Білок гліпікан-1 в Екзосома - перспективний маркер для ранньої діагностики раку підшлункової залози • В'ячеслав Калінін • Новини науки на "Елементи" • Онкологія, Молекулярна біологія, Генетика

Білок гліпікан-1 в Екзосома – перспективний маркер для ранньої діагностики раку підшлункової залози

Мал. 1. GPC1 дозволяє відрізнити рак підшлункової залози від доброякісного захворювання. Екзосома, виділені з крові хворих на рак підшлункової залози або з її передраковими ураженнями, несуть вбудований в мембрану протеогликан GPC1. У той же час у пацієнтів з доброякісними захворюваннями підшлункової залози GPC1 не перевищує нормальний рівень, властивий здоровим донорам. Малюнок з синопсиса до обговорюваної статті вNature

Розроблено неінвазивний метод діагностики раку підшлункової залози, який дозволяє з ймовірністю практично 100% розпізнати захворювання на різних стадіях, включаючи передраковий стан. Принцип методу полягає у виявленні в крові екзосом (мікрочастинок, які продукуються раковими клітинами), що несуть білок гліпікан-1. Порівняльна простота і ефективність нового методу, ймовірно, дозволить застосувати його для скринінгу і діагностики раку підшлункової залози в добре обладнаних клінічних лабораторіях.

Рак підшлункової залози відноситься до найбільш агресивних онкологічних захворювань людини. Головна проблема полягає в тому, що немає надійних способів ранньої діагностики цього раку, а симптоми проявляються тоді, коли ситуація вже стає фатальною.Методи, запропоновані для діагностики, – як порівняно прості і недорогі імунологічні, так і складні і дорогі, такі як комп'ютерна та магнітно-резонансна томографія, – або не дозволяють розпізнати рак на ранніх стадіях хвороби, або дають багато хибнопозитивних або помилково негативні результати. Так, метод імуноферментної детекції (див. Імуноферментний аналіз, ІФА, англ. enzyme-linked immunosorbent assay, ELISA) найбільш відомого біомаркери цього раку – вуглеводного антигену СА19-9 – у багатьох хворих на рак не вказує перевищення його нормального рівня. У той же час приблизно половина піддослідних, які не мають раку, демонструє підвищений вміст СА19-9. Томографія зазвичай дає достовірний результат тільки тоді, коли пухлина вже досягла значного розміру.

У пошуках надійних маркерів для діагностики раку підшлункової залози автори звернули увагу на гліпікан-1 (GPC1) – складний білок ссавців з класу протеогліканів (рис. 1). Поряд з іншими п'ятьма гліпіканамі GPC1 містить гепарінсульфати. Було відомо, що при раках підшлункової залози і молочної залози експресія GPC1 посилена і він стимулює розмноження і метастазування ракових клітин. Тобто GPC1 є компонентом механізму контролю росту і ділення клітин.

Оскільки імунологічна детекция GPC1 в плазмі крові як метод діагностики раку була нічим не краще за інших, автори досліджували GPC1 на екстраклеточной везикулах – частинках розміром 50-150 нм, оточених двошарової ліпідної мембраною і несучих білки і нуклеїнові кислоти клітини. Такі частинки – Екзосома – секретируются в кров різними клітинами організму. Щоб виявити GPC1, вбудований в ліпідну мембрану, що циркулюють в крові Екзосома (crExos) концентрували з плазми крові високошвидкісним центрифугуванням, сорбировали на наночастицах, інкубували з антитілами до GPC1 і аналізували за допомогою просвічує електронної мікроскопії та проточної цитометрії.

CrExos були виділені з плазми крові пацієнтів, хворих на рак молочної залози або рак протоків підшлункової залози (PDAC), і, для порівняння, з плазми здорових донорів. Концентрація crExos у хворих виявилася значно вище, ніж у здорових. І якщо у останніх частка crExos, позитивних по GPC1, становила 0,3-4,7% (в середньому 2,3%), то у хворих на рак молочної залози вона виявилася вище контролю в 75% випадків, а при раку підшлункової залози – у всіх 190 досліджених пацієнтів (рис. 2).Таким чином, спостерігалася сувора кореляція між crExos, позитивними по GPC1, і раком, особливо в разі PDAC.

Мал. 2. Чутки, які Екзосома, що несуть GPC1, як неінвазивний маркер для раку підшлункової залози. По осі абсцис – здорові донори (healthy), хворі на рак молочної залози (breast cancer) і хворі на рак підшлункової залози (PDAC). По осі ординат – відсоток екзосом, несучих GPC1. зірочки – ступінь достовірності відмінностей (висока). Малюнок з обговорюваної статті в Nature

Далі були досліджені crExos у хворих з доброякісними захворюваннями підшлункової залози і з неоплазіями (новоутвореннями), які передують раку. При доброякісних захворюваннях частка GPC1-позитивних crExos не перевищувала таку в контролях. А у випадках попередника раку – інтраепітеліальної неоплазії протоків підшлункової залози – вона була помітно вище (рис. 3).

