keratiny ve zdraví a rakovině: více než pouhé epiteliálních buněk značky

Diagnostických markerů epiteliální nádory

Vzhledem k tomu, charakteristika typ buněk-diferenciace – a funkční stav závislé keratin exprese vzory v epitelových buněk, dostupnost specifických keratinové protilátky, a skutečnost, že epitelové nádory do značné míry zachovat vlastnosti specifické keratin výraz asociovaný s příslušnými typ buňky původu, keratinů dlouho a široce používá jako imunohistochemické markery v diagnostice patologie nádor (Obrázek 3; Tabulka 1) (Moll et al., 2008).

Keratin výraz v lidské rakoviny. Keratiny jsou obvykle vyjádřeny v buňce typ, diferenciaci a funkční stav-závislým způsobem, a epitelové rakoviny do značné míry zachovat vlastnosti keratinu výraz spojeny s jejich příslušnými typ buňky původu, tak keratinů již dlouho uznána jako diagnostické markery v nádorové patologie. Zde jsou uvedeny příklady keratinů běžně používaných při diagnostice lidských epiteliálních malignit.

Adenokarcinomů, to je to, epiteliální karcinomy vznikající v žlázové tkáně, tvoří největší skupinu lidských epiteliálních malignit a mohou vznikat v různých orgánech. Schopnost diferencovat adenokarcinomy podle jejich tkáně původu je nezbytná pro výběr nejvhodnějších léčebných režimů a jednoduché epiteliální keratiny jsou markery převážně používané pro tento účel. Většina adenokarcinomů exprimuje jednoduché epiteliální keratiny K8, K18 a K19, zatímco exprese K7 a K20 je variabilní. Keratin psaní je zvláštní diagnostický význam v případě kolorektálního adenokarcinomu, který podobně jako normální gastrointestinální epitel jsou téměř vždy K20-pozitivní, ale K7-negativní (nebo mají nižší K7 vyjádření ve srovnání s K20) (Moll et al., 2008). Koexprese K20 a K7 byla hlášena jako charakteristika pokročilejších kolorektálních karcinomů (Hernandez et al ., 2005), zatímco snížené hladiny K20 byly zjištěny ve spojení s vysokou nestabilitou mikrosatelitů (McGregor et al ., 2004). Adenokarcinomy pankreatu, žlučových cest, jícnu a žaludku rovnoměrně exprimují K7 a variabilněji, ale až 65%, K20 (Chu et al ., 2000), zatímco fenotyp K7+ / K20 je charakteristický pro adenokarcinomy vaječníků, endometria a plic (Moll et al., 2008). Endometriální adenokarcinomy mohou koexprimovat stratifikované epiteliální keratiny, jako je K5, jako indikaci skvamózní metaplazie (Chu a Weiss, 2002a). Non-skvamózní, maligní slinné žlázy karcinomy jsou také K7+/K20− s výjimkou karcinomů slinných potrubí, což může být pozitivní pro oba keratinů (Nikitakis et al., 2004). Kromě toho jsou téměř všechny nádory štítné žlázy (folikulární, papilární a medulární podtypy) a dvě třetiny případů maligního mezoteliomu K7+ / K20−. Druhý nádorů, na rozdíl od většiny adenokarcinomů, důsledně vyjádřit keratinocytů-typ keratinů, zejména K5, a vimentinu (Yaziji et al., 2006). Appendiceal a plic, karcinoidů, hormony kůry nadledvinek, prostaty a hepatocelulární karcinomy jsou negativní jak pro K7 a K20 (Chu a Weiss, 2002b).

většina adenokarcinomů prsu, včetně duktálních i lobulárních podtypů, konstitutivně exprimuje K7, K8, K18 a K19. K8 však vykazuje převážně periferní barvicí vzorec u duktálního karcinomu ve srovnání s prstencovým perinukleárním vzorem u lobulárního karcinomu (Lehr et al ., 2000). Ve špatně diferencovaných adenokarcinomů odpovídající basal-like subtyp definované pomocí microarray-based výraz profilování nádorů prsu (Sorlie et al., 2001) jsou také exprimovány keratiny charakteristické pro bazální buňky stratifikovaného epitelu, jako jsou K5/6, K14 a K17. Nedávno byl fosfo (Ser73) – K8 identifikován jako možný biomarker pro nižší expresi beclin1, a tedy defektní stav autofagie, u nádorů prsu (Kongara et al ., 2010).

