Aktywowane onkogeny RAS/BRAF indukują starzenie się komórek jako barierę hamującą rozwój nowotworu. barierę we wczesnym rozwoju raka, przynajmniej częściowo, poprzez wywołaną przez onkogeny odpowiedź na uszkodzenie DNA (DDR). W przeciwieństwie do tego, aktywacja Myc - choć również wywołuje DDR jest znana przede wszystkim z wywoływania apoptotycznych środków zaradczych. Wykorzystując Emu-myc, pokazujemy tutaj in vivo, że apoptotyczne komórki chłoniaka aktywują makrofagi. komórki chłoniaka aktywują makrofagi do wydzielania transformującego czynnika wzrostu beta (TGF-beta) jako krytycznego nieautonomicznego induktora starzenia komórkowego. W związku z tym, neutralizacja działania TGF-beta, podobnie jak genetyczna inaktywacja związanej ze starzeniem metylotransferazy histonowej Suv39h1, znacząco przyspiesza rozwój nowotworów Myc poprzez anulowanie starzenia się komórek. Te odkrycia, odtworzone w ludzkich agresywnych chłoniakach z komórek B, pokazują, że sygnały pochodzące ze zrębu guza mogą ograniczać nowotworzenie poprzez sprzężenie zwrotne indukcję starzenia. --- Caveolae to pęcherzykowe połączenia błony plazmatycznej. Caveolin-1 jest głównym składnikiem strukturalnym jaskiń in vivo. Kilka linii dowodów jest zgodnych z ideą, że kaweolina-1 funkcjonuje jako białko supresorowe transformacji. transformacji". W rzeczywistości mRNA i ekspresja białka kaweoliny-1 są tracone lub zmniejszona podczas transformacji komórek przez aktywowane onkogeny. Co ciekawe, gen ludzki gen caveolin-1 jest zlokalizowany w podejrzanym locus supresora nowotworu (7q31.1). Wcześniej wykazaliśmy, że nadekspresja kaweoliny-1 zatrzymuje mysie zarodkowe fibroblasty w fazie G(0)/G(1) cyklu komórkowego poprzez aktywację szlaku zależnego od p53/p21, co wskazuje na rolę caveolin-1 w pośredniczeniu w zatrzymaniu wzrostu. Nie wiadomo jednak, czy nadekspresja caveolin-1 promuje starzenie się komórek in vivo. Tutaj wykazać, że mysie fibroblasty embrionalne z transgeniczną nadekspresją caveolin-1 wykazują: 1) zmniejszoną żywotność proliferacyjną; 2) morfologię komórek podobną do starzenia się morfologię; oraz 3) związany ze starzeniem wzrost aktywności beta-galaktozydazy aktywność. Wyniki te wskazują po raz pierwszy, że ekspresja caveolin-1 in vivo jest wystarczająca do promowania i utrzymania fenotypu starzenia. fenotypu. Wiadomo, że subcytotoksyczny stres oksydacyjny indukuje przedwczesne starzenie się w diploidalnych fibroblastach. Co ciekawe, pokazujemy, że subcytotoksyczny poziom nadtlenku wodoru nadtlenku wodoru indukuje przedwczesne starzenie w komórkach NIH 3T3 i zwiększa endogenną ekspresję kaweoliny-1. Co ważne, kwercetyna i witamina E, dwa przeciwutleniacze, skutecznie zapobiegają przedwczesnemu fenotypowi starzenia i regulacji w górę kaweoliny-1 indukowanej przez nadtlenek wodoru. Ponadto wykazać, że sam nadtlenek wodoru, ale nie w połączeniu z kwercetyną, stymuluje aktywność promotora kaweoliny-1. Co ciekawe, przedwczesne starzenie indukowana przez nadtlenek wodoru jest znacznie zmniejszona w komórkach NIH 3T3 zawierających antysensowny caveolin-1. Co ważne, indukcja przedwczesnego starzenia jest po przywróceniu poziomu kaweoliny-1. Podsumowując, wyniki te wyraźnie wskazują na centralną rolę caveolin-1 w promowaniu starzenia się komórek i sugerują hipotezę, że przedwczesne starzenie się może reprezentować nowotwór funkcję supresorową, w której pośredniczy caveolin-1 in vivo. --- Aktywowane onkogeny indukują przedwczesne starzenie się komórek, stały stan zatrzymania proliferacji w pierwotnych fibroblastach gryzoni i ludzi. Ostatnie badania sugerują, że wytwarzanie reaktywnych form tlenu (ROS) jest