząc w ten sposób podstawę oporności na wiele leków. Nadekspresja genu MDR1 w komórkach nowotworowych jest stosowana w celu utrzymania wewnątrzkomórkowego poziomu leków przeciwnowotworowych poniżej poziomu zabijania komórek.
na przykład stwierdzono, że antybiotyk ryfampicyna indukuje ekspresję MDR1. Eksperymenty w różnych odpornych na lek liniach komórkowych i dna pacjenta ujawniły rearanżacje genów, które zapoczątkowały aktywację lub nadekspresję MDR1. Polimorfizm C3435T w eksonie 226 MDR1 był również silnie skorelowany z aktywnością glikoproteiny P.
MDR1 jest aktywowany przez NF-kB, kompleks białkowy, który działa jako czynnik transkrypcyjny. U szczurów miejsce wiązania NF-kB sąsiaduje z genem mdr1b, NF-kB może być aktywny w komórkach nowotworowych, ponieważ zmutowany gen NF-kB lub hamujący Gen IkB zmutowany w trakcie chemioterapii. W komórkach raka jelita grubego hamowanie NF-kB lub MDR1 powodowało wzrost apoptozy w odpowiedzi na środek chemioterapeutyczny.
ulepszona naprawa DNA
ulepszona naprawa DNA odgrywa ważną rolę w zdolności komórek nowotworowych do przezwyciężenia uszkodzeń DNA wywołanych lekami.
chemioterapia oparta na platynie, taka jak cisplatyna, atakuje komórki nowotworowe poprzez sieciowanie ich nici DNA, powodując mutacje i uszkodzenia. Takie uszkodzenie spowoduje zaprogramowaną śmierć komórki (np. apoptozę) w komórkach nowotworowych. Oporność na cisplatynę występuje, gdy komórki nowotworowe rozwijają zwiększoną zdolność do odwrócenia takiego uszkodzenia poprzez usunięcie cisplatyny z DNA i naprawienie wszelkich uszkodzeń. Komórki oporne na cisplatynę zwiększają ekspresję genu i białka ercc1 (excision repair cross-complementing).
niektóre chemioterapie są środkami alkilującymi, co oznacza, że przyłączają grupę alkilową do DNA, aby zapobiec jej odczytaniu. O6-methylguanine DNA methyltransferase (MGMT) jest enzymem naprawczym DNA, który usuwa grupy alkilowe z DNA. Ekspresja MGMT jest regulowana w wielu komórkach nowotworowych, co chroni je przed czynnikami alkilującymi. Zwiększoną ekspresję MGMT stwierdzono w raku jelita grubego, raku płuc, chłoniaku nieziarniczym, raku piersi, glejakach, szpiczaku i raku trzustki.
defectsEdit
TP53 to gen supresorowy nowotworu kodujący białko p53, który reaguje na uszkodzenie DNA poprzez naprawę DNA, zatrzymanie cyklu komórkowego lub apoptozę. Utrata TP53 poprzez delecję genu może pozwolić komórkom na ciągłą replikację pomimo uszkodzenia DNA. Tolerancja uszkodzenia DNA może przyznać komórkom nowotworowym metodę oporności na te leki, które normalnie indukują apoptozę poprzez uszkodzenie DNA.
inne geny biorące udział w oporności na leki związane ze szlakiem apoptotycznym obejmują H-ras i bcl-2/bax. Stwierdzono, że onkogenny H-ras zwiększa ekspresję ERCC1, co powoduje lepszą naprawę DNA (patrz wyżej). Stwierdzono, że hamowanie H-ras zwiększa wrażliwość cisplatyny w komórkach glejaka. Podwyższona ekspresja Bcl-2 w komórkach białaczkowych (chłoniaki nieziarnicze) powodowała obniżenie poziomu apoptozy w odpowiedzi na chemioterapeutyki, ponieważ Bcl-2 jest onkogenem pro-survivalowym.