keratinová exprese je zvláště užitečným vodítkem při správné klasifikaci karcinomů renálních buněk (RCC) (Liu et al., 2007), jako clear-cell Rcc především vyjádřit K8 a K18 s menšími K19 výraz, papilární nádory silně vyjádřit, K19 a K7 kromě základních K8/K18 pár a chromophobe Rcc obvykle express K7 a K8/K18, ale trochu K19. Benigní onkocytomy se mohou histologicky podobat chromofobním RCC, ale jsou K7 negativní (Liu et al ., 2007). Z přechodných buněk karcinomů obecně šetřit urothelial keratin vzor ukazuje v kombinaci výraz K8/K18, K7 a K19 spolu s K13 a K20 (Moll et al., 1992).

Spinocelulární karcinomy, nezávisle na jejich místě původu, jsou charakterizovány expresí rozvrstveného epitelu keratiny K5, K14 a K17 a hyperproliferative keratinocytů-typ keratinů K6 a K16 (Moll et al., 2008). K1 / K10 může být také focálně vyjádřena a K4 a K13 v menší míře. U špatně diferencovaných spinocelulárních karcinomů je často pozorována koexprese jednoduchých epiteliálních keratinů K8, K18 a K19.

použití keratinů jako diagnostických markerů v nádorové patologii je zdaleka jejich nejběžnější aplikací v oblasti rakoviny. V případech, zbývající nejasné, na základě klinické prezentace a konvenční histopatologické vyšetření, včetně karcinomů, které jsou špatně diferencované nebo šíří přes několik orgánů a metastázy neznámého primárního nádoru, keratin psaní je zvláště cenné pro správné nádor identifikace a následný výběr nejvhodnější léčebný plán.

Prognostické markery v epitelové nádory

Mimo jejich zavedené roli jako diagnostické markery rakoviny, keratinů, byly také uznány jako prognostické ukazatele v různých epiteliálních malignit (Tabulka 2). Například v rakovině tlustého střeva, snižuje expresi K8 a K20 byla spojena s epiteliální-mezenchymální buňky rakoviny přechod, který je obecně příznačný pro vyšší agresivita nádoru a snížení přežití pacientů (Knosel et al., 2006). Také, přetrvávající nebo vyšší exprese kaspázy-štěpí K18 fragment na Asp396 (produkován apoptotických buněk epitelu a detekovat pomocí epitop-specifická protilátka M30) v séru pacientů s rakovinou tlustého střeva po primární resekci tumoru svědčí o systémové zbytkové nádorové zatížení a výrazně koreluje s recidivou riziko do 3 let (Ausch et al., 2009). Vyšší hladiny K18/M30 štěpené v séru před léčbou také předpovídají kratší přežití u pacientů s rakovinou plic (Ulukaya et al., 2007). Více nedávno, poměr kaspázy štěpí (M30) celkem K18 (M65), pohodlně stanovena v séru nebo plazmě pomocí komerčně dostupný enzym-linked immunosorbent assay kit, je předmětem zkoumání jako biomarker pro terapii účinnost monitorování na pacienty s rakovinou (Linder et al., 2010). Podobně u pacientů s intrahepatální cholangiokarcinom, vysoké sérové K19 fragment (CYFRA21-1) koncentrace je spojena se sníženou opakování-volné a celkové přežití (Uenishi et al., 2008). Intratumorální exprese K20 a pozitivita K20 v kostní dřeni a / nebo krvi korelují s horší prognózou pankreatických adenokarcinomů (Soeth et al ., 2005; Matros a kol., 2006; Schmitz-Winnenthal et al., 2006). Navíc, u karcinomu žaludku, real-time kvantitativní reverzní transkripce–polymerázové řetězové reakce pro K20 v peritoneální laváže tekutiny předpovídá peritoneální recidivy u pacientů podstupujících resekci s kurativním záměrem (Katsuragi et al., 2007); Pozitivita K10 a K19 u hepatocelulárních karcinomů jsou významnými prediktory kratšího celkového přežití a přežití bez onemocnění po chirurgické resekci (Yang et al., 2008); a absence skvamózní diferenciace, o čemž svědčí ztráta exprese K5/6, je spojena s agresivnějšími karcinomy endometria a sníženým přežitím (Stefansson et al., 2006). V clear-cell RCC je nádorová koexprese K7 a K19 spojena s nedostatkem cytogenetických změn, nízkým jaderným stupněm a lepším klinickým výsledkem (Mertz et al., 2008), vzhledem k tomu, že detekce K8/18-pozitivní cirkulujících nádorových buněk koreluje s pozitivním stavu lymfatických uzlin, přítomnost synchronních metastáz v době primárního nádoru, resekce a špatné celkové přežití v renálním karcinomem (Bluemke et al., 2009). Detekce šířeny keratin-pozitivní nádorové buňky v kostní dřeni pacientů s rakovinou prostaty před operací je nezávislý rizikový faktor pro metastázy do 48 měsíců (Weckermann et al., 2009). U rakoviny kůže je zvláště zajímavá exprese keratinu u maligního melanomu, protože mRNA K18 je překvapivě identifikována v jedné třetině vzorků melanomové tkáně a je nepříznivým prognostickým faktorem (Chen et al ., 2009).

