Rola starzenia komórkowego w kancerogenezie i terapii
advertisement
Rola starzenia komórkowego w kancerogenezie i terapii przeciwnowotworowej Grażyna Mosieniak Anna Strzeszewska Pracownia Molekularnych Podstaw Starzenia, Instytut Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego PAN, Warszawa Pracownia Molekularnych Podstaw Starzenia, Instytut Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego PAN, ul. Pasteura 3, 02-093 Warszawa; tel.: (22) 589 22 60, e-mail: [email protected] Artykuł otrzymano 7 marca 2014 r. Artykuł zaakceptowano 7 kwietnia 2014 r. Słowa kluczowe: starzenie komórkowe, nowotwory, onkogeny, geny supresorowe nowotworu, terapia przeciwnowotworowa Wykaz skrótów: OIS (ang. oncogene induced senescence) — starzenie indukowane onkogenami; ALT (ang. alternative lengthening of telomeres) — process alternatywnego wydłużania telomerów; TERT (ang. telomerase reverse transcriptase) — podjednostka katalityczna telomerazy o aktywności odwrotnej transkryptazy; TERC (ang. telomerase RNA component) — matrycowe RNA telomerazy, VEGF (ang. vascular endothelial growth factor) — czynnik wzrostu śródbłonka naczyniowego, DMBA — dimetylobenzenoantracenu STRESZCZENIE S tarzenie komórkowe jest procesem prowadzącym do nieodwracalnego zatrzymania podziałów komórkowych, który może nastąpić w odpowiedzi na uszkodzenia DNA. Innymi czynnikami prowadzącymi do starzenia jest aktywacja onkogenów lub inaktywacja genów supresorowych nowotworu. Obecność komórek starych wykazano w zmianach prenowotworowych występujących na wczesnych etapach kancerogenezy co świadczy o tym, że starzenie stanowi naturalną barierę, która musi być przełamana aby doszło do pełnej transformacji nowotworowej. Z drugiej strony wykazano, że komórki nowotworowe, które przełamały tę barierę, pozostają nadal wrażliwe na indukcję procesu starzenia komórkowego np. pod wpływem konwencjonalnie stosowanych chemioterapeutyków. Dlatego też starzenie komórek nowotworowych postrzega się jako proces, który podobnie jak apoptoza, warunkuje efektywność terapii przeciwnowotworowych. Komórki stare, choć nie dzielą się, to jednak pozostają bardzo aktywne metabolicznie wydzielając do środowiska szereg czynników prozapalnych, mitogennych lub enzymów zdolnych trawić macierz zewnątrzkomórkową. Czynniki te mogą zarówno sprzyjać indukcji starzenia jak i stymulować proliferację. Z tego względu, starzenie komórek, do jakiego dochodzi na różnych etapach rozwoju nowotworu, może działać jak miecz obosieczny, z jednej strony hamując proliferację komórek potencjalnie niebezpiecznych dla organizmu, a z drugiej stymulując do podziałów komórki nowotworowe. Intensywne badania, które są aktualnie prowadzone zmierzają do opracowania nowych strategii terapeutycznych, które pozwoliłyby na wykorzystanie indukcji procesu starzenia zarówno w profilaktyce jak i terapii dostosowanej do tła genetycznego określonego nowotworu. Jednocześnie świadomość potencjalnego ryzyka jakie niesie ze sobą obecność komórek starych w organizmie wymaga wnikliwej analizy i monitorowania na różnych etapach efektów takiej terapii. WPROWADZENIE Proces transformacji nowotworowej wiąże się ze stopniową akumulacją mutacji. Wśród nich można wyróżnić mutacje dominujące, które generują silny sygnał do proliferacji (mutacje w protoonkogenach) jak i mutacje recesywne obejmujące geny kodujące białka związane m.in. z kontrolą cyklu komórkowego, naprawą DNA (geny supresorowe nowotworu, tabela 1) czy regulacją apoptozy. Uważa się, że proliferacja niesie za sobą zwiększone ryzyko nabywania mutacji, a ponadto zapewnia propagowanie potencjalnie niebezpiecznej zmiany genetycznej do komórek potomnych. Dzięki zwiększonej liczbie komórek zmutowanych rośnie prawdopodobieństwo pojawiania się w nich kolejnych mutacji, które mogą doprowadzić do pełnej transformacji nowotworowej. Dlatego też, mechanizm umożliwiający eliminację komórek, które mogłyby stać się komórkami nowotworowymi, pełni krytyczną rolę w zapewnieniu prawidłowego funkcjonowania organizmu. Takim procesem jest bez wątpienia starzenie komórkowe, które prowadzi do trwałego zahamowania podziałów komórkowych, stanowiąc tym samym barierę przed rozwojem nowotworu. Z drugiej strony, pomimo, że komórki stare nie dzielą się, to są one żywe i aktywne metabolicznie. Wydzielają do środowiska szereg czynników takich jak cytokiny prozapalne, proteazy, mitogeny, które mogą tworzyć środowisko wspierające wzrost komórek prenowotorowych. Starzeniu komórkowemu ulegają nie tyko komórki prawidłowe, ale również komórki nowotworowe. Dzieje się tak na przykład pod wpływem chemioterapeutyków. Wykazano, że proces ten może być indukowany w trakcie terapii przeciwnowotworowej przyczyniając się do zwiększenia jej skuteczności. Wciąż jednak obawy badaczy budzi odpowiedź na pytanie czy komórka nowotworowa, która uległa starzeniu w trakcie terapii może wznowić podziały i spowodować remisję choroby? Niniejsza praca przeglądowa przybliży czytelnikowi zgromadzoną wiedzę na temat roli jaką odgrywa proces starzenia komórkowego na różnych etapach kancerogenezy. 194www.postepybiochemii.pl Tabela 1. Podstawowe pojęcia. Pojęcia Wyjaśnienie Protoonkogen Gen, występujący w prawidłowych komórkach, kodujący białka zaangażowane w regulację ich wzrostu i proliferacji. Mutacje w tym genie mogą prowadzić do powstania onkogenów, sprzyjających rozwojowi nowotworu. Onkogen Gen kodujący białko, którego ekspresja powoduje zajście transformacji nowotworowej komórek i powstanie nowotworu in vivo. Znaczna większość znanych onkogenów powstaje przez mutację protoonkogenów, prowadzącą do zmiany sekwencji białka i jego aktywności lub zmiany w poziomie jego ekspresji. Gen supresorowy nowotworu Gen kodujący białko, które jest zaangażowane w regulację wzrostu i proliferacji lub w naprawę DNA w komórkach. Jego obecność w formie dzikiej w komórkach zapobiega zajściu w nich transformacji nowotworowej. Np.: TP53, RB1, VHL, NF1, BRCA1 Gen Funkcja Ras Protoonkogen. Kodowane przez niego białko funkcjonuje w komórkach jako molekularny przełącznik, który w odpowiedzi na sygnały zewnątrzkomórkowe (np. EGF) może uruchamiać ścieżki sygnałowe umożliwiające komórkom przeżycie i proliferację. Właściwa i ścisła regulacja aktywności Ras jest kluczowa dla utrzymania homeostazy komórki i całego organizmu. Istnieją następujące izoformy białka Ras: Hras, Nras oraz występujące w dwóch wariantach splicingowych białko Kras (Kras4A i Kras4B). Wszystkie izoformy Ras charakteryzują się wysoką homologią w obrębie domeny G, która odpowiada za zdolność przekazywania sygnału (aktywność GTPazy), różnią się natomiast krótkim C-końcowym fragmentem, zwanym rejonem hiperzmiennym, który ulega modyfikacjom posttranslacyjnym, decydującym o lokalizacji białka. Mutacje w Ras, przekształcające go w onkogen i prowadzące do powstania konstytutywnie aktywnego białka są obecne w ok. 30% nowotworów, szczególnie w takich ich typach, które charakteryzują się najwyższą śmiertelnością (np. rak płuc). BRAF Protoonkogen. Kodowane przez niego białko jest kinazą serynowo-treoninową w szlaku RAS/RAF/ MEK/ERK, który aktywowany jest m.in. przez czynniki wzrostowe i cytokiny. Zaburzenie regulacji funkcjonowania tego szlaku przez konstytutywnie aktywną kinazę BRAF, działającą niezależnie od regulującego ją białka Ras, może prowadzić do rozwoju nowotworów. Najczęściej występującą mutacją BRAF jest transwersja 1799T->A, skutkująca powstaniem zmutowanego białka BRAF V600E. c-Myc Protoonkogen. Koduje białko c-Myc będące czynnikiem transkrypcyjnym, który wpływa na ekspresję wielu istotnych genów, zaangażowanych m.in. we wzrost komórek, ich metabolizm oraz proliferację. Jednym z mechanizmów, które pozwalają na ścisłą regulację aktywności c-Myc w komórkach prawidłowych jest jego szybka degradacja proteasomalna (okres półtrwania c-Myc w komórkach prawidłowych wynosi ok 20 min). Obserwuje się zwiększenie poziomu białka c-Myc w ok. 70% przypadków nowotworów. ROLA TELOMERÓW I TELOMERAZY W TRANSFORMACJI NOWOTWOROWEJ KOMÓREK PRAWDŁOWYCH Chromosomy komórek eukariotycznych posiadają na swych końcach struktury zwane telomerami, które są odpowiedzialne za utrzymanie integralności chromosomu. Wraz z każdą rundą replikacji telomery ulegają skróceniu w wyniku tzw. problemu końca replikacji. Nieliczne komórki ludzkie, tak jak komórki rozrodcze i macierzyste, mają wysoką aktywność enzymu telomerazy, która umożliwia odbudowę telomerów. W pozostałych komórkach somatycznych obserwuje się postępujące skracanie odcinków telomerowych1. Skrócone telomery są rozpoznawane przez komórkę jako miejsca podwójnych uszkodzeń DNA i indukują sygnał, który prowadzi do zatrzymania podziałów, Tematyka ta została szerzej omówiona w artykule Anny BielakŻmijewskiej, Wiolety Grabowskiej i Doroty Przybylskiej „Rola starzenia komórkowego w starzeniu organizmu i chorobach związanych z wiekiem”, zamieszczonym w niniejszym zeszycie Postępów Biochemii. starzenia replikacyjnego. Doświadczenia przeprowadzone przez Bodnar’a i wsp. pokazały, że nadekspresja genu kodującego podjednostkę katalityczną telomerazy w komórkach prawidłowych prowadzi do wydłużenia telomerów, czemu towarzyszy zwiększenie potencjału replikacyjnego komórek [1] dowodząc jednocześnie, że skracanie telomerów prowadzi do starzenia. Aby doszło do transformacji nowotworowej i nabycia zdolności do nieograniczonej w czasie proliferacji, komórki muszą przełamać barierę, jaką stanowi proces starzenia komórkowego. Uważa się, że jest to możliwe dzięki mutacjom w genach kodujących białka zaangażowane w kontrolę cyklu komórkowego, takie jak p53 oraz białek należących do ścieżki Rb/p16INK4A, które jednocześnie są zaangażowane w indukcję procesu starzenia2. Komórki, które dzięki mutacjom uniknęły starzenia, wznawiają podziały, którym 1 Postępy Biochemii 60 (2) 2014 Tematyka ta została szerzej omówiona w artykule Olgi Alster i Zbigniewa Korwka „Znaczniki starzenia komórkowego”, zamieszczonym w niniejszym zeszycie Postępów Biochemii. 