Keratiner i helse og kreft: Mer enn bare epitelcellemarkører

Diagnostiske markører i epiteltumorer

Gitt de karakteristiske celletype-, differensierings – og funksjonelle statusavhengige keratinuttrykksmønstre i epitelceller, tilgjengeligheten av spesifikke keratinantistoffer, og det faktum at epiteltumorer i stor grad opprettholder egenskapene til spesifikt keratinuttrykk assosiert med den respektive celletype opprinnelse, har keratiner lenge og i stor grad blitt brukt som immunhistokjemiske markører i diagnostisk tumorpatologi (Figur 3; Tabell 1) (Moll et al., 2008).

Keratinuttrykk i menneskelig kreft. Keratiner er normalt uttrykt i en celle type -, differensiering-og funksjonell status-avhengig måte, og epitel kreft i stor grad opprettholde egenskapene til keratin uttrykk forbundet med deres respektive celletype opprinnelse, så keratiner har lenge vært anerkjent som diagnostiske markører i tumor patologi. Eksempler på keratiner som vanligvis brukes i diagnostisering av humane epitel maligniteter er presentert her.

Adenokarsinomer, det vil si at epitelkreft som oppstår i kjertelvev, utgjør den største gruppen av humane epiteliale maligniteter og kan oppstå i forskjellige organer. Evnen til å skille adenokarsinomer i henhold til deres opprinnelsesvev er avgjørende for valg av de mest hensiktsmessige behandlingsregimer, og enkle epithelial keratiner er markørene som hovedsakelig brukes til dette formålet. De fleste adenokarsinomer uttrykker de enkle epiteliale keratinene K8, K18 Og K19, Mens k7 og K20-uttrykk er variable. Keratin typing er av særlig diagnostisk betydning i tilfelle av kolorektale adenokarsinomer, som i likhet med det normale gastrointestinale epitelet nesten Alltid Er k20-positive, Men K7-negative (eller har lavere k7-uttrykk sammenlignet med K20) (Moll et al ., 2008). K20 og K7 co-uttrykk har blitt rapportert som en karakteristisk for mer avanserte kolorektal kreft (Hernandez et al., 2005), mens reduserte k20-nivåer har blitt påvist i forbindelse med høy mikrosatellitt ustabilitet (McGregor et al., 2004). Bukspyttkjertel, galdevei, esophageal og gastrisk adenokarsinom uttrykker jevnt K7 og mer variabelt, men opptil 65%, K20 (Chu et al ., 2000), mens En k7 + / K20− fenotype er karakteristisk for eggstokk -, endometrial-og lungeadenokarsinomer (Moll et al., 2008). Endometrial adenokarsinomer kan co-uttrykke stratifiserte epiteliale keratiner, Som K5, som en indikasjon på plateepitel