V prsu, molekulárně definované bazální-jako podtyp charakterizován estrogen receptor (ER), progesteronového receptoru a lidské epidermální růstový faktor receptor-2 negativity, ale receptor pro epidermální růstový faktor a K5/6 pozitivity, je spojena s mladší věk pacienta, high grade nádoru a špatnou prognózu, včetně kratší nemoc-zdarma a celkového přežití (Cheang et al., 2008; Yamamoto a kol., 2009). Exprese K17 v nádorech prsu je také prognostická pro špatný klinický výsledek, což je nezávislé na velikosti a stupni nádoru u node-negativního onemocnění (van de Rijn et al ., 2002). Detekce K19 mRNA-pozitivní cirkulujících nádorových buněk před adjuvantní chemoterapií předpovídá snížení bez onemocnění a celkové přežití u pacientek s ER-negativní, triple-negativní a lidský epidermální růstový faktor receptor2-pozitivní časných nádorů prsu (Ignatiadis et al., 2007), vzhledem k tomu, že přítomnost K19 mRNA-pozitivní cirkulujících nádorových buněk v krvi po dokončení adjuvantní chemoterapie u žen s časným karcinomem prsu některého podtypu indikuje přítomnost chemoterapie-odolné reziduální nemoci a je zase spojena s vyšším rizikem recidivy onemocnění a snížení přežití pacientů (Xenidis et al., 2009). Profilování genové exprese ukázalo, že K18 je často downregulován u metastazujícího karcinomu prsu (Hedenfalk et al ., 2001; Zajchowski a kol., 2001), nález spojený s pokročilým stadiem a stupněm nádoru, mikrometastázou kostní dřeně a kratším přežitím specifickým pro rakovinu a celkovým přežitím (Woelfle et al ., 2003, 2004). Také ubiquitin-imunoreaktivní degradační produkty K8 a K18 jsou detekovány u karcinomů prsu a mohou určit agresivitu nádoru (Iwaya et al., 2003).

Funkční roli v tumorigenezi

Vzhledem k jejich rozvíjející se regulační úlohu v normální buněčné fyziologie a jejich často mění výraz v rakovinu, na otázku, zda keratinů hrát žádnou funkční roli v epiteliálních tumorigenezi vzniká. Ačkoli většina keratinových ko a transgenních myší nemá žádný zjevný fenotyp nádoru, nedostatek K8 (na pozadí FVB) má za následek kolorektální hyperplazii a zánět (Baribault et al ., 1994; Habtezion et al., 2005), a také ovlivňuje (zkracuje) latence, ale ne výskyt nebo morfologické rysy polyoma middle T-indukované prsních adenokarcinomů (Baribault et al., 1997); lidské K8 zvýšená exprese výsledky v časných neoplastických-jako změny ve slinivce břišní, včetně ztráty z acinárních architektury, dysplazie a zvýšení buněčné proliferace (Casanova et al., 1999) a koreluje s rozsahem spontánního poškození pankreatu (Toivola et al., 2008); a konečně, ektopické expresi K8 v kůži, způsobuje epidermální hyperplazie u mladých myší, epidermální atypie a preneoplastické změny v stárnutí myší, a maligní progrese benigní kožní nádory vyvolané chemické kožní karcinogeneze testy (Casanova et al., 2004).