2 195 towarzyszy postępujące skracanie telomerów. Obecność licznych, krytycznie krótkich telomerów w dzielących się komórkach prowadzi do masowej śmierci (tzw. faza kryzysu). Wynika to z zaburzeń w rozdziale chromosomów do komórek potomnych. Znacznie skrócone zakończenia telomerowe ulegają fuzji i doprowadzają do powstania chromosomów dicentrycznych. Rozdział takich chromosomów w trakcie mitozy skutkuje ich rozerwaniem i śmiercią na drodze katastrofy mitotycznej. W rzadkich przypadkach (1 na 10 milionów) w komórce dochodzi do reaktywacji telomerazy, która umożliwia stabilizację skróconych zakończeń chromosomów i wznowienie proliferacji (Ryc. 1). Pomimo aktywnej telomerazy, telomery w komórkach nowotworowych pozostają krótkie i mogą przyczyniać się w dalszych etapach procesu nowotworzenia do zwiększonej niestabilności komórek unieśmiertelnionych [2]. Wykazano również, że komórki niektórych nowotworowów są w stanie odbudowywać zakończenia telomerów wykorzystując tzw. mechanizm ALT (ang. alternative lengthening of telomeres) niewymagający aktywności telomerazy [3]. Bezpośrednich dowodów świadczących o tym, że stała aktywność telomerazy sprzyja powstawaniu nowotworów dostarczyły doświadczenia prowadzone na myszach Terc-/-. W przeciwieństwie do człowieka, komórki somatyczne gryzoni mają aktywną telomerazę, która chroni długie odcinki telomerowe przed skracaniem, choć jednocześnie sprzyja nowotworzeniu. Usunięcie z komórek mysich genu kodującego podjednostkę RNA telomerazy skutkuje mniejszą zapadalnością myszy Terc -/- na nowotwory skóry [4] podczas gdy nadekspresja podjednostki katalitycznej mTERT przyczynia się do częstszego występowania raka sutka [5]. Warto jednak zauważyć, że inaktywacja telomerazy może wywierać zróżnicowany efekt w zależności od typu komórki i tła ge- netycznego, i tak na przykład myszy pozbawione ekspresji genów Tp53 i Terc częściej chorowały na nowotwory wywodzące się z tkanki nabłonkowej skóry, sutka oraz przewodu pokarmowego. Nowotwory te charakteryzowały się licznymi aberracjami chromosomowymi, które obserwowane były tylko w przypadku, gdy w komórkach mysich pozbawionych p53 dochodziło do skracania telomerów spowodowanych brakiem telomerazy [6]. Starzenie replikacyjne związane ze skracaniem telomerów jest bez wątpienia procesem, który może stanowić barierę chroniącą przed unieśmiertelnieniem komórek prawidłowych. Przełamanie tej bariery wiąże się z indukcją niestabilności chromosomalnej, która z jednej strony prowadzi do śmierci komórek, które uniknęły starzenia, a z drugiej umożliwia reaktywację telomerazy i nieograniczoną proliferację nielicznym komórkom. W ten sposób dochodzi do powstania komórek unieśmiertelnionych, a proces ten jest pierwszym etapem kancerogenezy prowadzącym do powstania zaawansowanych nowotworów. ONKOGENY I GENY SUPRESOROWE NOWOTWORU W INDUKCJI STARZENIA KOMÓRKOWEGO Blisko 20 lat temu Manuel Serrano i wsp. [7] opublikowali pracę, która rozpoczęła nowy etap w badaniach nad rolą starzenia w onkogenezie. Zaobserwowali oni, że ekspresja onkogenu Ras w ludzkich fibroblastach oraz fibroblastach pochodzących od gryzoni prowadzi w ciągu kilku dni do trwałego i nieodwracalnego zatrzymania komórek w fazie G1 cyklu komórkowego związanego z podwyższoną ekspresją białek p53 oraz inhibitora kinazy zależnej od cykliny, białka p16INK4A (p16). Co więcej, komórki te miały szereg cech, które świadczyły o tym, że uległy one starzeniu. Proces ten został nazwany starzeniem indukowanym onkogenami (OIS, ang. Oncogene Induced Senescence). Pomimo, iż w trakcie indukcji starzenia onkogenem Ras nie dochodzi do skracania telomerów, to jednak wykazano, że białko to powoduje aktywację ścieżki przesyłania sygnału uruchamianej w odpowiedzi na pęknięcia podwójnej nici DNA (DDR, ang. DNA damage response) [8]. Dzieje się tak dlatego, że onkogen ten generuje silny sygnał do proliferacji i hiperreplikacji. W efekcie dochodzi do zaburzeń w procesie syntezy DNA (stres replikacyjny) i uszkodzeń DNA. Zahamowanie aktywności kinazy ATM, jednej z kluczowych dla funkcjonowania DDR, skutecznie uniemożliwiało indukcję starzenia onkogenem [8]. Rycina 1. Wykres ilustrujący wzrost prawidłowych komórek w hodowli. Liczba podwojeń populacji odzwierciedla zwiększającą się, wraz z czasem prowadzenia hodowli, liczbę komórek. Komórki, w których telomeraza jest nieaktywna po przejściu określonej liczby podziałów ulegają starzeniu replikacyjnemu. Mutacja w genach biorących, między innymi udział w indukcji procesu starzenia, może prowadzić do wznowienia proliferacji. Podziały komórek z krótkimi telomerami skutkują masową śmiercią i zatrzymaniem wzrostu komórek w hodowli. Reaktywacja telomerazy w bardzo rzadkich przypadkach może prowadzić do unieśmiertelnienia komórki i wznowienia jej nieograniczonej proliferacji . W przeciwieństwie do ekspresji onkogenu Ras w komórkach prawidłowych, ekspresja tego onkogenu w komórkach unieśmiertelnionych prowadzi do transformacji nowotworowej. Jest to możliwe dzięki współdziałaniu onkogenu Ras z innymi onkogenami obecnymi w komórce unieśmiertelnionej, takimi jak np. onkogen c-Myc lub współwystępowaniu mutacji prowadzących do zmian w syntezie białek kluczo- 196www.postepybiochemii.pl wych dla regulacji cyklu komórkowego (p53, p16, cyklina D, CDC25A i B). Mutacje białka Ras razem z inaktywacją genów supresorów nowotworu są najczęściej spotykanymi zaburzeniami występującymi w ludzkich nowotworach [9]. Nie dziwi zatem fakt, że obserwacje poczynione przez Serrano pozwoliły na sformułowanie hipotezy, że starzenie komórkowe indukowane onkogenami (OIS) może odgrywać ważną rolę przeciwnowotworową na wczesnych etapach kancerogenezy. W ślad za badaniami prowadzonymi in vitro, w roku 2005 niezależnie kilka zespołów badawczych wykazało obecność komórek starych w łagodnych zmianach nowotworowych oraz ich brak w nowotworach pochodzących z późniejszych etapów kancerogenezy. Najbardziej spektakularnym przykładem było wykazanie, że melanocyty obecne w znamionach, posiadają podwyższoną aktywność SA-β-galaktozydazy (SA-β-gal, ang. Senescence Associated β-galactosidase) i wysoki poziom białka p16. Obserwowane in vivo starzenie komórkowe wiązało się z podwyższonym poziomem w tych melanocytach onkogenów BRAF lub NRAS [10]. Przełamanie, w wyniku zajścia dodatkowych mutacji, bariery przeciwnowotworowej, jaką jest starzenie melanocytów obecnych w znamionach, prowadziło do progresji choroby nowotworowej i powstawania czerniaka [11]. Rolę starzenia komórkowego indukowanego onkogenami, jako procesu o znaczeniu przeciwnowotworowym, potwierdziły w sposób bezpośredni doświadczenia przeprowadzone na mysich modelach. Wykorzystano w tym celu myszy transgeniczne Eμ-N-Ras, w których dzięki zastosowaniu sekwencji wzmacniającej Eμ występującej w genie kodującym przeciwciałach klasy IgH, ekspresja onkogenu Ras zachodziła wybiórczo w limfocytach B. Myszy te były dodatkowo pozbawione genu kodującego białko p53 lub metylotransferazy Suv39h1. Wcześniejsze badania sugerowały, że to właśnie Suv39h1 jest odpowiedzialna za tworzenie ognisk heterochromatyny związanej ze starzeniem (SAHF, ang. Senescence Associtaed Heterochromatin Foci) i odgrywa kluczową rolę w tym procesie [12]. U myszy pozbawionych ekspresji genów kodujących białka biorące udział w indukcji procesu starzenia dochodziło do szybkiego rozwoju chłoniaków o wysokim stopniu złośliwości podczas gdy myszy transgeniczne Eμ-N-Ras o niezmienionym poziomie białek p53 i Suv39h1 zapadały na nowotwory pochodzenia nielimfoidalnego w późniejszym wieku [13]. Obecność starych komórek występujących na wczesnych etapach nowotworzenia indukowanego onkogenem Ras wykazano również w przypadku nowotworów płuc i trzustki [14], brodawczaków, których powstanie wiązało się z działaniem związków chemicznych (DMBA) [15] czy też w łagodnych