metaplasi(Chu Og Weiss, 2002a). Ikke-squamous, maligne spyttkjertelkarsinomer er Også K7 + / K20 -, med unntak av spyttkanalkarcinomer, som kan være positive for begge keratiner (Nikitakis et al., 2004). Videre er nesten alle skjoldbruskkjerteltumorer (follikulære, papillære og medulære subtyper) Og to tredjedeler av maligne mesotheliomtilfeller k7+/K20 -. Sistnevnte svulster, i motsetning til de fleste adenokarsinomer, uttrykker konsekvent keratinocyt-type keratiner, spesielt K5 og vimentin (Yaziji et al., 2006). Appendikale og lungekarcinoider, binyrebarkale, prostatiske og hepatocellulære karsinomer er negative for Både K7 og K20 (Chu Og Weiss, 2002b).De fleste brystadenokarsinomer, inkludert både duktale og lobulære subtyper, konstitutivt uttrykker K7, K8, K18 Og K19. K8 utviser imidlertid et overveiende perifert fargemønster i duktalt karsinom sammenlignet med et ringlignende perinukleært mønster i lobulært karsinom (Lehr et al., 2000). I dårlig differensierte adenokarsinomer tilsvarende basal-lignende subtype som definert av mikroarray-basert uttrykk profilering av brysttumorer (Sorlie et al., 2001), keratiner som er karakteristiske for basale celler av stratifisert epitel, som K5/6, K14 Og K17, uttrykkes også. Mer nylig ble fosfo (Ser73) – K8 identifisert som en mulig biomarkør for lavere beclin1-uttrykk, og dermed defekt autofagistatus, i brysttumorer (Kongara et al ., 2010).Keratinuttrykk er en spesielt nyttig veiledning i riktig klassifisering av nyrecellekarsinomer (Rcc) (Liu et al., 2007), som klarcelle RCCs hovedsakelig uttrykker K8 og K18 med mindre k19-uttrykk, uttrykker papillære svulster Sterkt K19 og K7 i tillegg til det grunnleggende k8 / K18-paret og kromofobe RCCs uttrykker typisk K7 Og K8 / K18, men lite K19. Godartede onkocytomer kan histologisk ligne chromophobe Rcc, men Er k7 negative (Liu et al., 2007). Transitional celle karsinomer generelt bevare urotelial keratin mønster som viser kombinert uttrykk For K8 / K18, K7 Og K19 sammen Med K13 Og K20 (Moll et al ., 1992).Plateepitelkarsinomer, uavhengig av deres opprinnelsessted, er karakterisert ved ekspresjon av de stratifiserte epiteliale keratiner K5, K14 Og K17 og de hyperproliferative keratinocytt-type keratiner K6 Og K16 (Moll et al ., 2008). K1 / K10 kan også uttrykkes focalt, Og K4 Og K13 i mindre grad. I dårlig differensierte plateepitelkarsinomer observeres ofte koekspresjon av de enkle epiteliale keratinene K8, K18 og K19.