několik studií poskytlo důkazy podporující aktivní úlohu keratinu při invazi nádorových buněk a metastázách. Transfekce K8 a K18 v myš L buněk, které jsou fibroblasty, a vyjádřete vimentinu, výsledky v keratinová vlákna tvorbu a je spojena s deformovatelnosti a vyšší migrační a invazivní schopnosti, což naznačuje, že keratiny mohou ovlivnit tvar buňky a migrace prostřednictvím interakcí s extracelulární prostředí (Chu et al., 1993). Podobně experimentální koexprese vimentinu a K8/K18 zvyšuje invazi a migraci lidského melanomu (Chu et al ., 1996) a rakoviny prsu (Hendrix et al., 1997) buňky in vitro.

Inkubace lidských pankreatických nádorových buněk s sphingosylphosphorylcholine, bioaktivních lipidů přítomných ve vysoké hustotě částic a našel zvýšené hladiny v krvi a maligní ascites, ze u pacientů s rakovinou vaječníků, vyvolává keratin reorganizace do perinukleární, ring-jako struktury, která je doprovázena K8 a K18 fosforylace na Ser431 a Ser52, respektive (Gong et al., 2003). Tato změna keratin síťová architektura následek zvýšenou buněčnou pružnost a zvýšenou migraci buněk, což naznačuje, že sphingosylphosphorylcholine vyvolané keratin přestavby může přímo přispět k metastatický potenciál epiteliálních nádorových buněk (Suresh et al., 2005). Mobilní deformovatelnosti je také zvýšena v souvislosti s keratinem sítí změny v důsledku sphingosylphosphorylcholine, pravděpodobné, což vede k větší rakovinné buňky schopnost napadat okolní tkáně a prostupují do stromatu, a tím usnadňuje jeho útěk z primárního nádoru (Rolli et al., 2010). Navíc, nedávné práce se podílí změny v keratinu fosforylace jako přispívající faktor pro kolorektální karcinom progrese, protože K8 je fyziologický substrát fosfatázy regenerace jater-3, které je známo, že podporují invazivitu a metastatický potenciál kolorektálního karcinomu buněk, a vysoké fosfatázy regenerace jater-3 úrovně jsou spojeny se snížením nebo ztrátou fosforylované K8 na invazivní přední lidské vzorků kolorektálního karcinomu a jaterních metastáz (Mizuuchi et al., 2009).

Několik studií se již zabývalo roli keratinů v invazi rakovinných buněk tím, že vyšetřování K8-zprostředkované aktivace plasminogenu na serinová proteáza plasmin, který se podílí na remodelaci extracelulární matrix a, jako takový, v progresi nádoru a metastáz. Plazminogen je aktivován na povrchu buněk, které urokináza-typ plazminogen aktivátor povinen urokináza-typ plazminogen aktivátor receptoru a C-terminální domény K8, který proniká do buněčné membrány (K8 ektoplazmatické domény), jak je znázorněno v a hepatocelulární karcinom prsu buněk (Hembrough et al., 1995). I když je nepravděpodobné, že by se keratin dostal na povrch buňky pravidelnou sekreční cestou (Riopel et al ., 1993), monoklonální protilátky na K8 ektoplazmatické domény zabraňuje urokináza-typ plazminogen aktivátor závazné a inhibuje plazmin generace, což má za následek změněné morfologii buněk, větší adhezi buněk k fibronektinu a snížení rakoviny prsu buněk invaze potenciál (Obermajer et al., 2009), což naznačuje, že K8 spolu s urokináza-typ plazminogen aktivátor, plazminogenu a fibronektinu tvoří signalizační platformy, které mohou modulovat buněčné adheze a invazivity buněk rakoviny prsu.