zmianach rozrostowych, którym ulegały komórki nabłonka jelita myszy [16]. Istnieją również modele eksperymentalne, w których niski poziom ekspresji Ras stymulował proliferację komórek, prowadząc do łagodnych zmian nowotworowych, podczas gdy wyższy poziom ekspresji tego onkogenu indukował starzenie komórkowe. Obserwowano to w komórkach gruczołu mlekowego [17]. Zatem efekt działania onkogenu i jego zdolność do indukcji starzenia były uzależnione od tła genetycznego oraz poziomu jego ekspresji. Postępy Biochemii 60 (2) 2014 Mutacje w innych niż Ras protoonkogenach również wywoływały proces starzenia. Przykłady nowotworów, których powstanie jest związane z aktywacją określonego onkogenu i w których zidentyfikowano obecność komórek starych przedstawia Tabela 2 [18]. Podobnie jak aktywacja onkogenu, brak aktywności genów supresorowych nowotworu może również prowadzić do starzenia komórkowego. Jednym z pierwszych modeli eksperymentalnych, w których wykazano taką właśnie zależność, były myszy pozbawione białka Pten, w których dochodziło do pojawienia się łagodnych zmian nowotworowych w prostacie (PIN, ang. prostate intraepithelial neoplasia). W obrębie tych zmian nowotworowych wykazano obecność komórek z podwyższoną aktywnością SA-β-gal oraz podwyższony poziom białka p19ARF (p19). Białko p19 stabilizuje p53, prowadząc do podwyższenia jego poziomu i zwiększonej ekspresji jego genu docelowego, CDKN2A, kodującego inhibitor kinazy zależnej od cyklin, p21. Gdy myszy pozbawiono możliwości produkcji zarówno białka Pten jak i p53, zaobserwowano gwałtowną progresję nowotworu prowadzącą do powstania raków naciekających i śmierci zwierząt [19]. Badania przeprowadzone na materiale pochodzącym od osób z łagodnymi zmianami nowotworowymi prostaty potwierdziły obecność komórek starych na tym etapie choroby [19]. Indukcja starzenia spowodowana utratą genu supresorowego nowotworu, jakim jest Pten, określana w literaturze często PICS (ang. Pten — loss induced cellular senescence), różni się dość znacznie od starzenia indukowanego onkogenami. Wykazano bowiem, że w przeciwieństwie do starzenia indukowanego onkogenem Ras, w przypadku PICS nie obserwuje się hiperproliferacji i związanej z nią hiperreplikacji, która jest przyczyną uszkodzeń DNA i aktywacji ścieżki DDR. Komórki pozbawione ekspresji genu kinazy ATM, czy też zatrzymane w cyklu komórkowym na etapie przejścia z fazy G1 do S pod wpływem afidykoliny, nadal zachowują zdolność do starzenia wywołanego utratą genu Pten [20]. Natomiast podwyższony poziom p53 obserwowany w komórkach ulegających starzeniu na skutek utraty genu Pten jest zależny od aktywności białka mTOR. Udział genów supresorowych nowotworu w starzeniu komórkowym wykazano także w przypadku innych nowotworów. Mutacja w genie kodującym białko NF1 (neurofibromina 1), będące aktywatorem białka Ras, prowadzi do starzenia ludzkich fibroblastów. Ponadto stwierdzono obecność komórek starych w łagodnych nowotworach wyizolowanych ze skóry pacjentów cierpiących na włókniakonerwiakowatość — chorobę spowodowaną mutacją w genie NF1. Z kolei mutacja genu supresorowego nowotworu VHL (ang. Von Hippel-Lindau) u myszy, przyczyniała się do indukcji starzenia i zatrzymania procesu nowotworzenia na etapie torbieli nerkowych, które jedynie w bardzo rzadkich przypadkach rozwijały się do etapu gruczolakoraków [21]. Warto zauważyć, ze starzenie wywołane utratą genu VHL było niezależne od aktywacji białek p53 i p16, lecz wiązało się z akumulacją białka p27, inhibitora kinazy zależnej od cyklin, należącego do rodziny inhibitorów Cip/Kip. Podwyższony poziom p27 prowadził z kolei do aktywacji biał- 197 ka pRb i w efekcie do trwałego zahamowania proliferacji. Co ciekawe, o ile utrata genu VHL może prowadzić do starzenia komórek, w którym istotną rolę odgrywa pRb, o tyle delecja genu Rb może wywierać podobny efekt prowadząc do starzenia komórek C tarczycy myszy [22]. W tym wypadku brak białka pRb powodował zwiększoną aktywność onkogenu N-ras. W modelu in vivo wykazano, że starzenie komórek tarczycy związane z utratą pRb zapobiegało rozwojowi gruczakolaków tarczycy. Onkogeny i geny supresorowe nowotworu odgrywają istotną rolę w indukcji starzenia komórkowego nie tylko na wczesnych etapach kancerogenezy, hamując jej rozwój, ale mogą przyczyniać się do ograniczania proliferacji w zaawansowanych stadiach choroby. Klasycznym przykładem przemawiającym za tym jest ekspresja onkogenu c-Myc. Białko c-Myc jest czynnikiem transkrypcyjnym, który bierze udział w regulacji tak istotnych dla funkcjonowania komórki procesów jak proliferacja, różnicowanie, metabolizm, synteza DNA i białek oraz angiogeneza [23]. Nadekspresja c-Myc jest powszechnie rozpoznawana w wielu typach nowotworów człowieka i wiąże się z nieprawidłową regulacją jego genów docelowych, co skutkuje zaburzeniami w procesie różnicowania i nieograniczoną proliferacją typową dla komórek nowotworowych. Wu i wsp. [24] podjęli badania roli onkogenu c-Myc w procesie nowotworzenia, wykorzystując do tego celu myszy z komórkowo-specyficzną nadekspresją onkogenu c-Myc. U tak zmodyfikowanych zwierząt obserwowano powstawanie, w zależności od typu komórek, w których dochodziło do zwiększonej ekspresji onkogenu, chłoniaków, raków wątrobowokomórkowych lub kostniakomięsaków. Autorzy tej pracy wykazali, że inaktywacja c-Myc prowadzi do starzenia komórek nowotworowych i regresji nowotworów. O ile inaktywacja onkogenu c-Myc prowadzi do starzenia komórek nowotworowych, o tyle aktywacja genów supresorowych nowotworu może wywierać podobny efekt w przypadku gdy pojawi się ona na późnych etapach kancerogenezy. Dowiodły tego badania przeprowadzone przez Venturę i wsp. [25]. Badacze wykorzystali transgeniczne myszy, w których możliwe było regulowanie ekspresji genu kodującego białko p53. Myszy p53-/- mają zwiększoną podatność na nowotwory takie jak mięsaki, chłoniaki czy raki wątrobowokomórkowe, pojawiające się spontanicznie, jak również indukowane promieniowaniem. Przywrócenie ekspresji genu p53 u myszy z nowotworami skutkowało ich regresją, za którą w przypadku mięsaków i raków wątrobowokomórkowych odpowiedzialne było starzenie komórkowe. Zmniejszenie wielkości guzów następowało w wyniku usuwania komórek starych przez infiltrujące tkankę nowotworową makrofagi, neutrofile i komórki NK [26]. Rycina 2 przedstawia schemat zależności pomiędzy onkogenami i genami supresorowymi nowotworów zaangażowanych w regulację procesu starzenia towarzyszącego transformacji nowotworowej [18]. Starzenie komórkowe, w którym kluczową rolę odgrywają zarówno onkogeny jak geny supresorowe nowotworu jest obecnie powszechnie uznanym procesem komórkowym, który stanowi barierę przeciwnowotworową. Dowiodły tego w sposób bezpośredni doświadczenia prowadzone Rycina 2. Zaburzenia ekspresji onkogenów i genów supresorowych nowotworów oraz ich konsekwencje. Biorąc pod uwagę wpływ na indukcję procesu starzenia w trakcie kancerogenezy, geny supresorowe nowotworu mogą być podzielone na dwie kategorie. Pierwsza to takie, które działają powyżej onkogenów hamując ich aktywność. Inaktywacja tych genów supresorowych nowotworu sprzyja starzeniu indukowanemu poprzez aktywację onkogenów. Druga grupa genów supresorowych nowotworu jest aktywowana przez onkogeny i prowadzi do starzenia. Mutacja genów supresorowych nowotwory zaliczanych do tej grupy sprzyja progresji nowotworu, zmodyfikowano wg [18]. na mysich modelach eksperymentalnych. Badania prowadzone również na materiale pochodzącym od ludzi potwierdzają, że analogiczny mechanizm supresji nowotworu funkcjonuje u człowieka (Tab. 2) [18]. STARZENIE KOMÓREK NOWOTWOROWYCH W TERAPII PRZECIWNOWOTWOROWEJ Proces nowotworzenia wiąże się z przełamaniem bariery przeciwnowotworowej jaką stanowi starzenie komórkowe i jest związany z utratą zdolności do starzenia się komórek unieśmiertelnionych, które na dalszych etapach kancerogenezy mogą ulec transformacji nowotworowej. Dzieje się tak na skutek stopniowej akumulacji mutacji, które pojawiają się w genach kodujących białka istotne do indukcji procesu starzenia, takie jak p53, pRb czy p16 [27]. Pewnym zaskoczeniem okazał się więc fakt, że komórki nowotworowe, choć bez wątpienia nie podlegają limitowi Hayflicka i nie ulegają starzeniu replikacyjnemu, pozostają wrażliwe na działanie różnego typu czynników chemicznych i fizycznych i ulegają tzw. starzeniu przyspieszonemu indukowanemu stresem (SIPS, ang. Stress Induced Premature Senescence). Stare komórki nowotworowe identyfikuje się w oparciu o te same markery, co komórki prawidłowe. Wśród nich podstawowym jest oczywiście zwiększona aktywność SA-β-galaktozydazy, zmiana morfologii, synteza inhibitorów cyklu komórkowego, niereperowane uszkodzenia DNA, zahamowanie syntezy DNA i zatrzymanie proliferacji oraz fenotyp sekrecyjny. 