bruk av keratiner som diagnostiske markører i tumorpatologi er langt deres vanligste anvendelse innen kreft. I tilfeller som fortsatt er uklare på grunnlag av klinisk presentasjon og konvensjonell histopatologi, inkludert karsinomer som er dårlig differensiert eller sprer seg over flere organer og metastaser av ukjent primærtumorsted, er keratintyping spesielt verdifull for korrekt svulstidentifikasjon og påfølgende valg av den mest hensiktsmessige behandlingsplanen.

Prognostiske markører i epiteltumorer

utover deres veletablerte rolle som diagnostiske markører i kreft, har keratiner også blitt anerkjent som prognostiske indikatorer i en rekke epiteliale maligniteter (Tabell 2). For eksempel, i kolorektal kreft, har redusert ekspresjon Av K8 Og K20 vært assosiert med epitel-til-mesenkymal kreftcelleovergang, som generelt indikerer høyere tumor aggressivitet og redusert pasientoverlevelse (Knosel et al., 2006). Også vedvarende eller høyere ekspresjon Av et caspase-spaltet k18-fragment Ved Asp396 (produsert av apoptotiske epitelceller og detektert av et epitopspesifikt antistoff M30) i serum hos kolonkreftpasienter etter primær tumorreseksjon er indikativ for systemisk resttumorbelastning og korrelerer signifikant med tilbakefall risiko innen 3 år (Ausch et al ., 2009). Høyere serumspaltede k18 / M30-nivåer før behandling er også prediktive for kortere overlevelse hos lungekreftpasienter (Ulukaya et al., 2007). Mer nylig, forholdet mellom caspase spaltet (M30) til total K18 (M65), beleilig bestemt i serum eller plasma ved hjelp av kommersielt tilgjengelige enzymbundne immunosorbent assay kits, blir undersøkt som en biomarkør for terapi effekt overvåking i karsinom pasienter (Linder et al., 2010). På samme måte, hos pasienter med intrahepatisk kolangiokarsinom, er en høy serum k19 fragment (CYFRA21-1) konsentrasjon assosiert med redusert residivfri og total overlevelse (Uenishi et al., 2008). Intratumoral k20-uttrykk og k20-positivitet i benmarg og/eller blod korrelerer med dårligere prognose i pankreasadenokarsinom (Soeth et al., 2005; Matros et al., 2006; Schmitz-Winnenthal et al., 2006). Videre, i magekreft, sanntids kvantitativ revers transkripsjon-polymerase kjedereaksjon For K20 i peritoneal skyllevæske spår peritoneal tilbakefall hos pasienter som gjennomgår reseksjon med kurativ hensikt (Katsuragi et al ., 2007); K10 og K19 positivitet i hepatocellulære karsinomer er signifikante prediktorer for kortere total og sykdomsfri overlevelse etter kirurgisk reseksjon (Yang et al., 2008); og fravær av squamous forskjell som vist ved tap Av k5 / 6 uttrykk er assosiert med mer aggressive endometrial karsinomer og redusert overlevelse (Stefansson et al., 2006). I klarcellet RCC er tumorekspresjon Av K7 Og K19 forbundet med mangel på cytogenetiske forandringer, lav nukleær karakter og bedre klinisk utfall (Mertz et al., 2008), mens påvisning Av k8/18-positive sirkulerende tumorceller korrelerer med positiv lymfeknutestatus, tilstedeværelse av synkrone metastaser ved primær tumorreseksjon og dårlig total overlevelse ved nyrecellekreft (Bluemke et al., 2009). Påvisning av disseminerte keratin-positive tumorceller i benmargen hos pasienter med prostatakreft før kirurgi er en uavhengig risikofaktor for metastase innen 48 måneder (Weckermann et al., 2009). I hudkreft er keratinuttrykk i malignt melanom av særlig interesse, Da k18 mRNA er overraskende identifisert i en tredjedel av melanomvevsprøver og er en negativ prognostisk faktor (Chen et al., 2009).

5 / 6 positivitet, er assosiert med yngre pasientalder, høy tumorgrad og dårlig prognose, inkludert kortere sykdomsfri og total overlevelse (cheang et al., 2008; Jørgen et al., 2009). Ekspresjon Av K17 i brysttumorer er også prognostisk for dårlig klinisk utfall, og dette er uavhengig av tumorstørrelse og grad i node-negativ sykdom (van De Rijn et al., 2002). Påvisning Av k19 mRNA-positive sirkulerende tumorceller før adjuvant kjemoterapi forutsier redusert sykdomsfri og total overlevelse hos pasienter med er-negativ, trippel-negativ og human epidermal vekstfaktorreseptor2-positive tidlige brysttumorer (Ignatiadis et al., 2007), mens tilstedeværelsen Av k19 mRNA-positive sirkulerende tumorceller i blodet etter fullføring av adjuvant kjemoterapi hos kvinner med tidlig brystkreft av en hvilken som helst subtype indikerer tilstedeværelse av kjemoterapiresistent restsykdom og igjen er forbundet med høyere risiko for tilbakefall av sykdom og redusert pasientoverlevelse (Xenidis et al., 2009). Genuttrykk profilering har indikert At K18 er ofte nedregulert i metastatisk brystkreft (Hedenfalk et al., 2001; Zajchowski et al., 2001), et funn assosiert med avansert tumorstadium og-grad, benmargsmikrometastase og kortere kreftspesifikk overlevelse og total overlevelse (Woelfle et al., 2003, 2004). Også ubiquitin-immunoreaktive nedbrytningsprodukter Av K8 Og K18 oppdages i brystkarsinomer og kan bestemme tumor aggressivitet (Iwaya et al., 2003).