K18 může hrát regulační roli při hormonálně citlivé rakoviny prsu, jak lze efektivně spojit s a izolují Éra cílový gen a ERa coactivator LRP16 v cytoplazmě, tak polehčující ERa-zprostředkované signalizace a estrogen-stimulovat progresi buněčného cyklu v prsu nádorových buněk (Meng et al., 2009). Dále defekty autofagie, které podporují tumorigenezi mléčné žlázy (Karantza-Wadsworth et al., 2007), výsledek v K8, K17 a K19 buněk v myši prsní nádor buněk v rámci metabolického stresu in vitro a in allograft myši prsních nádorů in vivo (Kongara et al., 2010), potenciálně usvědčující deregulace keratin homeostázy vadný autofagie spojené s rakovinou prsu, hypotéza si zaslouží další šetření. Vadný autofagie byl také zapleten do abnormální hromadění keratinu v játrech, jako Mallory–Denk těla-jako je začlenění tvorby, což je běžný nález u hepatocelulárních karcinomů, je přímo ovlivněna farmakologické modulace autofagie (Harada et al., 2008).

Keratin 17, který se rychle indukované v zraněný stratifikovaných epitelech, reguluje velikost buněk a růst vazbou na adaptér protein 14-3-3σ a stimuluje mTOR dráhy, a tím reguluje syntézu proteinů (Kim et al., 2006). Další důkaz, že keratinů může fungovat proti proudu mTOR je poskytována studie u myší s ablace všech keratinových genů, kde embryonální letalita od těžké retardace růstu je spojena s aberantní lokalizace glukózových přenašečů GLUT1 a GLUT3m což v adenosin monofosfát kinázy, aktivace a potlačení mTORC1 navazujících cílů S6 kinázy a 4E-BP1 (Vijayaraj et al., 2009). V zřejmě reciproční vztah, AKT izoformy regulovat intermediate filament expresi v epiteliálních nádorových buněčných linií, stejně jako zvýšená exprese AKT1 zvyšuje K8/K18 úrovně a AKT2 upreguluje K18 a vimentinu (Fortier et al., 2010). Tak, keratiny, které jsou často aberrantly vyjádřené v epiteliálních karcinomů, komunikovat mnoha způsoby s AKT/mTOR dráhu, což samo o sobě je často abnormálně aktivované v agresivní nádory, zvýšit možnost, že úloha AKT v epiteliálních tumorigenezi je alespoň částečně keratin zprostředkované a/nebo závislé.

keratiny jsou také důležité pro intracelulární signalizaci zprostředkovanou chaperonem, která může zase hrát roli v epiteliální tumorigenezi. Atypické PKC je evolučně konzervovaným klíčovým regulátorem buněčné asymetrie, který byl také identifikován jako onkogenu původce non-small-cell lung cancer a predispozičním faktorem pro rakovinu tlustého střeva, když nadměrně exprimován (Pole a Regala, 2007). Nedávné práce ukázaly, že oba vláknité keratinů a heat-shock protein 70 jsou nutné pro záchranu rephosphorylation zralé atypické PKC, a tím reguluje jeho subcelulární distribuci a udržování rovnovážného stavu hladiny a aktivity (Mashukova et al., 2009). Navíc, vzhledem k tomu, přebytek rozpustné heat-shock protein 70, keratin sítě se předpokládalo, že bude rychlost-limitujícím krokem v atypické PKC záchranného mechanismu, hypotéza se potvrdila ve dvou různých K8-zvýšená exprese zvířecích modelech (Mashukova et al., 2009). V obou případech, mobilní regiony s abnormální a nadměrné střední vlákno akumulace také vystavoval hrubě mislocalized aktivní atypické PKC signál, což naznačuje, že garde-asistované onkogenní kinázy, včetně Akt1, může také záviset na keratinů a rozšíření na již dostupných znalostí o úloze keratinů jako dozor lešení (van den et al., 1999; Toivola a kol., 2010).