198www.postepybiochemii.pl Tabela 2. Mysie modele doświadczalne oraz ludzkie nowotwory, w których zidentyfikowano markery starzenia komórkowego, zmodyfikowano wg [18]. Mysie modele doświadczalne Typ Zmutowany gen Nowotwór Aktywacja onkogenu HrasG12V guz piersi, pęcherza, brodawczak skóry indukowany TPA lub DMBA Aktywacja onkogenu KrasG12V gruczolak płuc, nowotwór trzustki Aktywacja onkogenu Nras chłoniak Aktywacja onkogenu BrafV600E znamiona na skórze, gruczolak płuc Aktywacja onkogenu E2f3 rozrost przysadki Aktywacja onkogenu Akt1 nowotwór prostaty Aktywacja onkogenu Rheb nowotwór prostaty Inaktywacja onkogenu Myc chłoniak, kostniakomięsak, rak wątroby i płuc Inaktywacja genu supresorowego nowotworu Pten nowotwór prostaty Inaktywacja genu supresorowego nowotworu Rb1 gruczolak tarczycy Aktywacja genu supresorowego nowotworu Tp53 mięsaki, rak wątroby G12V Ludzkie nowotwory Mutacja Nowotwór Inaktywacja genu supresorowego nowotworu NF1 włókniakonerwiak Mutacja w onkogenie BRAFV600E znamiona na skórze Nie ustalono nowotwór prostaty Nie ustalono gruczolak okrężnicy Pionierskie doświadczenia przeprowadzone przez zespół Igora Roninsona dowiodły, że najbardziej efektywne w indukcji starzenia komórek nowotworowych są czynniki, które uszkadzają DNA, takie jak znana i stosowana w terapii przeciwnowotworowej doksorubiucyna czy cisplatyna. Stosunkowo najmniej efektywne w indukcji procesu starzenia były związki zaburzające powstanie wrzeciona podziałowego takie jak Taxol czy winkrystyna. Co więcej, autorzy wykazali, że doksorubicyna jest skuteczna w indukcji starzenia w komórkach linii nowotworowych o różnym pochodzeniu np. wyprowadzonych z raka jelita grubego, włókniakomięsaka, raka piersi, prostaty, krtani, pęcherza czy glejaka [28], co wskazuje na uniwersalność tego procesu. Tym, co wydaje się szczególnie istotne w przypadku obserwacji poczynionych przez Chang’a i wsp. [28] i zostało potwierdzone przez wielu innych badaczy jest fakt, że indukcja starzenia w komórkach nowotworowych jest możliwa przy zastosowaniu dużo niższych stężeń niż te, które są potrzebne do wywołania śmierci komórki. Komórki nowotworowe można również wprowadzić na drogę starzenia poprzez manipulacje genetyczne prowadzące do nadekspresji genów kodujących białka, które biorą udział w hamowaniu cyklu komórkowego. Należą do nich geny inhibitorów kinaz zależnych od cyklin — p21, p16, p57, p27, p15, supresorów nowotworu — pRb, p53 oraz p63 i 73, należące do tej samej co p53 rodziny. Starzeniu ulegały również komórki nowotworowe, do których wprowadzono geny kodujące aktywne formy kinaz Postępy Biochemii 60 (2) 2014 RAF-1 i MKK (kinazy aktywującej kinazy z rodziny MAP) oraz poddanych działaniu czynników różnicujących np. pochodnych witaminy A [29,30]. W rozważaniu o molekularnych mechanizmach leżących u podstaw starzenia komórek nowotworowych nasuwa się pytanie, w jakim stopniu mutacje w genach kodujących białka kluczowe w starzeniu komórek prawidłowych (np. p53, p16 czy pRb), które bardzo często występują w nowotworach, wpływają na przebieg tego procesu? Doświadczenia przeprowadzone na komórkach raka okrężnicy HCT116, z trwale wyciszoną przez metylację promotora ekspresją genu INK4A, kodującego białko p16, dowiodły, że komórki te są wrażliwe na indukcję procesu starzenia [31,32]. Dodatkowe usunięcie jednego z genów kodujących białko p53 lub p21 zmniejsza odsetek komórek ulegających starzeniu, ale jednak nie uniemożliwia całkowicie zajścia tego procesu [33]. Podobne wyniki uzyskano na różnych liniach komórkowych pozbawionych białka p53 — linia Saos-2 kostniakomięsaka czy też liniach SW-480 i U481 z mutacją w genie p53 oraz liniach HeLa i Hep-2, w których aktywność p53 była hamowana białkiem wirusowym E6 [28]. A zatem, w przypadku komórek nowotworowych, białka p53, p21 czy p16 działają jako pozytywne regulatory procesu starzenia, które jednak nie są niezbędne do tego, aby ten proces mógł zajść. Obserwacje te stanowią również dowód na istnienie alternatywnych ścieżek przesyłania sygnału, które mogą 199 być zaangażowane w proces starzenia komórek nowotworowych. Badania prowadzone na tkankach nowotworowych pobranych od pacjentów poddanych chemioterapii dowodzą, że starzenie komórek nowotworowych jest indukowane także w trakcie standardowo stosowanej terapii przeciwnowotworowej [34,35]). Doświadczenia przeprowadzone na myszach pozwoliły na bezpośrednie wykazanie, że proces starzenia indukowanego w trakcie chemioterapii (TIS, ang. Therapy Induced Senescence) może determinować jej skuteczność. W tym celu posłużono się myszami transgenicznymi (Eµ-myc), w których dzięki komórkowo specyficznej ekspresji onkogenu Myc dochodziło do rozwoju chłoniaków. W wyniku zastosowanej chemioterapii dochodziło do indukcji apoptozy komórek nowotworowych, zmniejszeniu rozmiaru guza i zwiększonej przeżywalności zwierząt traktowanych. Nadekspresja genu kodującego białko antyapoptotyczne Bcl2 u myszy Eµ-myc poddanych chemioterapii prowadziła do indukcji starzenia komórek nowotworowych, które były chronione przed apoptozą poprzez Bcl2. Choć w myszach tych dochodziło początkowo do rozwoju nowotworów to jednak po kilku dniach, na skutek indukcji starzenia, wzrost guzów ulegał zahamowaniu, a zwierzęta żyły dłużej niż te, których nie poddano działaniu chemioterapeutyków [36]. Podsumowując, starzenie komórek nowotworowych jest procesem, który może być indukowany w trakcie stosowanej terapii przeciwnowotworowej, a nawet warunkować skuteczność tej terapii. INDUKCJA STARZENIA JAKO ALTERANTYWNA METODA W TERAPII PRZECIWNOWOTWOROWEJ Starzenie komórkowe coraz częściej postrzega się jako proces, którego celowa indukcja może w znacznym stopniu przyczynić się do opracowania nowych strategii terapeutycznych. Lepsze poznanie molekularnych procesów, prowadzących do trwałego zahamowania proliferacji komórek na poszczególnych etapach rozwoju nowotworów związanych z różnego typu mutacjami, daje szansę opracowania nowych związków o charakterze terapeutycznym. Coraz częściej w poszukiwaniu związków o potencjalnym pro-starzeniowym efekcie działania na komórki nowotworowe wykorzystuje się założenia koncepcji nazywanej w języku angielskim synthetic lethality, co można przetłumaczyć jako „sztucznie wywołana śmiertelność” [37]. Koncepcja ta zakłada, że istnieją pary genów, które jeżeli ulegną mutacji w jednej komórce prowadzą do jej śmierci. W przypadku komórek nowotworowych, które posiadają określoną mutację, poszukiwanie zmierza do znalezienia takiego białka, którego aktywność, jeżeli zostanie zahamowana, doprowadzi do starzenia. Zaletą tej strategii jest fakt, że komórki prawidłowe pozbawione określonych mutacji obecnych w nowotworach pozostaną niewrażliwe na działanie związku terapeutycznego. Dobrym przykładem takiej strategii, którą można by określić mianem ‘sztucznie wywołanego starzenia’ (ang. synthetic senescent interaction) na wzór „sztucznie wywołanej śmiertelności”, jest wpływanie na aktywność białek zaangażowanych bezpośrednio w regulację cyklu komórkowego. Kinazy zależne od cyklin są enzymami, których aktywność warunkuje przechodzenie przez kolejne fazy cyklu komórkowego. W komórkach nowotworowych, które intensywnie proliferują, ich aktywność jest podwyższona. Może być to spowodowane nadekspresji genów kodujących cykliny, białek będących aktywatorami kinaz zależnych od cyklin. Nic więc dziwnego, że już od lat trwają badania nad wykorzystaniem związków będących inhibitorami tych kinaz jako potencjalnych leków przeciwnowotworowych [38]. Wyniki prowadzonych w ostatnich latach prac wskazują, że wykorzystanie chemicznych inhibitorów kinaz zależnych od cyklin w leczeniu nowotworów o określonym tle genetycznym, może dać pozytywne wyniki. Świadczą o tym doświadczenia prowadzone na myszach z nadekspresją onkogenu c-Myc oraz takich, które dodatkowo były pozbawione genu kodującego kinazę Cdk2 zależną od cyklin. Kinaza ta jest niezbędna do przejścia z fazy G1 do S cyklu komórkowego. Wykazano, że u myszy Cdk2-/- na skutek nadekspresji onkogenu c-Myc dochodzi do indukcji starzenia splenocytów, co opóźnia powstawanie chłoniaków [39] . Autorzy pracy pokazali, że podobny efekt, jaki obserwuje się w komórkach pozbawionych genu Cdk2, można uzyskać stosując niskocząsteczkowe inhibitory kinazy Cdk2 (CVT313 i CVT-2584), które bez wątpienia mogłyby być wykorzystane w terapii. Podobne wyniki uzyskano obierając za cel kinazę Cdk4. Inaktywacja genu kodującego cyklinę Cdk4 wywołuje starzenie komórek gruczolakoraka płuc indukowanego onkogenem K-ras i prowadzi do zmniejszenia rozmiaru guza. Użycie inhibitora kinazy Cdk4 (PD0332991) częściowo hamowało lub opóźniało powstawanie guzów [40]. Oprócz kinaz zależnych od cyklin innym potencjalnym celem terapeutycznym może być kinaza fazy S, Skp2. Jest ona jednym z czterech składowych kompleksu SCF o aktywności ligazy ubikwitynowej E3. Kinaza Skp2 jest zaangażowana w degradację białka p27 (inhibitor kinaz zależnych od cyklin). Usunięcie genu Skp2 u myszy hamowało rozwój nowotworów