zaangażowane w przedwczesne starzenie się przedwczesne starzenie się komórek indukowane przez Ras. Jednak mechanizm sygnalizacyjny kontrolujący to nieodwracalne zatrzymanie wzrostu, w którym pośredniczy utleniacz, nie jest w pełni w pełni poznany. Tutaj pokazujemy, że poprzez szlak Ras/MEK, onkogen Ras regulował w górę ekspresję oksydaz generujących ponadtlenki, Nox1 w szczurzych komórkach REF52 w szczurzych komórkach REF52 i Nox4 w pierwotnych ludzkich komórkach płuc TIG-3, prowadząc do wzrostu wewnątrzkomórkowego poziomu ROS. wewnątrzkomórkowego poziomu ROS. Ablacja Nox1 i Nox4 przez małe interferujące RNA (siRNA) blokowała fenotyp starzenia RasV12, w tym aktywność β-galaktozydazy aktywność, zatrzymanie wzrostu i akumulację supresorów nowotworów, takich jak p53 i p16Ink4a. Sugeruje to, że ROS generowane przez Nox przekazują sygnały starzenia poprzez aktywację szlaku p53 i p16Ink4a. Co więcej, siRNA Nox1 i Nox4 hamowały zarówno indukowaną przez Ras odpowiedź na uszkodzenie DNA, jak i aktywację p38MAPK, podczas gdy nadekspresja samych Nox1 i Nox4 była w stanie indukować starzenie. Zaangażowanie Zaangażowanie Nox1 w starzenie indukowane przez Ras zostało również potwierdzone w przypadku embrionalnych fibroblastów pochodzących od myszy z nokautem Nox1. Wszystkie te odkrycia sugerują że ROS generowane przez Nox1 i Nox4 odgrywają ważną rolę w indukowanej przez Ras przedwczesne starzenie się, które może obejmować odpowiedź na uszkodzenie DNA i szlaki sygnałowe p38MAPK szlaki sygnałowe. --- Uważa się, że nadekspresja MYC inicjuje nowotworzenie poprzez indukowanie proliferacji i wzrostu komórek proliferację i wzrost komórek, a także powstrzymuje ją od wywoływania nowotworów poprzez indukując zatrzymanie cyklu komórkowego, starzenie się komórek i/lub apoptozę. Tutaj pokazujemy że MYC może indukować pęknięcia DNA zarówno in vitro, jak i in vivo, niezależnie od zwiększonej produkcji reaktywnych form tlenu (ROS). Zapewniamy wgląd w specyficzne okoliczności, w których MYC generuje ROS in vitro i proponujemy możliwy mechanizm. Stwierdziliśmy, że MYC indukuje dwuniciowe pęknięcia DNA (DSB) niezależnie od produkcji ROS w limfocytach mysich in vivo, jak również w normalnych ludzkich fibroblastach napletka (NHF) in vitro w normalnej (10%) surowicy, jak mierzone przez barwienie gammaH2AX. Jednak NHF hodowane in vitro w niskiej surowicy (0,05%) i / lub nasycenie tlenem otoczenia spowodowało związane z ROS utlenianie i jednoniciowe pęknięcia DNA (SSB), mierzone barwieniem Ape-1. W NHF hodowanych w niskiej w porównaniu do normalnej surowicy, MYC indukował zwiększoną ekspresję CYP2C9, produktu genu, o którym wiadomo, że jest związany z produkcją ROS. Specyficzne hamowanie CYP2C9 przez małe interferujące RNA częściowo hamuje produkcję ROS indukowaną przez MYC. produkcję ROS indukowaną przez MYC. Nadekspresja MYC może zatem indukować ROS i SSBs w pewnych warunkach, ale generalnie indukuje powszechne DSB in vivo i in in vitro niezależnie od produkcji ROS. --- Onkogenna aktywacja kaskady kinazy białkowej aktywowanej mitogenami (MAP) w mysich fibroblastach mysich fibroblastów inicjuje zatrzymanie cyklu komórkowego podobne do starzenia, które zależy od ARF/p53. Aby zbadać, czy p53 jest wystarczające do wywołania senescencji, wprowadziliśmy warunkowy mysi allel p53 (p53(val135)) do mysich fibroblastów embrionalnych p53-null i zbadaliśmy proliferację komórek i starzenie się proliferację i senescencję w komórkach wyrażających p53, onkogenny Ras lub oba produkty genów produkty genowe. Warunkowa aktywacja p53 skutecznie indukowała odwracalne zatrzymanie cyklu komórkowego zatrzymanie cyklu komórkowego, ale nie była w stanie wywołać cech starzenia. W przeciwieństwie do tego, koekspresja onkogennego ras lub aktywowanego mek1 z p53 zwiększała zarówno poziom p53 i aktywność w stosunku do tej obserwowanej dla samego p53 i powodowała nieodwracalne zatrzymanie cyklu komórkowego, które wykazywało cechy starzenia komórkowego. p19(ARF) był wymagany dla tego efektu, ponieważ komórki p53(-/-) ARF(-/-) double-null nie były w stanie przejść senescencji po koekspresji onkogennych Ras i p53. Chociaż poziomy egzogennego p53 osiągnięte w komórkach ARF-null były stosunkowo niskie, stabilizujący wpływ p19(ARF) na p53 nie mógł wyjaśnić współpracy między onkogennym Ras i p53 w promowaniu starzenia. Stąd, wymuszona ekspresja p53 bez onkogennego Ras w komórkach p53(-/-) mdm2(-/-) double-null komórki wytwarzały ekstremalnie wysokie poziomy p53, ale nie indukowały starzenia. Podsumowując razem, nasze wyniki wskazują, że onkogenna aktywacja szlaku kinazy MAP w mysich fibroblastach przekształca p53 w induktor starzenia poprzez mechanizmy ilościowe i jakościowe. --- Starzenie się komórek charakteryzuje się nieodwracalnym zatrzymaniem cyklu komórkowego, gdy zostanie ominięte przez mutację, przyczynia się do unieśmiertelnienia komórek. Aktywowane onkogeny indukują odpowiedź hiperproliferacyjną, która może być jednym z sygnałów starzenia. sygnałów starzenia. Stwierdziliśmy, że ekspresja takiego onkogenu, Akt, powoduje starzenie w pierwotnych mysich hepatoblastach in vitro. Dodatkowo, guzy ulegają starzeniu in vivo po reaktywacji p53 i wykazują oznaki różnicowania. różnicowania. W innym systemie in vivo, tj. zwłóknieniu wątroby, hiperproliferacyjna sygnalizacja poprzez AKT może być siłą napędową starzenia w aktywowanych komórkach gwiaździstych wątroby. Starzejące się komórki regulują i wydzielają cząsteczki, które z jednej strony mogą wzmocnić zatrzymanie, a z drugiej strony z drugiej strony, mogą sygnalizować wrodzonemu układowi odpornościowemu, aby usunął starzejące się komórki. Mechanizmy rządzące starzeniem się i immortalizacją pokrywają się z mechanizmami regulującymi samoodnowę i różnicowanie. regulującymi samoodnowę i różnicowanie. Te odpowiednie mechanizmy kontroli lub ich rozregulowanie są zaangażowane w wiele stanów patologicznych, w tym zwłóknienie patologicznych, w tym zwłóknieniu, gojeniu się ran i nowotworach. Zrozumienie sygnałów zewnątrzkomórkowych, które regulują te procesy, może umożliwić nowe terapie tych stanów. terapie tych schorzeń. --- Starzenie się komórek jest ogólnie definiowane jako nieodwracalny stan zatrzymania cyklu komórkowego G1. w którym komórki są oporne na stymulację czynnikami wzrostu. Starzenie się komórek może być indukowane przez kilka różnych mechanizmów. Pierwotne komórki ssaków wykazują skończoną długość życia, co sugeruje mechanizm liczący podziałów komórkowych. Komórki te początkowo proliferują, ale ostatecznie wchodzą w stan trwałego zatrzymania wzrostu, zwanego starzeniem replikacyjnym. Erozja telomerowego DNA DNA pojawiła się jako kluczowy czynnik w starzeniu replikacyjnym, który jest antagonizowany podczas immortalizacji komórek. Niemniej jednak, oprócz skracania telomerów, istnieją istnieją inne mechanizmy indukujące zatrzymanie wzrostu podobne do fenotypu starzenia replikacyjnego. fenotypu starzenia replikacyjnego. Sygnały onkogenne lub mitogenne, a także uszkodzenia DNA mogą indukować taki fenotyp starzenia komórkowego. Wszystkie formy starzenia komórkowego mają wspólne szlaki sygnałowe i cechy morfologiczne. Tym samym p53 wydaje się wydaje się być niezbędny dla odpowiedzi starzenia. Wiele z tych mechanizmów można eksperymentalnie odtworzyć poprzez wprowadzenie określonych elementów genetycznych. elementów genetycznych. Replikacyjna senescencja spowodowana skróceniem telomerów może, na przykład być indukowana przez dominującą ujemną wersję telomerazy, przedwczesną przez nadekspresję onkogennego ras lub p16. --- Starzenie się komórek hamuje raka poprzez zatrzymanie proliferacji komórek, zasadniczo na stałe, w odpowiedzi na bodźce onkogenne, w tym genotoksyczne stres. Zmodyfikowaliśmy zastosowanie macierzy przeciwciał, aby zapewnić ilościową ocenę ocenę czynników wydzielanych przez starzejące się komórki. Wykazaliśmy, że ludzkie komórki indukowane do starzenia przez stres genotoksyczny wydzielają niezliczone czynniki związane z zapaleniem i złośliwością. zapaleniem i złośliwością. Ten związany ze starzeniem fenotyp wydzielniczy (SASP) rozwijał się powoli przez kilka dni i dopiero po uszkodzeniu DNA o wystarczającej wielkości, aby wywołać senescencję. Niezwykle podobne SASP rozwinęły się w normalnych fibroblastach, normalnych komórkach nabłonkowych i nabłonkowych komórkach nowotworowych po stresie genotoksycznym w hodowli oraz w nabłonkowych komórkach nowotworowych in vivo po leczeniu pacjentów z rakiem prostaty chemioterapią uszkadzającą DNA. W hodowanych przednowotworowych komórkach nabłonkowych, SASP indukowały przejście nabłonkowo-mezenchymalne i inwazyjność, cechy charakterystyczne nowotworu złośliwego, poprzez mechanizm parakrynny który w dużej mierze zależał od czynników SASP: interleukiny (IL)-6 i IL-8. Co uderzające, dwie manipulacje znacznie wzmocniły i przyspieszyły rozwój SASP SASP: ekspresja onkogennego RAS, która powoduje stres genotoksyczny i starzenie się w normalnych komórkach oraz funkcjonalna utrata supresora nowotworu p53 białka. Zarówno utrata p53, jak i wzmocnienie onkogennego RAS również zaostrzyły złośliwe działania parakrynne SASP. Nasze odkrycia definiują centralną cechę starzenia indukowanego stresem genotoksycznym. Co więcej, sugerują one komórkowo-autonomiczny mechanizm, za pomocą którego p53 może ograniczać, a onkogenny RAS może promować rozwój raka związanego z wiekiem poprzez zmianę mikrośrodowiska tkankowego. mikrośrodowisko. --- Niedawno wykazano, że starzenie się komórek odgrywa ważną rolę w przeciwstawianiu się inicjacji i promocji nowotworów. Senescencja indukowana przez onkogeny lub przez utratę genów supresorowych nowotworów uważa się, że zależy ona od indukcji szlaku szlaku p19(Arf)-p53. Ligaza E3-ubikwityny Skp2 może działać jako protoonkogen, a jej nieprawidłowa nadekspresja jest często obserwowana w ludzkich nowotworach. nowotworach. Tutaj pokazujemy, że chociaż inaktywacja Skp2 sama w sobie nie indukuje starzenia komórkowego, nieprawidłowe sygnały protoonkogenne, jak również inaktywacja genów supresorowych nowotworów genów supresorowych nowotworów wywołują silną, supresyjną starzenie się nowotworu u myszy i komórek pozbawionych Skp2. Warto zauważyć, że inaktywacja Skp2 i i starzenie się wywołane stresem onkogennym nie wywołują aktywacji szlaku p19(Arf)-p53 ani uszkodzenia DNA, ale zamiast tego zależą od Atf4, p27 i p21. Ponadto wykazać, że genetyczna inaktywacja Skp2 wywołuje starzenie się komórek nawet w onkogennych warunkach, w których odpowiedź p19(Arf)-p53 jest osłabiona, podczas gdy kompleks Inhibitor kompleksu Skp2-SCF może wywoływać starzenie komórkowe w komórkach z niedoborem p53/Pten i regresję guza w badaniach przedklinicznych. Nasze odkrycia dostarczają dowodów na to, że farmakologiczne hamowanie Skp2 może może stanowić ogólne podejście do profilaktyki i terapii nowotworów. --- Tłumienie onkogennych poziomów MYC jest wystarczające do wywołania trwałej regresji guza związanej z zatrzymaniem proliferacji, różnicowaniem, starzeniem się komórek starzeniem się komórek i/lub apoptozą, zjawisko znane jako uzależnienie od onkogenów. Jednakże, po długotrwałej inaktywacji MYC w warunkowym transgenicznym modelu mysim Eμ-tTA/tetO-MYC T-komórkowej ostrej białaczki limfoblastycznej, niektóre guzy nawracają, co często obserwuje się w ludzkich guzach w odpowiedzi na terapie celowane. terapie celowane. Tutaj donosimy, że te nawracające chłoniaki wyrażają albo transgeniczny lub endogenny Myc, aczkolwiek w wielu przypadkach na poziomach niższych niż w pierwotnym guzie. w pierwotnym guzie, co sugeruje, że guzy nadal są uzależnione od MYC. Wiele z nawracających chłoniaków (76%) było nosicielami mutacji w transaktywatorze tetracykliny tetracykliny, powodując ekspresję transgenu MYC nawet w obecności doksycykliny. obecności doksycykliny. Niektóre z pozostałych nawracających guzów wykazywały wysoki poziom Myc, co było związane z rearanżacją genomową endogennego locus Myc. endogennego locus Myc lub aktywacją Notch1. Poprzez profilowanie ekspresji genów, potwierdziliśmy, że guzy pierwotne i nawracające mają bardzo podobne transkryptomy. transkryptomy. Co ważne, supresja wysokiego poziomu MYC w nawracających guzach za pośrednictwem shRNA MYC w nawracających guzach wywołała zarówno supresję proliferacji, jak i zwiększoną apoptozy, potwierdzając, że guzy te pozostają uzależnione od onkogenów. Wyniki te sugerują, że guzy indukowane przez MYC pozostają uzależnione od nadekspresji tego onkogenu. onkogenu. --- Aktywowane onkogeny indukują kompensacyjne odpowiedzi supresyjne, takie jak starzenie się komórek lub apoptozę, ale sygnały determinujące główny rezultat pozostają w pełni zrozumiałe. Tutaj odkrywamy rolę Cdk2 (kinazy zależnej od cyklin 2) w hamowaniu starzenia indukowanego przez Myc. Krótkoterminowa aktywacja Myc promowała progresję cyklu komórkowego zarówno w typie dzikim, jak i Cdk2 (MEF). Jednak w MEF typu knockout początkowa odpowiedź hiperproliferacyjna początkowa odpowiedź hiperproliferacyjna była poprzedzona starzeniem się komórek. Utrata Cdk2 spowodowała również uwrażliwienie na starzenie indukowane przez Myc w komórkach trzustki komórek beta trzustki lub śledzionowych komórek B in vivo, korelując z opóźnionym początkiem chłoniaka w tych ostatnich. Cdk2-/- MEF również starzały się po ektopowej sygnalizacji Wnt lub, bez onkogenu, po szoku hodowlanym wywołanym tlenem. Myc powoduje również starzenie w komórkach pozbawionych białka naprawy DNA Wrn. Jednakże, w przeciwieństwie do utraty Wrn, utrata Cdk2 nie zwiększyła stresu replikacyjnego indukowanego przez Myc, co sugeruje, że białka te hamują starzenie się różnymi drogami. W MEFs, starzenie indukowane przez Myc było genetycznie zależne od ARF-p53-p21Cip1 i p16INK4a-pRb, przy czym p21Cip1 i p16INK4a były selektywnie indukowane w komórkach Cdk2-/- komórkach. Tak więc, chociaż Cdk2 jest redundantny dla progresji cyklu komórkowego i rozwoju, odgrywa on unikalną rolę w hamowaniu komórek Cdk2-/-. odgrywa wyjątkową rolę w hamowaniu starzenia wywołanego onkogenami i/lub stresem. Farmakologiczne hamowanie Cdk2 indukowało starzenie zależne od Myc w różnych typach komórek, w tym typach komórek, w tym w linii komórkowej ludzkiego raka p53-null. Nasze dane gwarantują ponowną ocenę Cdk2 jako celu terapeutycznego w nowotworach wywołanych przez Myc lub Wnt.
Które onkogeny są w stanie indukować starzenie się komórek?
Starzenie komórkowe może być indukowane przez aktywację lub inaktywację wielu onkogenów, takich jak Ras, c-Abl, Raf, Myc, Skp2, BRAF, AKT, HDAC2, p38 MAPK, Caveolin-1 i Mek1.