Funksjonell rolle i tumorigenese

Gitt deres nye regulatoriske rolle i normal cellefysiologi og deres ofte endrede uttrykk i kreft, oppstår spørsmålet om keratiner spiller noen funksjonell rolle i epithelial tumorigenese. Selv om de fleste keratin KO og transgene mus ikke har noen åpenbar tumorfenotype, Resulterer k8-mangel (I fvb-bakgrunnen) i kolorektal hyperplasi og betennelse (Baribault et al., 1994; Habtezion et al., 2005), og også påvirker (forkorter) latens, men ikke forekomsten eller de morfologiske trekk ved polyoma midten t-indusert mammary adenokarsinomer (Baribault et al.(1997); menneskelig k8-overuttrykk resulterer i tidlige neoplastiske endringer i bukspyttkjertelen, inkludert tap av akinararkitektur, dysplasi og økt celleproliferasjon (Casanova et al., 1999), og korrelerer med omfanget av spontan bukspyttkjertelskade (Toivola et al., 2008); og til slutt, ektopisk ekspresjon Av K8 i huden forårsaker epidermal hyperplasi hos unge mus, epidermal atypi og preneoplastiske endringer i aldrende mus, og ondartet progresjon av godartede hudtumorer indusert av kjemiske hudkarsinogeneseanalyser (Casanova et al ., 2004).Flere studier har gitt bevis som støtter en aktiv keratinrolle i kreftcelleinvasjon og metastase. Transfeksjon Av K8 og K18 i mus l-celler, som er fibroblaster og ekspress vimentin, resulterer i keratinfilamentdannelse og er forbundet med deformabilitet og høyere migrerende og invasive evner, noe som indikerer at keratiner kan påvirke celleform og migrasjon gjennom samspill med det ekstracellulære miljøet (Chu et al., 1993). På samme måte øker eksperimentell koekspresjon av vimentin og K8/K18 invasjon og migrasjon av humant melanom (Chu et al. 1996) og brystkreft (Hendrix Et al.( 1997) celler in vitro.Inkubasjon av humane bukspyttkjertelcancerceller med sfingosylfosforylkolin, et bioaktivt lipid tilstede i lipoproteinpartikler med høy tetthet og funnet ved økte nivåer i blodet og maligne ascites fra eggstokkreft pasienter, induserer keratin omorganisering til en perinuclear, ringlignende struktur, som er ledsaget Av k8 og K18 fosforylering ved Henholdsvis Ser431 og Ser52 (Beil et al., 2003). Denne endringen i keratin nettverksarkitektur resulterer i økt cellulær elastisitet og forbedret cellemigrasjon, noe som indikerer at sphingosylphosphorylcholine-indusert keratin remodeling kan direkte bidra til metastatisk potensial av epitelcancerceller(Suresh et al., 2005). Celledeformbarhet økes også i forbindelse med keratinnettverksendringer på grunn av sfingosylfosforylkolin, noe som sannsynligvis resulterer i større kreftcelleevne til å invadere det omkringliggende vevet og gjennomsyre gjennom stroma, og dermed lette dets flukt fra primærtumoren (Rolli et al., 2010). Videre har nyere arbeid implisert endringer i keratinfosforylering som en medvirkende faktor til kolorektal kreftprogresjon, Da K8 er et fysiologisk substrat av fosfatase av regenererende lever-3, som er kjent for å fremme invasivitet og metastatisk potensial for kolorektale kreftceller, og høy fosfatase av regenererende lever – 3 nivåer er forbundet med reduksjon eller tap Av fosforylert K8 ved den invasive fronten av humane kolorektale kreftprøver og i levermetastaser (Mizuuchi et al., 2009).Flere studier har undersøkt keratins rolle i kreftcelleinvasjon ved å undersøke K8-mediert plasminogenaktivering til serinprotease plasmin, som er involvert i ekstracellulær matriks remodeling og som sådan i tumorprogresjon og metastase. Plasminogen aktiveres på celleoverflaten av urokinase-type plasminogenaktivator bundet til urokinase-type plasminogenaktivatorreseptor og Det C-terminale domenet Til K8 som penetrerer cellemembranen (k8 ektoplasmatisk domene), som vist i hepatocellulære og brystkarsinomceller (Hembrough et al., 1995). Selv usannsynlig at keratin gjør det til celleoverflaten gjennom den vanlige sekretoriske vei (Riopel et al., 1993), forhindrer et monoklonalt antistoff Mot k8 ektoplasmisk domene urokinase-type plasminogenaktivatorbinding og hemmer plasmin-generasjon, noe som igjen resulterer i endret cellemorfologi, større celleadhesjon til fibronektin og redusert brystkreftcelleinvasjonspotensial (Obermajer et al ., 2009), noe som indikerer At K8 sammen med urokinase-type plasminogenaktivator, plasminogen og fibronektin danner en signalplattform som kan modulere celleadhesjon og invasivitet av brystkreftceller.K18 kan spille en regulatorisk rolle i hormonelt responsiv brystkreft, da den effektivt kan knytte Seg til Og sekvestrere ERa-målgenet OG era coactivator LRP16 i cytoplasma, og dermed dempe ERa-mediert signalering og østrogenstimulert cellesyklusprogresjon i brysttumorceller (Meng et al., 2009). Videre autofagi defekter, som fremmer bryst tumorigenesis (Karantza-Wadsworth et al., 2007), resulterer I k8, K17 og K19 oppregulering i musemammetumorceller under metabolsk stress in vitro og i allograft musemammetumorer in vivo (Kongara et al ., 2010), potensielt impliserende deregulering av keratinhomeostase i defekt autofagi-assosiert brystkreft, en hypotese verdig videre undersøkelse. Defekt autofagi har også vært involvert i unormal keratinakkumulering i leveren, da Mallory-Denk kroppslignende inkluderingsdannelse, som er et vanlig funn i hepatocellulære karsinomer, påvirkes direkte av farmakologisk autofagimodulasjon (Harada et al., 2008).Keratin 17, som raskt induseres i såret stratifisert epitel, regulerer cellestørrelse og vekst ved binding til adapterproteinet 14-3-3σ og stimulerer mTOR-banen, og regulerer dermed proteinsyntese (Kim et al., 2006). Ytterligere bevis for at keratiner kan fungere oppstrøms for mTOR er gitt av studier i mus med ablasjon av alle keratin gener, hvor embryonal dødelighet fra alvorlig veksthemming er assosiert med avvikende lokalisering av glukose transportører GLUT1 Og GLUT3m resulterer i adenosinmonofosfat kinase aktivering og undertrykkelse av mTORC1 nedstrøms mål S6 kinase OG 4E-bp1(Vijayaraj et al ., 2009). I et tilsynelatende gjensidig forhold regulerer akt-isoformer mellomliggende filamentuttrykk i epiteliale kreftcellelinjer, da OVERUTTRYKK av AKT1 øker k8 / K18 nivåer og AKT2 oppregulerer K18 og vimentin (Fortier et al., 2010). Således interagerer keratiner, som ofte er aberrant uttrykt i epitelkreft, på flere måter med akt / mTOR-banen, som i seg selv ofte aktiveres unormalt i aggressive svulster, og øker muligheten for at AKTS rolle i epitelial tumorigenese er i det minste delvis keratinmediert og/eller avhengig.Keratiner er også viktige for chaperonmediert intracellulær signalering, som igjen kan spille en rolle i epithelial tumorigenese. Atypisk PKC er en evolusjonært bevart nøkkelregulator for cellulær asymmetri, som også har blitt identifisert som en onkogen årsak til ikke-småcellet lungekreft og en predisponerende faktor for tykktarmskreft, når den er overuttrykt (Fields And Regala, 2007). Nylig arbeid viste at både filamentøse keratiner og varmesjokkprotein 70 er nødvendig for redningsrefosforylering av moden atypisk PKC, og dermed regulere sin subcellulære distribusjon og opprettholde steady state nivåer og aktivitet (Mashukova et al., 2009). Videre, gitt et overskudd av løselig varme-sjokk protein 70, keratin nettverket ble forventet å være et hastighetsbegrensende trinn i atypisk pkc redningsmekanisme, en hypotese bekreftet i to Forskjellige k8-overuttrykk dyremodeller (Mashukova et al ., 2009). I begge tilfeller viste cellulære regioner med unormal og overdreven mellomliggende filamentakkumulering også grovt mislokalisert aktivt atypisk pkc-signal, noe som indikerer at chaperonassistert onkogen kinaseaktivitet, inkludert Akt1, også kan avhenge av keratiner og utvide seg på allerede tilgjengelig kunnskap om keratins rolle som chaperonstillas (van den et al ., 1999; Toivola et al., 2010).

Selv Om K8 mutasjoner har vært involvert i utviklingen av akutt og kronisk (Ku et al., 2001) leversykdom, de har ikke vært direkte knyttet til hepatocellulær, bukspyttkjertel (Treiber et al., 2006) eller noe annet karsinom. Hittil er Den eneste keratin og tumor typen som en spesifikk variant eller single-nukleotid polymorfisme har vært assosiert med kreft predisposisjon K5 i basalcellekarsinom (Stacey et al., 2009), identifiserte G138E-substitusjonen I K5 som en genomdekkende enkeltnukleotidpolymorfismeforeningsskanning for vanlige basalcellekarsinomrisikovarianter SOM gir følsomhet for basalcellekarsinom, men ikke for plateepitelkarsinom, kutant melanom eller fairpigmenteringsegenskaper. Gitt det økende antall genom-wide association studier for ulike kreftformer, er det mulig at flere keratin varianter påvirker spesifikk kreftrisiko kan bli oppdaget i nær fremtid.Keratiner beskytter epitelceller fra mekanisk stress, men gir også motstand mot andre cellulære stressorer som kan føre til celledød, inkludert dødsreseptor aktivering og kjemoterapeutiske legemidler. For Eksempel, K8 – og k18-null mus, som mangler keratin mellomliggende filamenter i deres hepatocytter på grunn av keratin ustabilitet når partneren keratin mangler, og hepatocytter dyrket ex vivo Fra K8-null mus er mer følsomme For Fas-mediert apoptose enn sine vill-type kolleger (Gilbert Et al ., 2001). På samme måte predisponerer en k18 – mutasjon (Arg89Cys) som forstyrrer keratinfilamentnettverket hepatocytter Til Fas-men ikke tumor nekrosefaktor-mediert apoptotisk skade (Ku et al.( 2003b). Disse funnene viser tydelig At K8 og K18 medierer motstand mot Fas-indusert apoptose i leveren; de kan imidlertid også være relevante for kreftbehandling, da keratinnivåer påvirkes av kreftmedisiner, som mitoxantron (MX) (Cress et al. 1988) og doksorubicin (Hammer et al., 2010), og proapoptotiske reseptoragonister kan ha selektiv antitumoraktivitet, da aktivering av den ytre apoptotiske celledødsveien ved binding av apoptose ligand 2/tumor nekrosefaktorrelatert apoptose-induserende ligand til beslektet dødsreceptorer resulterer i apoptose av forskjellige kreftcelletyper uten signifikant toksisitet mot normale celler (Ashkenazi, 2008; Gonzalvez and 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). Videre viser monocyt chemoattractant protein-7/MX, en mx-valgt human brystkreftcellelinje med en multidrugresistensfenotype på grunn av overuttrykk av brystkreftresistent protein, også forhøyede k8-nivåer, som synergiserer med brystkreftresistent protein i økende stoffresistens, som sannsynligvis virker via forskjellige mekanismer, da anti-K8 kort hårnål RNA reverserer MX-resistens uten å fremme intracellulær legemiddelakkumulering som brystkreftresistent protein knockdown gjør (Liu et al.( 2008b). Multidrug resistens av monocyte chemoattractant protein-7 / MX celler er i det minste delvis på grunn av deres økte adhesjon til den ekstracellulære matrisen, som igjen medieres Av K8-uttrykk på celleoverflaten, noe som indikerer at endringer i uttrykksnivå Og cellulær lokalisering Av K8 aktivt kan redusere respons på kreftbehandling (Liu et al .( 2008a). Hvorvidt farmakologisk keratinmodulasjon kan brukes som et supplement til kjemoterapi for å forbedre terapeutiske resultater, gjenstår å bli utforsket.