ačkoli mutace K8 byly zapojeny do progrese akutní a chronické (Ku et al ., 2001) onemocnění jater, nebyly přímo spojeny s hepatocelulárním, pankreatickým (Treiber et al ., 2006) nebo jakýkoli jiný karcinom. K dnešnímu dni je jediným keratinem a typem nádoru, pro který byla specifická varianta nebo jednonukleotidový polymorfismus spojen s predispozicí rakoviny, K5 v bazocelulárním karcinomu (Stacey et al ., 2009), jako genom-wide jednotného nukleotidů polymorfismus sdružení scan pro časté bazocelulární karcinom, rizikové varianty identifikovány G138E střídání v K5 jako udělení náchylnost k bazálních buněk, ale ne k spinocelulární karcinom, kožní melanom nebo fair-pigmentace rysy. Vzhledem k rostoucímu počtu asociačních studií v celém genomu pro různé druhy rakoviny je možné, že v blízké budoucnosti mohou být objeveny další varianty keratinu ovlivňující specifické riziko rakoviny.

Roli v drogové reakce

Keratinů chránit epiteliální buňky před mechanickým stresem, ale také odolnost na ostatní buněčné stresory, které mohou vést k buněčné smrti, včetně smrti aktivace receptoru a chemoterapeutika. Například, K8 – a K18-null myší, které postrádají keratin střední filamenta v jejich hepatocytů v důsledku keratin nestability, kdy partner keratin chybí, a hepatocyty kultivovány ex vivo od K8-null myši jsou více citlivé na Fas-zprostředkovanou apoptózu než jejich wild-type protějšky (Gilbert et al., 2001). Podobně mutace K18 (Arg89Cys) narušující síť keratinových vláken předurčuje hepatocyty k apoptotickému poškození zprostředkovanému Fas – ale nikoli faktorem nekrózy nádorů (Ku et al., 2003b). Tyto nálezy jasně ukazují, že K8 a K18 zprostředkovat odolnost vůči Fas-indukované apoptózy v játrech; nicméně, oni mohou také být relevantní pro terapii rakoviny, keratin úrovně jsou ovlivněny protinádorových léčiv, jako mitoxantronem (MX) (Řeřicha et al., 1988) a doxorubicin (Hammer et al., 2010), a proapoptotic agonisté receptoru může mít selektivní protinádorové aktivity, jako aktivaci vnější apoptotickou smrt buněk dráhy vazbou na apoptózu ligand 2/faktor nádorové nekrózy související apoptózu indukující ligand se přizpůsobit smrti receptory následek apoptózu různých rakoviny typy buněk bez významné toxicity k normální buňky (Ashkenazi, 2008; Gonzalvez a Ashkenazi, 2010).

Aberrant keratin expression has already been shown to confer a multidrug resistance phenotype, as mouse L fibroblasts are rendered resistant to MX, doxorubicin, methotrexate, melphalan and vincristine, but not to ionizing radiation, upon K8 and K18 transfection (Bauman et al., 1994). Similarly, NIH 3T3 fibroblasts with ectopic K8/K18 expression exhibit resistance to MX, doxorubicin, bleomycin, mitomycin C and melphalan, but not to cisplatin (Anderson et al., 1996). Kromě toho, monocyte chemoattractant protein-7/MX, MX-vybrané lidské rakoviny prsu buněčné linie s multirezistence fenotyp v důsledku nadměrné exprese rakoviny prsu rezistentních proteinů, také vykazuje zvýšené K8 úrovní, které synergicky s rakovinou prsu odolné bílkoviny při zvyšování rezistence, pravděpodobně působí prostřednictvím různých mechanismů, jako je anti-K8 short hairpin RNA obrátí MX odpor bez propagace intracelulární akumulaci léku jako je rakovina prsu rezistentní protein poražený dělá (Liu et al., 2008b). Na multirezistence z monocyte chemoattractant protein-7/MX buněk je alespoň částečně, vzhledem k jejich zvýšené adhezi k extracelulární matrix, což je zase zprostředkována K8 exprese na povrchu buňky, což naznačuje, že změny v úroveň exprese a buněčné lokalizace K8 může aktivně snižovat reakci na léčbu rakoviny (Liu et al., 2008a). Zda farmakologická keratinová modulace může být použita jako doplněk k chemoterapii pro zlepšení terapeutických výsledků, je třeba prozkoumat.