wywołanych delecją jednego z alleli genu supresorowego nowotworu Pten [41]. Zahamowanie procesu kancerogenezy i w efekcie zwiększona przeżywalność myszy Skp2-/- Pten-/+ w porównaniu z myszami Pten/+ korelowało z pojawianiem się komórek starych w tkance nowotworowej. Podobnie jak w przypadku zastosowania inhibitorów kinaz Cdk2 i Cdk4, również użycie związku, który hamował aktywność kompleksu SCF (MLN4924) prowadziło do indukcji starzenia komórek in vitro i hamowało rozwój nowotworów. Aktywacja onkogenów lub inaktywacja genów supresorowych nowotworu leżą u podstaw rozwoju różnych typów nowotworów. Z drugiej strony wykazano, że modulowanie aktywności lub ekspresji zarówno jednych jak i drugich może prowadzić do hamowania procesu kancerogenezy poprzez indukcję starzenia komórkowego. Stąd też zrodziła się koncepcja wykorzystania związków chemicznych do ukierunkowanego działania na poziomie tej grupy białek. Przykłady opisane wcześniej w tej pracy dowodzą, że utrata jednego allelu genu Pten (Pten-/+) sprzyja rozwojowi nowotworów prostaty, podczas gdy całkowita utrata jego ekspresji (Pten-/-) prowadzi do indukcji starzenia na 200www.postepybiochemii.pl Tabela 3. Związki o działaniu przeciwnowotworowym indukujące starzenie komórkowe, zmodyfikowano wg [71]. Funkcja Związek Badania kliniczne Stabilizacja białka p53 R7112 faza I Reaktywacja zmutowanego białka p53 PRIMA Ellipticine faza I badania przedkliniczne Inhibitory cyklinozależnych kinaz CDK Flavopiridiol UCN-01 CYC202 faza I/II faza I/II faza I/II Inhibitory onkogenu Myc 10058-F4 badania przedkliniczne Inhibitory genu supresorowego nowotworu PTEN VO-OHpic badania przedkliniczne Inhibitory telomerazy GRN163L faza I/II wczesnych etapach rozwoju nowotworu [18]. Zastosowanie związku hamującego aktywność fosfatazy Pten u myszy Pten-/+ prowadziło do krótkotrwałej hiperaktywacji kinazy AKT hamowanej przez Pten i jej substratu białka mTOR. W efekcie dochodziło do wzrostu poziomu białka p53 i indukcji starzenia w komórkach raka prostaty. Co ważniejsze, związek ten nie miał istotnego wpływu na poziom aktywności Pten w komórkach prawidłowych, w których ekspresja tego genu supresorowego nowotworu była na wyższym poziomie niż w komórkach nowotworowych [20]. Jednym z białek, którego aktywność zwiększa efektywność indukcji procesu starzenia w komórkach nowotworowych jest p53. Modulowanie jego poziomu lub aktywności wydaje się być obiecującym celem terapeutycznym. Choć mutacja w genie Tp53 jest bardzo rozpowszechniona w różnych typach nowotworów, to jednak nie zawsze wiąże się z brakiem jego ekspresji a jedynie z upośledzeniem jego funkcji takich jak wiązanie z DNA czy zdolność do transaktywacji genów docelowych. Jedną z przyczyn tego typu zaburzeń może być nieprawidłowe sfałdowanie białka. Okazało się, że możliwe jest przywrócenie prawidłowej konformacji białka p53 poprzez zastosowanie związków niskocząsteczkowych (np. PRIMA-1, MIRA-1) skutkującej aktywacją ścieżek przesyłania sygnału zależnych od p53. Innym przykładem oddziaływania na p53 jest zastosowanie związków takich jak nutlina, które uniemożliwiają oddziaływanie białka Mdm2 z p53, w wyniku której białko p53 ulega proteosomalnej degradacji. Zatem nutlina prowadzi do akumulacji p53 w komórce. Ponieważ szereg nowotworów charakteryzuje się zwiększoną syntezą Mdm2, wydaje się, że zastosowanie związków działających tak jak nutlina mogłoby prowadzić do aktywacji ścieżek zależnych od p53 i prowadzących do starzenia i apoptozy [42]. Dowodów potwierdzających tę hipotezę dostarczyła niedawno opublikowana praca, której autorzy wykazali, że podanie nutliny uwrażliwiało komórki raka płuc na starzenie indukowane promieniowaniem [43]. Transformacja nowotworowa wiąże się z reaktywacją telomerazy, dzięki czemu możliwe jest uniknięcie procesu Rycina 3. Udział starzenia komórkowego w kancerogenezie i terapii przeciwnowotworowej. Postępy Biochemii 60 (2) 2014 201 starzenia komórkowego związanego ze skracaniem telomerów, a myszy Terc-/- charakteryzują się mniejszą zapadalnością na nowotwory [4]. Dlatego też zainteresowanie badaczy skierowało się na poszukiwanie farmakologicznych inhibitorów tego enzymu oraz immunoterapii, które pozwoliłyby na eliminowanie komórek nowotworowych. Badania takie trwają od lat i doprowadziły do wynalezienia związków takich jak np. GRN163L, które podlegają aktualnie zaawansowanym już próbom klinicznym [44]. Efektem tak działających związków może być indukcja śmierci związanej z zaburzeniami rozdziału chromosomów lub starzenie komórkowe. Tabela 3 przedstawia potencjalne związki przeciwnowotworowe, które działają poprzez indukcję starzenia komórkowego [71], a rycina 3 przedstawia udział starzenia komórkowego w hamowaniu rozwoju nowotworu na różnych etapach kancerogenezy. FENOTYP SEKRECYJNY KOMÓREK STARYCH — SPRZYMIERZENIEC CZY WRÓG W WALCE Z NOWOTWOREM? Jedną z najistotniejszych cech komórek starych jest ich zdolność do wydzielania w dużych ilościach różnych białek, które wpływają na mikrośrodowisko, jak również na same komórki podlegające starzeniu. Cechę tę określa się mianem fenotypu sekrecyjnego związanego ze starzeniem, SASP (ang. Senescence Associated Secretory Phenotype) lub inaczej SMS (ang. Senescence-Messaging Secretome). Badania nad elementami SASP pozwoliły na zidentyfikowanie kilkuset różnych białek, które odgrywają rolę w takich procesach jak stan zapalny, przebudowa macierzy zewnątrzkomórkowej, angiogeneza, stymulacja proliferacji czy modulowanie odpowiedzi komórek układu odpornościowego [45,46]. Ta ogromna różnorodność komponentów SASP uświadamia nam, że komórki stare mogą mieć bardzo zróżnicowany wpływ na tkankę, w której się znajdują jak również na cały organizm. Co więcej, uważa się, że czynniki wydzielane przez komórki stare odgrywają istotną rolę w rozwoju chorób wieku podeszłego poprzez promowanie chronicznego stanu zapalnego na niskim poziomie3. Do chorób tych należą również nowotwory, w progresji których udział procesów zapalnych został dowiedziony [47]. Choć starzenie komórkowe od kilkudziesięciu lat było postrzegane jako proces, który chroni organizm przed rozwojem nowotworu, to badania przeprowadzone w 2001 roku przez zespół Judith Campisi [48] po raz pierwszy poddały w wątpliwość ten do tej pory niepodważalny dogmat. W doświadczeniach prowadzonych in vitro wykazano, że stare fibroblasty stymulują proliferację zarówno unieśmiertelnionych komórek nabłonkowych, jak i komórek nowotworowych raka piersi. Efekt ten był obserwowany nawet wtedy, gdy odsetek komórek starych w populacji fibroblastów wykorzystanych do doświadczeń był bardzo niewielki (ok. 10%). Świadczy to o tym, że tkanka, w której, jak wynika z badań prowadzonych na materiale pochodzącym od ludzi i zwierząt [49], odsetek komórek starych jest podobny, może stanowić dogodne mikrośrodowisko do rozwoju noTematyka ta została szerzej omówiona w artykułach Ewy Sikory „Starzenie i długowieczność” oraz Anny Bielak-Żmijewskiej, Wiolety Grabowskiej i Doroty Przybylskiej „Rola starzenia komórkowego w starzeniu organizmu i chorobach związanych z wiekiem”, zamieszczonych w niniejszym zeszycie Postępów Biochemii. 3 wotworu, jeżeli tylko pojawią się w niej komórki na wczesnych etapach transformacji nowotworowej. Dalsze badania prowadzone na zwierzętach potwierdziły również, że komórki stare stymulują progresję nowotworu [49,50]. Elementy SASP takie jak IL-6 i IL-8 promują również tranzycję nabłonkowo-mezenchymalną, czyli proces który sprawia, że komórki nabłonkowe zyskują zdolność do migracji, co w efekcie skutkuje powstawaniem przerzutów i rozwojem choroby nowotworowej w różnych tkankach i organach. Podobnie, czynniki wydzielane przez stare fibroblasty zwiększają inwazyjność komórek nowotworowych [51]. Do elementów fenotypu sekrecyjnego komórek starych, które sprzyjają kancerogenezie zalicza się również metaloproteinazę macierzy zewnątrzkomórkowej 3 (MMP3), która zwiększa inwazyjność komórek nowotworowych [52], VEGF, który promuje tworzenie nowych naczyń krwionośnych w obrębie guza czy na przykład amfiregulina i GROs (ang. growth-regulated oncogenes), białka, które stymulują proliferację komórek nowotworowych. Powyższe informacje wydają się szczególnie istotne, jeżeli uświadomimy sobie, że powszechnie stosowana chemio- i radioterapia może, oprócz eliminacji komórek nowotworowych, prowadzić również do uszkodzeń DNA w komórkach zdrowej tkanki. Biorąc pod uwagę fakt, że uszkodzenia DNA i aktywacja DDR są odpowiedzialne zarówno za proces starzenia jak i SASP, uzasadnione wydaje się przypuszczenie, że paradoksalnie, lecząc chorobę nowotworową stwarzamy jednocześnie środowisko, które sprzyja jej rozwojowi [53]. Nie zawsze jednak czynniki wydzielane przez komórki stare mają tak niepożądany wpływ na otoczenie. Wykazano bowiem, że niektóre z nich takie jak IL-6, IL-8, IGFBP7, białko wiążące insulinopodobny czynnik wzrostu 7 (ang. insulin-like growth factor-binding protein 7) działają autokrynnie i wzmacniają proces starzenia indukowany onkogenem BRAF w fibroblastach zapobiegając ich transformacji nowotworowej [46,54,55]. Podobne działanie ma chemokina GROα, która indukowała starzenie w fibroblastach zrębu. W tym jednak przypadku autorzy pracy dowiedli, że fibroblasty, które uległy starzeniu pod wpływem GROα promowały transformację nowotworową unieśmiertelnionych komórek nabłonkowych jajnika, powodując szybszy wzrost guzów in vivo [56]. Przykład ten doskonale ilustruje, jak bardzo złożony jest efekt działania SASP’u, który w zależności od kontekstu komórkowego i tkankowego może hamować lub wspierać proces nowotworzenia. Jedną z udowodnionych funkcji fenotypu sekrecyjnego związanego ze starzeniem komórkowym jest oddziaływanie na komórki układu odpornościowego. Cytokiny oraz chemokiny wydzielane przez komórki ulegające starzeniu aktywują komórki NK, makrofagi oraz limfocyty T CD4+ prowadząc do eliminacji starych komórek prenowotworowych [57] oraz nowotworowych [58]. Wykazano, że u myszy z nadekspresją onkogenu N-ras w komórkach wątroby dochodzi z jednej strony do indukcji OIS, z drugiej zaś do pojawiania się klonów limfocytów Th1 rozpoznających antygen Ras. Limfocyty te pośredniczyły w eliminacji prenowotworowych komórek ulegających starzeniu. Ponadto stwierdzono, że upośledzenie odpowiedzi układu odporno- 202www.postepybiochemii.pl wotworowej, komórki w skutek różnych mutacji nabywają nowych cech, które pozwalają im między innymi na uniknięcie limitu Hayflika. Czy zatem starzenie indukowane terapią przeciwnowotworową może na stałe zatrzymywać proliferację komórek nowotworowych? Istnieje dowody świadczące o tym, że starzenie może być odwracalne. Doświadczenia prowadzone na komórkach prawidłowych pokazały, że zahamowanie ekspresji genów kodujących takie białka jak p53, Rb1 czy p16 prowadzi do wznowienia proliferacji komórek starych [60-62]. Badania prowadzone w Pracowni Molekularnych Podstaw Starzenia dowiodły, że podobnie jak komórki prawidłowe, również komórki nowotworowe mogą odzyskać zdolność do podziałów. Wykazaliśmy mianowicie, że starzeniu komórek nowotworowych indukowanemu doksorubicyną towarzyszy wzrost niestabilności genomowej. Pod wpływem doksorubicyny komórki przestawały się dzielić, ale ulegały poliploidyzacji. Z czasem obserwowano pojawianie się komórek zdolnych do proliferacji, które uniknęły starzenia. Przeprowadzone przez nas obserwacje pozwalają przypuszczać, że powstały one w wyniku podziału komórek Rycina 4. Pozytywny i negatywny wpływ czynników wydzielanych przez komórki ulegające poliploidalnych ulegających starzeniu [31]. Podobne starzeniu na wzrost nowotworu, zmodyfikowano wg [59]. wyniki uzyskał Puig i wsp., którzy prowadząc badania na nowotworach w modelu mysim wykazali, że ściowego prowadzi do rozwoju raka wątrobowokomórkozastosowanie chemioterapii prowadzi do pojawiania wego u zwierząt z nadekspresją onkogenu Ras w wątrobie się komórek poliploidalnych, czemu towarzyszy starzenie [57]. Analogicznie, indukcja starzenia w komórkach nowokomórek nowotworowych. W warunkach hodowli in vitro tworowych guza prowadziła, za pośrednictwem SASP, do niektóre poliploidalne komórki dzieliły się dając początek aktywacji wrodzonej odpowiedzi układu odpornościowekomórkom potomnym, które dzięki temu uniknęły starzego, co skutkowało eliminacją komórek starych i zmniejszenia i odzyskały potencjał replikacyjny [63,64]. niem guza [58]. Otwartym pozostaje pytanie dotyczące molekularnego mechanizmu prowadzącego do ucieczki przed starzeniem Na rycinie 4 przedstawiono schematycznie wpływ czynkomórek nowotworowych. Jednym z proponowanych jest ników wydzielanych przez komórki ulegające starzeniu na deregulacja ekspresji genu lub syntezy kinazy zależnej od komórki nowotworowe [59]. cyklin 2 (Cdk1), która jest odpowiedzialna za wejście komórek w mitozę. Wykazano, że klony komórek raka płuc Modulowanie fenotypu sekrecyjnego komórek starych [65] oraz raka piersi [66], które uniknęły starzenia, miały poprzez wpływanie na jego poszczególne komponenty jest podwyższony poziom tej kinazy. Dalsze badania pozwoliły bardzo atrakcyjną i potencjalnie łatwą do zastosowania strana wykazanie, że substratem kinazy Cdk1, który jest odpotegią terapeutyczną. Do tej pory, nie udało się jednak oprawiedzialny za uniknięcie procesu starzenia komórek nowocować takich działań, które wykorzystywałyby SASP do tworowych jest surwiwina [67]. Białko to należy do grupy walki z nowotworem. białek będących inhibitorami apoptozy (IAP, ang. Inhibitor CZY STARZENIE KOMÓREK NOWOTWOROWYCH of Apoptosis Protein), a ponadto odgrywa istotną rolę w reJEST NIEODWRACALNE? gulacji procesu mitozy zarówno na etapie segregacji chromosomów jak i cytokinezy. Dlatego też jego podwyższony Odpowiedź na pytanie postawione w tytule tej części poziom chroni komórki przed śmiercią i zarazem promuje artykułu ma krytyczne znaczenie, jeżeli chcemy wykorzyich proliferację [68]. Doświadczenia Wang’a wykazały, że stywać ten proces w nowych, ukierunkowanych strategiach klony komórek, które uniknęły starzenia miały podwyżterapeutycznych. Jest ono równoznaczne z pytaniem czy szony poziom zarówno kinazy Cdk1 jak i surwiwiny w postara komórka nowotworowa jest komórką „bezpieczną” równaniu z komórkami, w których indukowano starzenie. dla organizmu? Badania dotyczące fenotypu sekrecyjnego Zablokowanie, poprzez wykorzystanie specyficznego pepi jego potencjalnej roli w procesie kancerogenezy zrodziły tydu, fosforylacji surwiwiny przez kinazę Cdk1 uniemożwątpliwości czy starzenie komórkowe jest zawsze sprzyliwiało wznowienie proliferacji komórkom ulegającym stamierzeńcem w walce z nowotworem. Warto też się zastarzeniu [67]. Podwyższony poziom surwiwiny niesie ze sobą nowić czy można postawić znak równości pomiędzy starą jeszcze jedno niebezpieczeństwo, a mianowicie zwiększoną komórką prawidłową a starą komórką nowotworową? oporność na chemioterapeutyki. A zatem komórki, które Wiadomo przecież, że w trakcie procesu transformacji nouniknęły starzenia w efekcie zwiększonej syntezy surwiwiPostępy Biochemii 60 (2) 2014 203 ny mogą być bardziej oporne na terapię. Takie przypuszczenie potwierdziły doświadczenia Puig’a i wsp. [63]. Stwierdził on wyższą oporność na działanie cisplatyny komórek nowotworowych, które uniknęły starzenia w porównaniu z komórkami, które były indukowane do starzenia podaniem tego związku. Powyższe obserwacje dowodzą, że starzenie komórek nowotworowych, choć może przyczyniać się do efektywnej walki z nowotworem, to jednak w pewnych okolicznościach daje szansę komórkom nowotworowym na wznowienie proliferacji i nawrót choroby. Nic też dziwnego, że dużą nadzieję wiąże się z selektywnym usuwaniem starych komórek nowotworowych jako kolejnego etapu w terapii nowotworów, który następowałby po indukcji starzenia w trakcie tej terapii. Niedawno opublikowana przez zespół Clemensa Schmitt’a praca wskazuje możliwy sposób postępowania, który pozwoliłby na osiągnięcie tego celu. Badacze, opierając się na wykorzystywanym we wcześniejszych pracach modelu starzenia komórek chłoniaka indukowanego chemioterapeutykiem in vivo dowiedli, że stare komórki nowotworowe mają zmieniony metabolizm. Charakteryzują się one zwiększoną glikolizą i wyższą produkcją ATP, a ponadto obserwuje się w nich symptomy stresu siateczki śródplazmatycznej oraz zwiększoną liczbę autofagosomów i autofagolizosomów. Zmiany te są bezpośrednio związane z fenotypem sekrecyjnym komórek ulegających starzeniu i z wynikającej z niego bardzo intensywnej syntezy nowych białek na olbrzymią skalę. Proces ten, który nie może być w sposób prawidłowy kontrolowany, prowadzi do powstawania większej ilości nieprawidłowo sfałdowanych białek. Komórki, aby zapewnić sobie przetrwanie, muszą usuwać na drodze autofagii te nieprawidłowe produkty syntezy białek do czego konieczna jest zwiększona podaż energii. To co jest bez wątpienia największym osiągnięciem tej pracy to wykazanie, że zahamowanie zarówno procesu glikolizy, jak i autofagii, prowadzi do śmierci starych komórek nowotworowych. Na podstawie tych doświadczeń autorzy zaproponowali, że działanie na metabolizm komórek nowotworowych ulegających starzeniu umożliwia ich selektywną eliminację [69]. PODSUMOWANIE Trwające od lat badania dotyczące molekularnych mechanizmów prowadzących do starzenia komórkowego, jak i znaczenia tego procesu w organizmie, pozwoliły na wykazanie niekwestionowanej jego roli jako bariery w rozwoju nowotworu oraz jako sprzymierzeńca terapii przeciwnowotworowej. Zgromadzona wiedza pozwala na projektowanie związków o charakterze terapeutycznym, które na różnych etapach kancerogenezy mogłyby w sposób selektywny prowadzić do starzenia komórkowego. Starzenie komórkowe może być postrzegane jako proces działający jak miecz obosieczny, który z jednej strony przeciwdziała rozwojowi nowotworu, a z drugiej sprzyja jego wzrostowi. Wydaje się, że jednym z głównych graczy decydującym o efektach starzenia komórkowego jest fenotyp sekrecyjny komórek starych. Dlatego też opracowywaniu nowych strategii terapeutycznych wykorzystujących proces starzenia musi towarzyszyć wnikliwa analiza efektów tych terapii w zależności od rodzaju nowotworu i jego genotypu. Aby móc skutecznie implementować wiedzę zdobytą na podstawie badań prowadzonych na zwierzętach, konieczne jest opracowanie tak zwanego indeksu starzenia komórkowego, analogicznie do opisywanych już indeksu apoptotycznego czy też indeksu proliferacji. Pozwoliłby on na identyfikowanie komórek starych w tkance osób narażonych na chorobę nowotworową lub chorych poddanych terapii. Takie próby zostały już podjęte. W pracy opublikowanej przez Haugstetter i wsp. [70] zaproponowano zestaw markerów umożliwiających wyznakowanie komórek starych w tkance nowotworowej pochodzącej od pacjentów. Stosując te markery, wykazano, że obecność starych komórek nowotworowych raka okrężnicy koreluje z dłuższą przeżywalnością pacjentów poddanych chemioterapii. Wydaje się, że najbliższe lata powinny przynieść wymierny i potwierdzony badaniami klinicznymi efekt zgromadzonej od lat wiedzy, która zaowocuje opracowaniem nowych strategii terapeutycznych wykorzystujących proces starzenia komórkowego. PIŚMIENNICTWO 1. Bodnar AG, Ouellette M, Frolkis M, Holt SE, Chiu CP, Morin GB, Harley CB, Shay JW, Lichtsteiner S, Wright WE (1998) Extension of life-span by introduction of telomerase into normal human cells. Science 279: 349-352 2. Shay JW, Wright WE (2011) Role of telomeres and telomerase in cancer. Semin Cancer Biol. 21: 5349-5317 3. Cesare AJ, Reddel RR (2010) Alternative lengthening of telomeres: models, mechanisms and implications. Nat Rev Genet 11: 319-330 4. González-Suárez E, Samper E, Flores JM, Blasco MA (2000) Telomerase-deficient mice with short telomeres are resistant to skin tumorigenesis. Nat Genet 26: 114-117. 5. Artandi SE, Alson S, Tietze MK, Sharpless NE, Ye S, Greenberg RA, Castrillon DH, Horner JW, Weiler SR, Carrasco RD, DePinho RA (2002) Constitutive telomerase expression promotes mammary carcinomas in aging mice. Proc Natl Acad Sci USA 99: 8191-8196 6. Artandi SE, Chang S, Lee SL, Alson S, Gottlieb GJ, Chin L, DePinho RA (2000) Telomere dysfunction promotes non-reciprocal translocations and epithelial cancers in mice. Nature 406: 641-645 7. Serrano M, Lin AW, McCurrach ME, Beach D, Lowe SW (1997) Oncogenic ras provokes premature cell senescence associated with accumulation of p53 and p16INK4a. Cell 88: 593-602 8. Di Micco R, Fumagalli M, Cicalese A, Piccinin S, Gasparini P, Luise C, Schurra C, Garre’ M, Nuciforo PG, Bensimon A, Maestro R, Pelicci PG, d’Adda di Fagagna F 2006 Oncogene-induced senescence is a DNA damage response triggered by DNA hyper-replication. Nature 444: 638 9. Hirama T, Koeffler HP (1995) Role of the cyclin-dependent kinase inhibitors in the development of cancer. Blood 86: 841-854 10.Michaloglou C, Vredeveld LC, Soengas MS, Denoyelle C, Kuilman T, van der Horst CM, Majoor DM, Shay JW, Mooi WJ, Peeper DS (2005) BRAFE600-associated senescence-like cell cycle arrest of human naevi. Nature 436: 720-724 11.Gray-Schopfer VC, Cheong SC, Chong H, Chow J, Moss T, Abdel-Malek ZA, Marais R, Wynford-Thomas D, Bennett DC (2006) Cellular senescence in naevi and immortalization in melanoma: a role for p16? Br J Cancer 95: 496-505 12.Narita M, Nũnez S, Heard E, Narita M, Lin AW, Hearn SA, Spector DL, Hannon GJ, Lowe SW (2003) Rb-mediated heterochromatin formation and silencing of E2F target genes during cellular senescence. Cell 113: 703-716 13.Braig M, Lee S, Loddenkemper C, Rudolph C, Peters AH, Schlegelberger B, Stein H, Dörken B, Jenuwein T, Schmitt CA (2005) Oncogene-induced senescence as an initial barrier in lymphoma development. Nature 436: 660-665 204www.postepybiochemii.pl 14.Collado M, Gil J, Efeyan A, Guerra C, Schuhmacher AJ, Barradas M, Benguría A, Zaballos A, Flores JM, Barbacid M, Beach D, Serrano M (2005) Tumour biology: senescence in premalignant tumours. Nature 436: 642 33.Chang BD, Xuan Y, Broude EV, Zhu H, Schott B, Fang J, Roninson IB (1999) Role of p53 and p21waf1/cip1 in senescence-like terminal proliferation arrest induced in human tumor cells by chemotherapeutic drugs. Oncogene 18: 4808-4818 15.Sun P, Yoshizuka N, New L, Moser BA, Li Y, Liao R, Xie C, Chen J, Deng Q, Yamout M, Dong MQ, Frangou CG, Yates JR 3rd, Wright PE, Han J (2007) PRAK is essential for ras-induced senescence and tumor suppression. Cell 128: 295-308 34.te Poele RH, Okorokov AL, Jardine L, Cummings J, Joel SP (2002) DNA damage is able to induce senescence in tumor cells in vitro and in vivo. Cancer Res 62: 1876-1883 16.Bennecke M, Kriegl L, Bajbouj M, Retzlaff K, Robine S, Jung A, Arkan MC, Kirchner T, Greten FR (2010) Ink4a/Arf and oncogene-induced senescence prevent tumor progression during alternative colorectal tumorigenesis. Cancer Cell 18: 135-146 17.Sarkisian CJ, Keister BA, Stairs DB, Boxer RB, Moody SE, Chodosh LA (2007) Dose-dependent oncogene-induced senescence in vivo and its evasion during mammary tumorigenesis. Nat Cell Biol 9: 493-505 18.Collado M, Serrano M (2010) Senescence in tumours: evidence from mice and humans. Nat Rev Cancer 10: 51-57 19.Chen Z, Trotman LC, Shaffer D, Lin HK, Dotan ZA, Niki M, Koutcher JA, Scher HI, Ludwig T, Gerald W, Cordon-Cardo C, Pandolfi PP (2005) Crucial role of p53-dependent cellular senescence in suppression of Pten-deficient tumorigenesis. Nature 436: 725-730 20.Alimonti A, Nardella C, Chen Z, Clohessy JG, Carracedo A, Trotman LC, Cheng K, Varmeh S, Kozma SC, Thomas G, Rosivatz E, Woscholski R, Cognetti F, Scher HI, Pandolfi PP (2010) A novel type of cellular senescence that can be enhanced in mousemodels and human tumor xenografts to suppress prostate tumorigenesis. J Clin Invest 120: 681693 21.Young AP, Kaelin WG Jr (2008) Senescence triggered by the loss of the VHL tumor suppressor. Cell Cycle 7: 1709-1712 22.Shamma A, Takegami Y, Miki T, Kitajima S, Noda M, Obara T, Okamoto T, Takahashi C (2009) Rb Regulates DNA damage response and cellular senescence through E2F-dependent suppression of N-ras isoprenylation. Cancer Cell 15: 255-269 23.Dang CV, O’Donnell KA, Zeller KI, Nguyen T, Osthus RC, Li F (2006) The c-Myc target gene network. Semin Cancer Biol 16: 253-264 24.Wu CH, van Riggelen J, Yetil A, Fan AC, Bachireddy P, Felsher DW (2007) Cellular senescence is an important mechanism of tumor regression upon c-Myc inactivation. Proc Natl Acad Sci USA 104: 1302813033 25.Ventura A, Kirsch DG, McLaughlin ME, Tuveson DA, Grimm J, Lintault L, Newman J, Reczek EE, Weissleder R, Jacks T (2007) Restoration of p53 function leads to tumour regression in vivo. Nature 445: 661-665 26.Xue W, Zender L, Miething C, Dickins RA, Hernando E, Krizhanovsky V, Cordon-Cardo C, Lowe SW (2007) Senescence and tumour clearance is triggered by p53 restoration in murine liver carcinomas. Nature 445: 656-660 27.Sherr CJ, McCormick F (2002) The RB and p53 pathways in cancer. Cancer Cell 2: 103-112 28.Chang BD, Broude EV, Dokmanovic M, Zhu H, Ruth A, Xuan Y, Kandel ES, Lausch E, Christov K, Roninson IB (1999) A senescence-like phenotype distinguishes tumor cells that undergo terminal proliferation arrest after exposure to anticancer agents. Cancer Res 59: 37613767 29.Roninson IB (2003) Tumor cell senescence in cancer treatment. Cancer Res 63: 2705-2715 30.Roninson IB, Dokmanovic M (2003) Induction of senescence-associated growth inhibitors in the tumor-suppressive function of retinoids. J Cell Biochem 88: 83-94 31.Sliwinska MA, Mosieniak G, Wolanin K, Babik A, Piwocka K, Magalska A, Szczepanowska J, Fronk J, Sikora E (2009) Induction of senescence with doxorubicin leads to increased genomic instability of HCT116 cells. Mech Ageing Dev 130: 24-32 32.Mosieniak G, Adamowicz M, Alster O, Jaskowiak H, Szczepankiewicz AA, Wilczynski GM, Ciechomska IA, Sikora E (2012) Curcumin induces permanent growth arrest of human colon cancer cells: link between senescence and autophagy. Mech Ageing Dev 133: 444-455 Postępy Biochemii 60 (2) 2014 35.Roberson RS, Kussick SJ, Vallieres E, Chen SY, Wu DY (2005) Escape from therapy-induced accelerated cellular senescence in p53-null lung cancer cells and in human lung cancers. Cancer Res 65: 2795-2803 36.Schmitt CA, Fridman JS, Yang M, Lee S, Baranov E, Hoffman RM, Lowe SW (2002) A senescence program controlled by p53 and p16INK4a contributes to the outcome of cancer therapy. Cell 109: 335-346 37.Dębska S, Kubicka J, Czyżykowski R, Habib M, Potemski P (2012) Inhibitory PARP — podstawy teoretyczne i zastosowanie kliniczne. Postepy Hig Med Dosw 66: 311-321 38.Malumbres M, Pevarello P, Barbacid M, Bischoff JR (2008) CDK inhibitors in cancer therapy: what is next? Trends Pharmacol Sci 29: 16-21 39.Campaner S, Doni M, Hydbring P, Verrecchia A, Bianchi L, Sardella D, Schleker T, Perna D, Tronnersjö S, Murga M, Fernandez-Capetillo O, Barbacid M, Larsson LG,Amati B (2010) Cdk2 suppresses cellular senescence induced by the c-myc oncogene. Nat Cell Biol 12: 54-59 40.Puyol M, Martín A, Dubus P, Mulero F, Pizcueta P, Khan G, Guerra C, SantamaríaD, Barbacid M (2010)A synthetic lethal interaction between K-Ras oncogenes and Cdk4unveils a therapeutic strategy for non-small cell lung carcinoma. Cancer Cell 18: 63-73 41.Lin HK, Chen Z, Wang G, Nardella C, Lee SW, Chan CH, Yang WL, Wang J, Egia A, Nakayama KI, Cordon-Cardo C, Teruya-Feldstein J, Pandolfi PP (2010) Skp2 targeting suppresses tumorigenesis by Arf-p53-independent cellular senescence. Nature 464: 374-379 42.Wiman KG (2006) Strategies for therapeutic targeting of the p53 pathway in cancer. Cell Death Differ 13: 921-926 43.Luo H, Yount C, Lang H, Yang A, Riemer EC, Lyons K, Vanek KN, Silvestri GA, Schulte BA, Wang GY (2013) Activation of p53 with Nutlin-3a radiosensitizes lung cancercells via enhancing radiation-induced premature senescence. Lung Cancer 81: 167-173 44.Harley CB (2008) Telomerase and cancer therapeutics. Nat Rev Cancer 8: 167-179 45.Coppé JP, Patil CK, Rodier F, Sun Y, Muñoz DP, Goldstein J, Nelson PS, Desprez PY, Campisi J (2008) Senescence-associated secretory phenotypes revealcell-nonautonomous functions of oncogenic RAS and the p53 tumor suppressor. PLoS Biol 6: 2853-2868 46.Kuilman T, Michaloglou C, Vredeveld LC, Douma S, van Doorn R, Desmet CJ, Aarden LA, Mooi WJ, Peeper DS (2008) Oncogene-induced senescence relayed by an interleukin-dependent inflammatory network. Cell 133: 1019-1031 47.Grivennikov SI, Greten FR, Karin M (2010) Immunity, inflammation, and cancer. Cell 140: 883-899 48.Krtolica A, Parrinello S, Lockett S, Desprez PY, Campisi J (2001) Senescent fibroblasts promote epithelial cell growth and tumorigenesis: a link between cancer and aging. Proc Natl Acad Sci USA 98: 1207212077 49.Dimri GP, Lee X, Basile G, Acosta M, Scott G, Roskelley C, Medrano EE, Linskens M, Rubelj I, Pereira-Smith O, et al. (1995) A biomarker that identifies senescent human cells in culture and in aging skin in vivo. Proc Natl Acad Sci USA 92: 9363-9367 50.Bartholomew JN, Volonte D, Galbiati F (2009) Caveolin-1 regulates the antagonistic pleiotropic properties of cellular senescence through a novel Mdm2/p53-mediated pathway. Cancer Res 69: 2878-2886 51.Coppé JP, Patil CK, Rodier F, Sun Y, Muñoz DP, Goldstein J, Nelson PS, Desprez PY, Campisi J (2008) Senescence-associated secretory phenotypes reveal cell-nautonomous functions of oncogenic RAS and the p53 tumor suppressor. PLoS Biol 6: 2853-2868 52.Liu SY, Liu YC, Huang WT, Huang GC, Su HJ, Lin MH (2007) Requirement of MMP-3 in anchorage-independent growth of oral squamous cell carcinomas. J Oral Pathol Med 36: 430-435 205 53.Gordon RR, Nelson PS (2012) Cellular senescence and cancer chemotherapy resistance. Drug Resist Updat 15: 123-131 54.Acosta JC, O’Loghlen A, Banito A, Guijarro MV, Augert A, Raguz S, Fumagalli M, Da Costa M, Brown C, Popov N, Takatsu Y, Melamed J, d’Adda di Fagagna F, Bernard D, Hernando E, Gil J (2008) Chemokine signaling via the CXCR2 receptor reinforcessenescence. Cell 133: 1006-10018 63.Puig PE, Guilly MN, Bouchot A, Droin N, Cathelin D, Bouyer F, Favier L, Ghiringhelli F, Kroemer G, Solary E, Martin F, Chauffert B (2008) Tumor cells can escape DNA-damaging cisplatin through DNA endoreduplication and reversible polyploidy. Cell Biol Int 32: 1031-1043 64.Wang Q, Wu PC, Dong DZ, Ivanova I, Chu E, Zeliadt S, Vesselle H, Wu DY (2013) Polyploidy road to therapy-induced cellular senescence and escape. Int J Cancer 132: 1505-1515 55.Wajapeyee N, Serra RW, Zhu X, Mahalingam M, Green MR (2008) Oncogenic BRAF induces senescence and apoptosis through pathways mediated by the secreted protein IGFBP7. Cell 132: 363-374 65.Roberson RS, Kussick SJ, Vallieres E, Chen SY, Wu DY (2005) Escape from therapy-induced accelerated cellular senescence in p53-null lung cancer cells and in human lung cancers.Cancer Res 65: 2795-2803 56.Yang G, Rosen DG, Zhang Z, Bast RC Jr, Mills GB, Colacino JA, Mercado-Uribe I, Liu J (2006) The chemokine growth-regulated oncogene 1 (Gro-1) links RAS signaling to the senescence of stromal fibroblasts and ovarian tumorigenesis. Proc Natl Acad Sci 103: 16472-16477 66.Elmore LW, Di X, Dumur C, Holt SE, Gewirtz DA (2005) Evasion of a single-step, chemotherapy-induced senescence in breast cancer cells: implications for treatment response. Clin Cancer Res 11: 2637-2643 57.Kang TW, Yevsa T, Woller N, Hoenicke L, Wuestefeld T, Dauch D, Hohmeyer A, Gereke M, Rudalska R, Potapova A, Iken M, Vucur M, Weiss S, Heikenwalder M, Khan S, Gil J, Bruder D, Manns M, Schirmacher P, Tacke F, Ott M, Luedde T, Longerich T, Kubicka S, Zender L (2011) Senescence surveillance of pre-malignant hepatocytes limits liver cancer development. Nature 479: 547-551 58.Xue W, Zender L, Miething C, Dickins RA, Hernando E, Krizhanovsky V, Cordon-Cardo C, Lowe SW (2007) Senescence and tumour clearance is triggered by p53 restoration in murine liver carcinomas. Nature 445: 656-660 59.Acosta JC, Gil J (2012) Senescence: a new weapon for cancer therapy. Trends Cell Biol 22: 211-219 60.Dirac AM, Bernards R (2003) Reversal of senescence in mouse fibroblasts through lentiviral suppression of p53. J Biol Chem 278: 1173111734 61.Sage J, Miller AL, Pérez-Mancera PA, Wysocki JM, Jacks T (2003) Acute mutation of retinoblastoma gene function is sufficient for cell cycle re-entry. Nature 424: 223-228 67.Wang Q, Wu PC, Roberson RS, Luk BV, Ivanova I, Chu E, Wu DY (2011) Survivin and escaping in therapy-induced cellular senescence. Int J Cancer 128: 1546-1558 68.Mita AC, Mita MM, Nawrocki ST, Giles FJ (2008) Survivin: key regulator of mitosisand apoptosis and novel target for cancer therapeutics. Clin Cancer Res 14: 5000-5005 69.Dörr JR, Yu Y, Milanovic M, Beuster G, Zasada C, Däbritz JH, Lisec J, Lenze D, Gerhardt A, Schleicher K, Kratzat S, Purfürst B, Walenta S, Mueller-Klieser W, Gräler M, Hummel M, Keller U, Buck AK, Dörken B, Willmitzer L, Reimann M, KempaS, Lee S, Schmitt CA (2013) Synthetic lethal metabolic targeting of cellular senescence in cancer therapy. Nature 501: 421-425 70.Haugstetter AM, Loddenkemper C, Lenze D, Gröne J, Standfuss C, Petersen I, Dörken B, Schmitt CA (2010) Cellular senescence predicts treatment outcome in metastasised colorectal cancer. Br J Cancer 103: 505-509 71.Nardella C, Clohessy JG, Alimonti A, Pandolfi PP (2011) Pro-senescence therapy for cancer treatment. Nat Rev Cancer 11: 503-511 62.Beauséjour CM, Krtolica A, Galimi F, Narita M, Lowe SW, Yaswen P, Campisi J (2003) Reversal of human cellular senescence: roles of the p53 and p16 pathways. EMBO J 22: 4212-4222 The role of cellular senescence in carcinogenesis and antitumor therapy Grażyna Mosieniak, Anna Strzeszewska Laboratory of Molecular Bases of Aging, Nencki Institute of Experimental Biology, 3 Pasteura St., 02-093 Warsaw, Poland e-mail: [email protected] Key words: cellular senescence, cancer, oncogene, tumor suppressor, antitumor therapy ABSTRACT Cellular senescence is the process that lead to terminal growth arrest induced by unrepairable double strand DNA damage (DSB). Moreover, activation of the oncogenes as well as inhibition of the tumor suppressor genes were shown to contribute to senescence induction and the senescent cells were identified in the premalignant lesions. Thus senescence is considered as an natural antitumor barrier that act at the early stages of cancerogenesis to stop the proliferation of transformed cells. Interestingly, the premalignant cells that escaped senescence and progress into full blown tumor cells still remain sensitive to induction of senescence, for example during chemio- or radiotherapy. Thus, induction of cancer cell senescence, similarly to apoptosis, is considered to restrain tumor growth and thus contribute to effectiveness of anticancer therapy. The senescent cells, although do not proliferate, remain viable and metabolically active. They secret a lot of cytokines, mitogens as well as enzymes degrading extracellular matrix. These factors can have opposing effect on neighboring cells, leading to senescence induction or stimulation of proliferation. Thus, senescence can act as an double edge sword that inhibit the propagation of potentially dangerous, transformed cells on one hand or induce cell division of the same cell on the other. Presently a lot of work is focused on finding new therapeutic strategies that would involve the tumor targeted senescence induction in both early late stages of cancer development. Nevertheless, the unwanted influence of the senescent cells on the microenvironment, requires careful monitoring the effects of pro-senescent therapies in each case. 206www.postepybiochemii.pl