zmienione cząsteczki doceloweedytuj
podczas terapii celowanej często cel sam się modyfikował i zmniejszał swoją ekspresję do tego stopnia, że terapia nie jest już skuteczna. Jednym z przykładów jest utrata receptora estrogenowego (ER) i receptora progesteronu (PR) po leczeniu antyestrogenowym raka piersi. Guzy z utratą ER i PR nie reagują już na tamoksyfen lub inne leki antyestrogenowe, a podczas gdy komórki rakowe pozostają w pewnym stopniu wrażliwe na inhibitory syntezy estrogenu, ostatecznie przestają reagować na manipulacje endokrynologiczne i nie są już zależne od estrogenu dla wzrostu.
kolejna linia leków stosowanych w leczeniu raka piersi jest ukierunkowana na kinazy, takie jak receptor ludzkiego naskórkowego czynnika wzrostu 2 (HER2) z rodziny EGFR. Mutacje często występują w genie HER2 po leczeniu inhibitorem, u około 50% pacjentów z rakiem płuc stwierdzono mutację EGFR-T790M.
leczenie przewlekłej białaczki szpikowej (CML) obejmuje inhibitor kinazy tyrozynowej, który celuje w Gen fuzyjny BCR/ABL o nazwie imatynib. U niektórych osób opornych na imatynib Gen BCR / ABL ulega reaktywacji lub amplifikacji, lub na Genie występuje jednopunktowa mutacja. Te mutacje punktowe zwiększają autofosforylację białka BCR-ABL, powodując stabilizację miejsca wiązania ATP do jego aktywnej postaci, która nie może być związana imatynibem w celu prawidłowej aktywacji leku.
Topoizomeraza jest lukratywnym celem terapii nowotworowej ze względu na jej kluczową rolę jako enzymu w replikacji DNA, a wiele inhibitorów topoizomerazy zostało wytworzonych. Oporność może wystąpić, gdy stężenie topoizomerazy jest zmniejszone lub gdy różne izoformy topoizomerazy są różnie rozmieszczone w komórce. Mutacje enzymów odnotowano również w komórkach białaczkowych pacjentów, jak również mutacje w innych nowotworach, które nadają oporność na inhibitory topoizomerazy.
zmieniony metabolizmedytuj
jednym z mechanizmów oporności przeciwnowotworowej jest nadmierna ekspresja enzymów metabolizujących leki lub cząsteczek nośnikowych. Zwiększając ekspresję enzymów metabolicznych, leki są szybciej przekształcane w koniugaty leków lub nieaktywne formy, które mogą być następnie wydalane. Na przykład zwiększona ekspresja glutationu Promuje oporność na leki, ponieważ właściwości elektrofilowe glutationu pozwalają mu reagować ze środkami cytotoksycznymi, inaktywując je. W niektórych przypadkach zmniejszona ekspresja lub utrata ekspresji enzymów metabolizujących leki powoduje oporność, ponieważ enzymy są potrzebne do przetworzenia leku z formy nieaktywnej do formy aktywnej. Arabinozyd, powszechnie stosowana chemioterapia białaczki i chłoniaków, jest przekształcany w trifosforan arabinozydu cytozyny przez kinazę deoksycytydyny. Mutacja kinazy deoksycytydyny lub utrata ekspresji powoduje oporność na arabinozyd. Jest to forma enzymatycznej dezaktywacji.
poziom ekspresji czynnika wzrostu może również promować oporność na terapie przeciwnowotworowe. W raku piersi stwierdzono, że komórki oporne na leki wyrażają wysoki poziom IL-6, podczas gdy komórki wrażliwe nie wyrażają znaczącego poziomu czynnika wzrostu. IL-6 aktywuje czynniki transkrypcyjne białek wiążących CCAAT, które aktywują ekspresję genu MDR1 (patrz zmiana transportu błonowego).