Мал. 3. Відсоток екзосом, несучих GPC1, у здорових донорів (healthy donors), пацієнтів з доброякісними захворюваннями (BPD) і з раком (PDAC) підшлункової залози. По осі ординат – відсоток екзосом, несучих GPC1. зірочки – ступінь достовірності відмінностей (4 – висока, 1 – низька). Малюнок з обговорюваної статті в Nature

У хворих,яким була зроблена хірургічна операція з видалення уражених ділянок підшлункової залози, рівень GPC1-позитивних crExos корелював з наявністю і розміром пухлини і з тривалістю їх виживання.

Мал. 4. Схема взяття зразків крові для виділення екзосом. РКТ – модельні миші з розвиваються раком підшлункової залози (7) і контрольні миші (6). червоними рисками позначено час взяття крові (тижні). PanIN – передраковий стан (інтраепітеліальна неоплазия проток підшлункової залози), PDAC – розвивається ракова пухлина. Малюнок з обговорюваної статті) в Nature

Щоб з'ясувати, наскільки рано за допомогою GPC1-позитивних crExos можна визначити розвиток ракової пухлини, були проведені експерименти на модельних мишах, відтворюють PDAC людини. Протягом всього часу розвитку пухлини, що включав і передраковий стан – інтраепітеліальної неоплазії протоків підшлункової залози, – у мишей брали кров і аналізували crExos (рис. 4).

Мал. 5. Чутки, які Екзосома, що несуть GPC1, дозволяють передбачити рак підшлункової залози у модельних мишей. По осі ординат – відсоток екзосом, несучих GPC1. По осі абсцис – зразки крові контрольних (C) і експериментальних мишей (E), взяті, як показано на рис. 3. зірочки – ступінь достовірності відмінностей (висока). Малюнок з обговорюваної статті в Nature

Наростання кількості GPC1-позитивних crExos спостерігалося ще на передраковій стадії (рис. 5), набагато раніше, ніж зростаючу пухлину можна було розпізнати за допомогою магнітно-резонансної томографії (рис. 6).

Мал. 6. Магнітно-резонансна томографія розвивається ракової пухлини підшлункової залози у модельній миші. РКТ – модельна миша, control – контроль. Межі пухлини обведені червоною рискою. Малюнок з обговорюваної в Nature

Таким чином, авторам вдалося розробити неінвазивний метод діагностики, який дозволяє розпізнати рак підшлункової залози на різних стадіях, включаючи передраковий стан. Діагностика за допомогою аналізу вмісту екзосом раків легких і підшлункової залози зовсім недавно і незалежно від обговорюваного дослідження вже представлена ​​іншими авторами (R. Jakobsen et al., 2015. Exosomal proteins as potential diagnostic markers in advanced non-small cell lung carcinoma; B. Madhavan et al., 2015. Combined evaluation of a panel of protein and miRNA serum-exosome biomarkers for pancreatic cancer diagnosis increases sensitivity and specificity). Але в цих роботах використовувалися методи аналізу набагато більш складні і дорогі, ніж в обговорюваному дослідженні, і ймовірність виявлення раку становила 75% і 93% відповідно.

Важливою інновацією обговорюваної роботи є знаходження високоінформативного маркера GPC1 на циркулюючих в крові Екзосома. Додаткові можливості для діагностики надає показане авторами в багатьох випадках присутність в Екзосома мРНК мутантного гена KRAS, Що вважається драйвером розвитку ракових пухлин. Наскільки застосуємо представлений підхід для інших форм і типів раку – ще належить встановити. Так, для раку молочної залози авторам не вдалося отримати певних результатів. Порівняльна простота розробленого методу дозволить застосувати його для скринінгу і діагностики раку підшлункової залози, а потім, можливо, і інших раків в добре обладнаних клінічних лабораторіях.

джерела:
1) Sonia A. Melo et al. Glypican-1 identifies cancer exosomes and detects early pancreatic cancer // Nature. 2015. V. 523. P. 177-182.
2) Clotilde Théry. Cancer: Diagnosis by extracellular vesicles // Nature. 2015. V. 523. P. 161-162. (Популярний синопсис до обговорюваної статті.)

В'ячеслав Калінін


Like this post? Please share to your friends:
Залишити відповідь

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: