Rola starzenia komórkowego w kancerogenezie i terapii ... · Gen kodujący białko, którego...

194 www.postepybiochemii.pl

Grażyna Mosieniak

Anna Strzeszewska

Pracownia Molekularnych Podstaw Starzenia, Instytut Biologii Doświadczalnej im. Marcele-go 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, no-wotwory, onkogeny, geny supresorowe nowo-tworu, terapia przeciwnowotworowa

Wykaz skrótów: OIS (ang. oncogene induced senescence) — starzenie indukowane onkoge-nami; ALT (ang. alternative lengthening of telo-meres) — process alternatywnego wydłużania telomerów; TERT (ang. telomerase reverse trans-criptase) — podjednostka katalityczna telome-razy o aktywności odwrotnej transkryptazy; TERC (ang. telomerase RNA component) — ma-trycowe RNA telomerazy, VEGF (ang. vascular endothelial growth factor) — czynnik wzrostu śródbłonka naczyniowego, DMBA — dimety-lobenzenoantracenu

Rola starzenia komórkowego w kancerogenezie i terapii przeciwnowotworowej

STRESZCZENIE

Starzenie komórkowe jest procesem prowadzącym do nieodwracalnego zatrzymania po-działów komórkowych, który może nastąpić w odpowiedzi na uszkodzenia DNA. In-

nymi czynnikami prowadzącymi do starzenia jest aktywacja onkogenów lub inaktywacja genów supresorowych nowotworu. Obecność komórek starych wykazano w zmianach pre-nowotworowych występujących na wczesnych etapach kancerogenezy co świadczy o tym, że starzenie stanowi naturalną barierę, która musi być przełamana aby doszło do pełnej trans-formacji nowotworowej. Z drugiej strony wykazano, że komórki nowotworowe, które prze-łamały 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, warun-kuje efektywność terapii przeciwnowotworowych. Komórki stare, choć nie dzielą się, to jed-nak 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 potencjal-nie niebezpiecznych dla organizmu, a z drugiej stymulując do podziałów komórki nowo-tworowe. 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 eta-pach efektów takiej terapii.

WPROWADZENIE

Proces transformacji nowotworowej wiąże się ze stopniową akumulacją mu-tacji. Wśród nich można wyróżnić mutacje dominujące, które generują silny sy-gnał do proliferacji (mutacje w protoonkogenach) jak i mutacje recesywne obej-mujące 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 gene-tycznej do komórek potomnych. Dzięki zwiększonej liczbie komórek zmutowa-nych rośnie prawdopodobieństwo pojawiania się w nich kolejnych mutacji, któ-re mogą doprowadzić do pełnej transformacji nowotworowej. Dlatego też, me-chanizm umożliwiający eliminację komórek, które mogłyby stać się komórkami nowotworowymi, pełni krytyczną rolę w zapewnieniu prawidłowego funkcjo-nowania 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 chemiotera-peutyków. 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 nowotworo-wa, która uległa starzeniu w trakcie terapii może wznowić podziały i spowodo-wać remisję choroby?

Niniejsza praca przeglądowa przybliży czytelnikowi zgromadzoną wiedzę na temat roli jaką odgrywa proces starzenia komórkowego na różnych etapach kancerogenezy.

Postępy Biochemii 60 (2) 2014 195

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 soma-tycznych obserwuje się postępujące skracanie odcinków telomerowych1. Skrócone telomery są rozpoznawane przez komórkę jako miejsca podwójnych uszkodzeń DNA i in-dukują sygnał, który prowadzi do zatrzymania podziałów,

1Tematyka ta została szerzej omówiona w artykule Anny Bielak-Żmijewskiej, 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 ko-dującego podjednostkę katalityczną telomerazy w komór-kach prawidłowych prowadzi do wydłużenia telomerów, czemu towarzyszy zwiększenie potencjału replikacyjnego komórek [1] dowodząc jednocześnie, że skracanie telome-rów prowadzi do starzenia.

Aby doszło do transformacji nowotworowej i nabycia zdolności do nieograniczonej w czasie proliferacji, komórki muszą przełamać barierę, jaką stanowi proces starzenia ko-mórkowego. Uważa się, że jest to możliwe dzięki mutacjom w genach kodujących białka zaangażowane w kontrolę cy-klu komórkowego, takie jak p53 oraz białek należących do ścieżki Rb/p16INK4A, które jednocześnie są zaangażowane w indukcję procesu starzenia2. Komórki, które dzięki mu-tacjom uniknęły starzenia, wznawiają podziały, którym

2Tematyka ta została szerzej omówiona w artykule Olgi Alster i Zbigniewa Korwka „Znaczniki starzenia komórkowego”, zamieszczonym w niniejszym zeszycie Postępów Biochemii.

Tabela 1. Podstawowe pojęcia.

Pojęcia Wyjaśnienie

Protoonkogen Gen, występujący w prawidłowych komórkach, kodujący białka zaangażowane w regulację ich wzrostu i prolif-eracji. Mutacje w tym genie mogą prowadzić do powstania onkogenów, sprzyjających rozwojowi nowotworu.

OnkogenGen kodujący białko, którego ekspresja powoduje zajście transformacji nowotworowej komórek i powstanie now-otworu 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 nowotworuGen 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.


towarzyszy postępujące skracanie telomerów. Obecność licznych, krytycznie krótkich telomerów w dzielących się komórkach prowadzi do masowej śmierci (tzw. faza kryzy-su). Wynika to z zaburzeń w rozdziale chromosomów do komórek potomnych. Znacznie skrócone zakończenia telo-merowe ulegają fuzji i doprowadzają do powstania chro-mosomów 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 za-kończeń chromosomów i wznowienie proliferacji (Ryc. 1). Pomimo aktywnej telomerazy, telomery w komórkach no-wotworowych pozostają krótkie i mogą przyczyniać się w dalszych etapach procesu nowotworzenia do zwiększonej niestabilności komórek unieśmiertelnionych [2]. Wykaza-no również, że komórki niektórych nowotworowów są w stanie odbudowywać zakończenia telomerów wykorzystu-jąc tzw. mechanizm ALT (ang. alternative lengthening of te-lomeres) niewymagający aktywności telomerazy [3]. Bezpo-średnich dowodów świadczących o tym, że stała aktywność telomerazy sprzyja powstawaniu nowotworów dostarczyły doświadczenia prowadzone na myszach Terc-/-. W przeci-wieństwie do człowieka, komórki somatyczne gryzoni mają aktywną telomerazę, która chroni długie odcinki telome-rowe przed skracaniem, choć jednocześnie sprzyja nowo-tworzeniu. Usunięcie z komórek mysich genu kodującego podjednostkę RNA telomerazy skutkuje mniejszą zapadal-nością myszy Terc -/- na nowotwory skóry [4] podczas gdy nadekspresja podjednostki katalitycznej mTERT przyczynia się do częstszego występowania raka sutka [5]. Warto jed-nak 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 wywo-dzące się z tkanki nabłonkowej skóry, sutka oraz przewodu pokarmowego. Nowotwory te charakteryzowały się licz-nymi aberracjami chromosomowymi, które obserwowane były tylko w przypadku, gdy w komórkach mysich pozba-wionych p53 dochodziło do skracania telomerów spowodo-wanych brakiem telomerazy [6].

Starzenie replikacyjne związane ze skracaniem telome-rów jest bez wątpienia procesem, który może stanowić ba-rierę chroniącą przed unieśmiertelnieniem komórek prawi-dłowych. Przełamanie tej bariery wiąże się z indukcją nie-stabilności chromosomalnej, która z jednej strony prowadzi do śmierci komórek, które uniknęły starzenia, a z drugiej umożliwia reaktywację telomerazy i nieograniczoną proli-ferację nielicznym komórkom. W ten sposób dochodzi do powstania komórek unieśmiertelnionych, a proces ten jest pierwszym etapem kancerogenezy prowadzącym do po-wstania zaawansowanych nowotworów.

ONKOGENY I GENY SUPRESOROWE NOWOTWORU W INDUKCJI STARZENIA KOMÓRKOWEGO

Blisko 20 lat temu Manuel Serrano i wsp. [7] opublikowa-li 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 eks-presją białek p53 oraz inhibitora kinazy zależnej od cykli-ny, białka p16INK4A (p16). Co więcej, komórki te miały sze-reg cech, które świadczyły o tym, że uległy one starzeniu.

Proces ten został nazwany starzeniem indu-kowanym onkogenami (OIS, ang. Oncogene Induced Senescence). Pomimo, iż w trakcie indukcji starzenia onkogenem Ras nie do-chodzi 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 ge-neruje silny sygnał do proliferacji i hiperre-plikacji. W efekcie dochodzi do zaburzeń w procesie syntezy DNA (stres replikacyjny) i uszkodzeń DNA. Zahamowanie aktywno-ści kinazy ATM, jednej z kluczowych dla funkcjonowania DDR, skutecznie uniemoż-liwiało indukcję starzenia onkogenem [8].

W przeciwieństwie do ekspresji onko-genu Ras w komórkach prawidłowych, ekspresja tego onkogenu w komórkach unieśmiertelnionych prowadzi do transfor-macji nowotworowej. Jest to możliwe dzięki współdziałaniu onkogenu Ras z innymi on-kogenami obecnymi w komórce unieśmier-telnionej, takimi jak np. onkogen c-Myc lub współwystępowaniu mutacji prowadzą-cych do zmian w syntezie białek kluczo-

Rycina 1. Wykres ilustrujący wzrost prawidłowych komórek w hodowli. Liczba podwojeń populacji od-zwierciedla 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 zatrzy-maniem wzrostu komórek w hodowli. Reaktywacja telomerazy w bardzo rzadkich przypadkach może prowadzić do unieśmiertelnienia komórki i wznowienia jej nieograniczonej proliferacji .


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 Ser-rano pozwoliły na sformułowanie hipotezy, że starzenie ko-mórkowe 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 nowo-tworowych oraz ich brak w nowotworach pochodzących z późniejszych etapów kancerogenezy. Najbardziej spek-takularnym 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 pro-gresji choroby nowotworowej i powstawania czerniaka [11].

Rolę starzenia komórkowego indukowanego onkogena-mi, jako procesu o znaczeniu przeciwnowotworowym, po-twierdziły w sposób bezpośredni doświadczenia przepro-wadzone na mysich modelach. Wykorzystano w tym celu myszy transgeniczne Eμ-N-Ras, w których dzięki zastoso-waniu 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 sugero-wały, że to właśnie Suv39h1 jest odpowiedzialna za two-rzenie ognisk heterochromatyny związanej ze starzeniem (SAHF, ang. Senescence Associtaed Heterochromatin Foci) i od-grywa kluczową rolę w tym procesie [12]. U myszy pozba-wionych ekspresji genów kodujących białka biorące udział w indukcji procesu starzenia dochodziło do szybkiego roz-woju chłoniaków o wysokim stopniu złośliwości podczas gdy myszy transgeniczne Eμ-N-Ras o niezmienionym po-ziomie białek p53 i Suv39h1 zapadały na nowotwory pocho-dzenia nielimfoidalnego w późniejszym wieku [13].

Obecność starych komórek występujących na wcze-snych 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 mode-le eksperymentalne, w których niski poziom ekspresji Ras stymulował proliferację komórek, prowadząc do łagod-nych 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 pozio-mu jego ekspresji.

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 ge-nów supresorowych nowotworu może również prowadzić do starzenia komórkowego. Jednym z pierwszych mode-li eksperymentalnych, w których wykazano taką właśnie zależność, były myszy pozbawione białka Pten, w których dochodziło do pojawienia się łagodnych zmian nowotworo-wych w prostacie (PIN, ang. prostate intraepithelial neoplasia). W obrębie tych zmian nowotworowych wykazano obecność komórek z podwyższoną aktywnością SA-β-gal oraz pod-wyższony poziom białka p19ARF (p19). Białko p19 stabilizuje p53, prowadząc do podwyższenia jego poziomu i zwiększo-nej ekspresji jego genu docelowego, CDKN2A, kodującego inhibitor kinazy zależnej od cyklin, p21. Gdy myszy pozba-wiono możliwości produkcji zarówno białka Pten jak i p53, zaobserwowano gwałtowną progresję nowotworu prowa-dzącą 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 cho-roby [19].

Indukcja starzenia spowodowana utratą genu supreso-rowego nowotworu, jakim jest Pten, określana w literatu-rze często PICS (ang. Pten — loss induced cellular senescence), różni się dość znacznie od starzenia indukowanego onko-genami. Wykazano bowiem, że w przeciwieństwie do sta-rzenia indukowanego onkogenem Ras, w przypadku PICS nie obserwuje się hiperproliferacji i związanej z nią hiper-replikacji, 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 obserwo-wany 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 no-wotworów. Mutacja w genie kodującym białko NF1 (neu-rofibromina 1), będące aktywatorem białka Ras, prowadzi do starzenia ludzkich fibroblastów. Ponadto stwierdzono obecność komórek starych w łagodnych nowotworach wy-izolowanych ze skóry pacjentów cierpiących na włókniako-nerwiakowatość — chorobę spowodowaną mutacją w genie NF1. Z kolei mutacja genu supresorowego nowotworu VHL (ang. Von Hippel-Lindau) u myszy, przyczyniała się do in-dukcji 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. Pod-wyższony poziom p27 prowadził z kolei do aktywacji biał-


ka pRb i w efekcie do trwałego zahamowania proliferacji. Co ciekawe, o ile utrata genu VHL może prowadzić do sta-rzenia 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 wy-padku brak białka pRb powodował zwiększoną aktywność onkogenu N-ras. W modelu in vivo wykazano, że starzenie komórek tarczycy związane z utratą pRb zapobiegało roz-wojowi 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 za-awansowanych stadiach choroby. Klasycznym przykładem przemawiającym za tym jest ekspresja onkogenu c-Myc. Białko c-Myc jest czynnikiem transkrypcyjnym, który bie-rze udział w regulacji tak istotnych dla funkcjonowania ko-mórki procesów jak proliferacja, różnicowanie, metabolizm, synteza DNA i białek oraz angiogeneza [23]. Nadekspresja c-Myc jest powszechnie rozpoznawana w wielu typach no-wotworów człowieka i wiąże się z nieprawidłową regula-cją jego genów docelowych, co skutkuje zaburzeniami w procesie różnicowania i nieograniczoną proliferacją typo-wą dla komórek nowotworowych. Wu i wsp. [24] podjęli badania roli onkogenu c-Myc w procesie nowotworzenia, wykorzystując do tego celu myszy z komórkowo-specyficz-ną 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 in-aktywacja c-Myc prowadzi do starzenia komórek nowotwo-rowych i regresji nowotworów.

O ile inaktywacja onkogenu c-Myc prowadzi do starze-nia komórek nowotworowych, o tyle aktywacja genów su-presorowych nowotworu może wywierać podobny efekt w przypadku gdy pojawi się ona na późnych etapach kance-rogenezy. 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 wątrobo-wokomórkowych odpowiedzialne było starzenie komórko-we. Zmniejszenie wielkości guzów następowało w wyniku usuwania komórek starych przez infiltrujące tkankę nowo-tworową 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 odgry-wają zarówno onkogeny jak geny supresorowe nowotworu jest obecnie powszechnie uznanym procesem komórko-wym, który stanowi barierę przeciwnowotworową. Dowio-dły tego w sposób bezpośredni doświadczenia prowadzone

na mysich modelach eksperymentalnych. Badania prowa-dzone również na materiale pochodzącym od ludzi po-twierdzają, 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 kanceroge-nezy 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 zaskocze-niem 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 ulega-ją tzw. starzeniu przyspieszonemu indukowanemu stresem (SIPS, ang. Stress Induced Premature Senescence). Stare komór-ki nowotworowe identyfikuje się w oparciu o te same mar-kery, 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.

Rycina 2. Zaburzenia ekspresji onkogenów i genów supresorowych nowotwo-rów oraz ich konsekwencje. Biorąc pod uwagę wpływ na indukcję procesu sta-rzenia w trakcie kancerogenezy, geny supresorowe nowotworu mogą być po-dzielone 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 gru-py sprzyja progresji nowotworu, zmodyfikowano wg [18].


Pionierskie doświadczenia przeprowadzone przez ze-spół 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. Sto-sunkowo najmniej efektywne w indukcji procesu starzenia były związki zaburzające powstanie wrzeciona podziałowe-go takie jak Taxol czy winkrystyna. Co więcej, autorzy wy-kazali, że doksorubicyna jest skuteczna w indukcji starzenia w komórkach linii nowotworowych o różnym pochodzeniu np. wyprowadzonych z raka jelita grubego, włókniakomię-saka, raka piersi, prostaty, krtani, pęcherza czy glejaka [28], co wskazuje na uniwersalność tego procesu. Tym, co wyda-je się szczególnie istotne w przypadku obserwacji poczynio-nych przez Chang’a i wsp. [28] i zostało potwierdzone przez wielu innych badaczy jest fakt, że indukcja starzenia w ko-mórkach nowotworowych jest możliwa przy zastosowaniu dużo niższych stężeń niż te, które są potrzebne do wywoła-nia śmierci komórki. Komórki nowotworowe można rów-nież wprowadzić na drogę starzenia poprzez manipulacje genetyczne prowadzące do nadekspresji genów kodujących białka, które biorą udział w hamowaniu cyklu komórkowe-go. 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 rodzi-ny. Starzeniu ulegały również komórki nowotworowe, do których wprowadzono geny kodujące aktywne formy kinaz

RAF-1 i MKK (kinazy aktywującej kinazy z rodziny MAP) oraz poddanych działaniu czynników różnicujących np. po-chodnych 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 biał-ka kluczowe w starzeniu komórek prawidłowych (np. p53, p16 czy pRb), które bardzo często występują w nowotwo-rach, 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]. Do-datkowe 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 komór-kowych pozbawionych białka p53 — linia Saos-2 kostnia-komięsaka 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

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 NrasG12V 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

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


być zaangażowane w proces starzenia komórek nowotwo-rowych.

Badania prowadzone na tkankach nowotworowych po-branych od pacjentów poddanych chemioterapii dowodzą, że starzenie komórek nowotworowych jest indukowane także w trakcie standardowo stosowanej terapii przeciwno-wotworowej [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 skutecz-ność. W tym celu posłużono się myszami transgenicznymi (Eµ-myc), w których dzięki komórkowo specyficznej eks-presji onkogenu Myc dochodziło do rozwoju chłoniaków. W wyniku zastosowanej chemioterapii dochodziło do in-dukcji apoptozy komórek nowotworowych, zmniejszeniu rozmiaru guza i zwiększonej przeżywalności zwierząt trak-towanych. Nadekspresja genu kodującego białko antyapop-totyczne Bcl2 u myszy Eµ-myc poddanych chemioterapii prowadziła do indukcji starzenia komórek nowotworo-wych, 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 chemiote-rapeutyków [36].

Podsumowując, starzenie komórek nowotworowych jest procesem, który może być indukowany w trakcie stosowa-nej 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 stop-niu przyczynić się do opracowania nowych strategii tera-peutycznych. Lepsze poznanie molekularnych procesów, prowadzących do trwałego zahamowania proliferacji ko-mórek na poszczególnych etapach rozwoju nowotworów związanych z różnego typu mutacjami, daje szansę opra-cowania nowych związków o charakterze terapeutycz-nym. Coraz częściej w poszukiwaniu związków o poten-cjalnym pro-starzeniowym efekcie działania na komórki nowotworowe wykorzystuje się założenia koncepcji na-zywanej 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, któ-re 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 pozbawio-ne określonych mutacji obecnych w nowotworach pozo-staną niewrażliwe na działanie związku terapeutyczne-go. Dobrym przykładem takiej strategii, którą można by określić mianem ‘sztucznie wywołanego starzenia’ (ang. synthetic senescent interaction) na wzór „sztucznie wywo-łanej śmiertelności”, jest wpływanie na aktywność białek zaangażowanych bezpośrednio w regulację cyklu komór-kowego.

Kinazy zależne od cyklin są enzymami, których aktyw-ność warunkuje przechodzenie przez kolejne fazy cyklu komórkowego. W komórkach nowotworowych, które in-tensywnie 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 wska-zują, że wykorzystanie chemicznych inhibitorów kinaz za-leżnych od cyklin w leczeniu nowotworów o określonym tle genetycznym, może dać pozytywne wyniki. Świadczą o tym doświadczenia prowadzone na myszach z nadekspre-sją onkogenu c-Myc oraz takich, które dodatkowo były po-zbawione 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 starze-nia 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 (CVT-313 i CVT-2584), które bez wątpienia mogłyby być wyko-rzystane w terapii. Podobne wyniki uzyskano obierając za cel kinazę Cdk4. Inaktywacja genu kodującego cyklinę Cdk4 wywołuje starzenie komórek gruczolakoraka płuc in-dukowanego 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 ak-tywności ligazy ubikwitynowej E3. Kinaza Skp2 jest zaan-gażowana w degradację białka p27 (inhibitor kinaz zależ-nych 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 przeżywal-ność 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) pro-wadziło do indukcji starzenia komórek in vitro i hamowało rozwój nowotworów.

Aktywacja onkogenów lub inaktywacja genów supreso-rowych 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 zro-dziła się koncepcja wykorzystania związków chemicznych do ukierunkowanego działania na poziomie tej grupy bia-łek. Przykłady opisane wcześniej w tej pracy dowodzą, że utrata jednego allelu genu Pten (Pten-/+) sprzyja rozwo-jowi nowotworów prostaty, podczas gdy całkowita utrata jego ekspresji (Pten-/-) prowadzi do indukcji starzenia na


wczesnych etapach rozwoju nowotworu [18]. Zastosowanie związku hamującego aktywność fosfatazy Pten u myszy Pten-/+ prowadziło do krótkotrwałej hiperaktywacji kina-zy AKT hamowanej przez Pten i jej substratu białka mTOR. W efekcie dochodziło do wzrostu poziomu białka p53 i in-dukcji starzenia w komórkach raka prostaty. Co ważniejsze, związek ten nie miał istotnego wpływu na poziom aktyw-ności Pten w komórkach prawidłowych, w których ekspre-sja tego genu supresorowego nowotworu była na wyższym poziomie niż w komórkach nowotworowych [20].

Jednym z białek, którego aktywność zwiększa efektyw-ność indukcji procesu starzenia w komórkach nowotworo-wych jest p53. Modulowanie jego poziomu lub aktywności wydaje się być obiecującym celem terapeutycznym. Choć mutacja w genie Tp53 jest bardzo rozpowszechniona w róż-nych 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 prze-syłania sygnału zależnych od p53. Innym przykładem od-działywania na p53 jest zastosowanie związków takich jak nutlina, które uniemożliwiają oddziaływanie białka Mdm2 z p53, w wyniku której białko p53 ulega proteosomalnej degra-dacji. Zatem nutlina prowadzi do akumulacji p53 w komórce. Ponieważ szereg nowotworów charakteryzuje się zwiększo-ną syntezą Mdm2, wydaje się, że zastosowanie związków działających tak jak nutlina mogłoby prowadzić do aktywa-cji ścieżek zależnych od p53 i prowadzących do starzenia i apoptozy [42]. Dowodów potwierdzających tę hipotezę do-starczyła niedawno opublikowana praca, której autorzy wy-kazali, 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

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 PRIMAEllipticine

faza Ibadania przedkliniczne

Inhibitory cyklinozależnych kinaz CDKFlavopiridiolUCN-01CYC202

faza I/IIfaza I/IIfaza I/II

Inhibitory onkogenu Myc 10058-F4 badania przedkliniczne

Inhibitory genu supresorowego nowotworu PTEN VO-OHpic badania przedkliniczne

Inhibitory telomerazy GRN163L faza I/II

Rycina 3. Udział starzenia komórkowego w kancerogenezie i terapii przeciwnowotworowej.


starzenia komórkowego związanego ze skracaniem telo-merów, a myszy Terc-/- charakteryzują się mniejszą zapa-dalnością na nowotwory [4]. Dlatego też zainteresowanie badaczy skierowało się na poszukiwanie farmakologicz-nych 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 aktual-nie zaawansowanym już próbom klinicznym [44]. Efektem tak działających związków może być indukcja śmierci zwią-zanej z zaburzeniami rozdziału chromosomów lub starze-nie komórkowe. Tabela 3 przedstawia potencjalne związki przeciwnowotworowe, które działają poprzez indukcję starzenia komórkowego [71], a rycina 3 przedstawia udział starzenia komórkowego w hamowaniu rozwoju nowotwo-ru 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 bia-łek, 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 kilku-set różnych białek, które odgrywają rolę w takich procesach jak stan zapalny, przebudowa macierzy zewnątrzkomórko-wej, 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 cho-rób wieku podeszłego poprzez promowanie chronicznego stanu zapalnego na niskim poziomie3. Do chorób tych na-leżą również nowotwory, w progresji których udział proce-sów zapalnych został dowiedziony [47].

Choć starzenie komórkowe od kilkudziesięciu lat było postrzegane jako proces, który chroni organizm przed roz-wojem nowotworu, to badania przeprowadzone w 2001 roku przez zespół Judith Campisi [48] po raz pierwszy pod-dały w wątpliwość ten do tej pory niepodważalny dogmat. W doświadczeniach prowadzonych in vitro wykazano, że stare fibroblasty stymulują proliferację zarówno unieśmier-telnionych komórek nabłonkowych, jak i komórek nowo-tworowych raka piersi. Efekt ten był obserwowany nawet wtedy, gdy odsetek komórek starych w populacji fibrobla-stów wykorzystanych do doświadczeń był bardzo niewielki (ok. 10%). Świadczy to o tym, że tkanka, w której, jak wy-nika z badań prowadzonych na materiale pochodzącym od ludzi i zwierząt [49], odsetek komórek starych jest podobny, może stanowić dogodne mikrośrodowisko do rozwoju no-3Tematyka 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.

wotworu, jeżeli tylko pojawią się w niej komórki na wcze-snych etapach transformacji nowotworowej. Dalsze bada-nia prowadzone na zwierzętach potwierdziły również, że komórki stare stymulują progresję nowotworu [49,50]. Ele-menty 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 metalo-proteinazę macierzy zewnątrzkomórkowej 3 (MMP3), któ-ra zwiększa inwazyjność komórek nowotworowych [52], VEGF, który promuje tworzenie nowych naczyń krwiono-śnych 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, jeże-li uświadomimy sobie, że powszechnie stosowana chemio- i radioterapia może, oprócz eliminacji komórek nowotworo-wych, prowadzić również do uszkodzeń DNA w komór-kach zdrowej tkanki. Biorąc pod uwagę fakt, że uszkodze-nia DNA i aktywacja DDR są odpowiedzialne zarówno za proces starzenia jak i SASP, uzasadnione wydaje się przy-puszczenie, że paradoksalnie, lecząc chorobę nowotworo-wą stwarzamy jednocześnie środowisko, które sprzyja jej rozwojowi [53].

Nie zawsze jednak czynniki wydzielane przez komórki stare mają tak niepożądany wpływ na otoczenie. Wykaza-no 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 autokryn-nie i wzmacniają proces starzenia indukowany onkogenem BRAF w fibroblastach zapobiegając ich transformacji no-wotworowej [46,54,55]. Podobne działanie ma chemokina GROα, która indukowała starzenie w fibroblastach zrębu. W tym jednak przypadku autorzy pracy dowiedli, że fibro-blasty, które uległy starzeniu pod wpływem GROα pro-mowały transformację nowotworową unieśmiertelnionych komórek nabłonkowych jajnika, powodując szybszy wzrost guzów in vivo [56]. Przykład ten doskonale ilustruje, jak bar-dzo 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 oddziaływa-nie 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 prenowotworo-wych [57] oraz nowotworowych [58]. Wykazano, że u my-szy 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 pre-nowotworowych komórek ulegających starzeniu. Ponadto stwierdzono, że upośledzenie odpowiedzi układu odporno-


ściowego prowadzi do rozwoju raka wątrobowokomórko-wego u zwierząt z nadekspresją onkogenu Ras w wątrobie [57]. Analogicznie, indukcja starzenia w komórkach nowo-tworowych guza prowadziła, za pośrednictwem SASP, do aktywacji wrodzonej odpowiedzi układu odpornościowe-go, co skutkowało eliminacją komórek starych i zmniejsze-niem guza [58].

Na rycinie 4 przedstawiono schematycznie wpływ czyn-ników wydzielanych przez komórki ulegające starzeniu na komórki nowotworowe [59].

Modulowanie fenotypu sekrecyjnego komórek starych poprzez wpływanie na jego poszczególne komponenty jest bardzo atrakcyjną i potencjalnie łatwą do zastosowania stra-tegią terapeutyczną. Do tej pory, nie udało się jednak opra-cować takich działań, które wykorzystywałyby SASP do walki z nowotworem.

CZY STARZENIE KOMÓREK NOWOTWOROWYCH JEST NIEODWRACALNE?

Odpowiedź na pytanie postawione w tytule tej części artykułu ma krytyczne znaczenie, jeżeli chcemy wykorzy-stywać ten proces w nowych, ukierunkowanych strategiach terapeutycznych. Jest ono równoznaczne z pytaniem czy stara komórka nowotworowa jest komórką „bezpieczną” dla organizmu? Badania dotyczące fenotypu sekrecyjnego i jego potencjalnej roli w procesie kancerogenezy zrodziły wątpliwości czy starzenie komórkowe jest zawsze sprzy-mierzeńcem w walce z nowotworem. Warto też się zasta-nowić czy można postawić znak równości pomiędzy starą komórką prawidłową a starą komórką nowotworową? Wiadomo przecież, że w trakcie procesu transformacji no-

wotworowej, komórki w skutek różnych mutacji nabywają nowych cech, które pozwalają im między innymi na uniknięcie limitu Hayflika. Czy zatem sta-rzenie indukowane terapią przeciwnowotworową może na stałe zatrzymywać proliferację komórek no-wotworowych?

Istnieje dowody świadczące o tym, że starzenie może być odwracalne. Doświadczenia prowadzone na komórkach prawidłowych pokazały, że zahamo-wanie ekspresji genów kodujących takie białka jak p53, Rb1 czy p16 prowadzi do wznowienia prolifera-cji komórek starych [60-62]. Badania prowadzone w Pracowni Molekularnych Podstaw Starzenia dowio-dły, że podobnie jak komórki prawidłowe, również komórki nowotworowe mogą odzyskać zdolność do podziałów. Wykazaliśmy mianowicie, że starzeniu komórek nowotworowych indukowanemu dokso-rubicyną towarzyszy wzrost niestabilności genomo-wej. Pod wpływem doksorubicyny komórki przesta-wały się dzielić, ale ulegały poliploidyzacji. Z cza-sem obserwowano pojawianie się komórek zdolnych do proliferacji, które uniknęły starzenia. Przeprowa-dzone przez nas obserwacje pozwalają przypusz-czać, że powstały one w wyniku podziału komórek poliploidalnych ulegających starzeniu [31]. Podobne wyniki uzyskał Puig i wsp., którzy prowadząc bada-nia na nowotworach w modelu mysim wykazali, że zastosowanie chemioterapii prowadzi do pojawiania

się komórek poliploidalnych, czemu towarzyszy starzenie komórek nowotworowych. W warunkach hodowli in vitro niektóre poliploidalne komórki dzieliły się dając początek komórkom potomnym, które dzięki temu uniknęły starze-nia i odzyskały potencjał replikacyjny [63,64].

Otwartym pozostaje pytanie dotyczące molekularnego mechanizmu prowadzącego do ucieczki przed starzeniem komórek nowotworowych. Jednym z proponowanych jest deregulacja ekspresji genu lub syntezy kinazy zależnej od cyklin 2 (Cdk1), która jest odpowiedzialna za wejście ko-mórek w mitozę. Wykazano, że klony komórek raka płuc [65] oraz raka piersi [66], które uniknęły starzenia, miały podwyższony poziom tej kinazy. Dalsze badania pozwoliły na wykazanie, że substratem kinazy Cdk1, który jest odpo-wiedzialny za uniknięcie procesu starzenia komórek nowo-tworowych jest surwiwina [67]. Białko to należy do grupy białek będących inhibitorami apoptozy (IAP, ang. Inhibitor of Apoptosis Protein), a ponadto odgrywa istotną rolę w re-gulacji procesu mitozy zarówno na etapie segregacji chro-mosomów jak i cytokinezy. Dlatego też jego podwyższony poziom chroni komórki przed śmiercią i zarazem promuje ich proliferację [68]. Doświadczenia Wang’a wykazały, że klony komórek, które uniknęły starzenia miały podwyż-szony poziom zarówno kinazy Cdk1 jak i surwiwiny w po-równaniu z komórkami, w których indukowano starzenie. Zablokowanie, poprzez wykorzystanie specyficznego pep-tydu, fosforylacji surwiwiny przez kinazę Cdk1 uniemoż-liwiało wznowienie proliferacji komórkom ulegającym sta-rzeniu [67]. Podwyższony poziom surwiwiny niesie ze sobą jeszcze jedno niebezpieczeństwo, a mianowicie zwiększoną oporność na chemioterapeutyki. A zatem komórki, które uniknęły starzenia w efekcie zwiększonej syntezy surwiwi-

Rycina 4. Pozytywny i negatywny wpływ czynników wydzielanych przez komórki ulegające starzeniu na wzrost nowotworu, zmodyfikowano wg [59].


ny mogą być bardziej oporne na terapię. Takie przypuszcze-nie potwierdziły doświadczenia Puig’a i wsp. [63]. Stwier-dził 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 efektyw-nej walki z nowotworem, to jednak w pewnych okoliczno-ściach daje szansę komórkom nowotworowym na wzno-wienie 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 postę-powania, który pozwoliłby na osiągnięcie tego celu. Bada-cze, opierając się na wykorzystywanym we wcześniejszych pracach modelu starzenia komórek chłoniaka indukowane-go chemioterapeutykiem in vivo dowiedli, że stare komórki nowotworowe mają zmieniony metabolizm. Charakteryzu-ją 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 powsta-wania 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 pra-cy to wykazanie, że zahamowanie zarówno procesu gliko-lizy, jak i autofagii, prowadzi do śmierci starych komórek nowotworowych. Na podstawie tych doświadczeń autorzy zaproponowali, że działanie na metabolizm komórek no-wotworowych ulegających starzeniu umożliwia ich selek-tywną eliminację [69].

PODSUMOWANIE

Trwające od lat badania dotyczące molekularnych me-chanizmów prowadzących do starzenia komórkowego, jak i znaczenia tego procesu w organizmie, pozwoliły na wyka-zanie niekwestionowanej jego roli jako bariery w rozwoju nowotworu oraz jako sprzymierzeńca terapii przeciwnowo-tworowej. Zgromadzona wiedza pozwala na projektowanie związków o charakterze terapeutycznym, które na różnych etapach kancerogenezy mogłyby w sposób selektywny pro-wadzić do starzenia komórkowego. Starzenie komórkowe może być postrzegane jako proces działający jak miecz obo-sieczny, który z jednej strony przeciwdziała rozwojowi no-wotworu, a z drugiej sprzyja jego wzrostowi. Wydaje się, że jednym z głównych graczy decydującym o efektach starze-nia komórkowego jest fenotyp sekrecyjny komórek starych. Dlatego też opracowywaniu nowych strategii terapeutycz-nych wykorzystujących proces starzenia musi towarzy-szyć wnikliwa analiza efektów tych terapii w zależności od rodzaju nowotworu i jego genotypu. Aby móc skutecznie

implementować wiedzę zdobytą na podstawie badań pro-wadzonych 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 nowotworo-wą 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 okręż-nicy koreluje z dłuższą przeżywalnością pacjentów podda-nych chemioterapii.

Wydaje się, że najbliższe lata powinny przynieść wy-mierny i potwierdzony badaniami klinicznymi efekt zgro-madzonej od lat wiedzy, która zaowocuje opracowaniem nowych strategii terapeutycznych wykorzystujących proces starzenia komórkowego.

PIŚMIENNICTWO1. Bodnar AG, Ouellette M, Frolkis M, Holt SE, Chiu CP, Morin GB, Har-

ley 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 can-cer. Semin Cancer Biol. 21: 5349-5317

3. Cesare AJ, Reddel RR (2010) Alternative lengthening of telomeres: mo-dels, mechanisms and implications. Nat Rev Genet 11: 319-330

4. González-Suárez E, Samper E, Flores JM, Blasco MA (2000) Telomera-se-deficient mice with short telomeres are resistant to skin tumorige-nesis. 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 carci-nomas 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) Onco-genic ras provokes premature cell senescence associated with accumu-lation 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, Pelic-ci 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 inhi-bitors 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 for-mation and silencing of E2F target genes during cellular senescence. Cell 113: 703-716

13. Braig M, Lee S, Loddenkemper C, Rudolph C, Peters AH, Schlegelber-ger B, Stein H, Dörken B, Jenuwein T, Schmitt CA (2005) Oncogene--induced senescence as an initial barrier in lymphoma development.Nature 436: 660-665


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

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

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, Kout-cher JA, Scher HI, Ludwig T, Gerald W, Cordon-Cardo C, Pandolfi PP (2005) Crucial role of p53-dependent cellular senescence in suppres-sion 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, Woschol-ski 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: 681-693

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, Oka-moto T, Takahashi C (2009) Rb Regulates DNA damage response and cellular senescence through E2F-dependent suppression of N-ras iso-prenylation. 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 re-gression upon c-Myc inactivation. Proc Natl Acad Sci USA 104: 13028-13033

25. Ventura A, Kirsch DG, McLaughlin ME, Tuveson DA, Grimm J, Lin-tault 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 clear-ance 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, Kan-del ES, Lausch E, Christov K, Roninson IB (1999) A senescence-like phenotype distinguishes tumor cells that undergo terminal prolifer-ation arrest after exposure to anticancer agents. Cancer Res 59: 3761-3767

29. Roninson IB (2003) Tumor cell senescence in cancer treatment. Cancer Res 63: 2705-2715

30. Roninson IB, Dokmanovic M (2003) Induction of senescence-associat-ed 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, Magals-ka A, Szczepanowska J, Fronk J, Sikora E (2009) Induction of senes-cence 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 induc-es permanent growth arrest of human colon cancer cells: link between senescence and autophagy. Mech Ageing Dev 133: 444-455

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 pro-liferation arrest induced in human tumor cells by chemotherapeutic drugs. Oncogene 18: 4808-4818

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

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 p16IN-K4a 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 inhi-bitors 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 be-tween 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-Feldste-in 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 path-way in cancer. Cell Death Differ 13: 921-926

43. Luo H, Yount C, Lang H, Yang A, Riemer EC, Lyons K, Vanek KN, Si-lvestri 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 phe-notypes 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-indu-ced 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) Se-nescent fibroblasts promote epithelial cell growth and tumorigenesis: a link between cancer and aging. Proc Natl Acad Sci USA 98: 12072-12077

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 no-vel 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 phe-notypes 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) Require-ment of MMP-3 in anchorage-independent growth of oral squamous cell carcinomas. J Oral Pathol Med 36: 430-435


The role of cellular senescence in carcinogenesis and antitumor therapyGrażyna Mosieniak, Anna Strzeszewska

Laboratory of Molecular Bases of Aging, Nencki Institute of Experimental Biology, 3 Pasteura St., 02-093 Warsaw, Polande-mail: [email protected]

Key words: cellular senescence, cancer, oncogene, tumor suppressor, antitumor therapy

ABSTRACTCellular 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 prog-ress 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 ther-apy. 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 stim-ulation 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 in-fluence of the senescent cells on the microenvironment, requires careful monitoring the effects of pro-senescent therapies in each case.

53. Gordon RR, Nelson PS (2012) Cellular senescence and cancer chemo-therapy 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) Chemo-kine signaling via the CXCR2 receptor reinforcessenescence. Cell 133: 1006-10018

55. Wajapeyee N, Serra RW, Zhu X, Mahalingam M, Green MR (2008) On-cogenic BRAF induces senescence and apoptosis through pathways mediated by the secreted protein IGFBP7. Cell 132: 363-374

56. Yang G, Rosen DG, Zhang Z, Bast RC Jr, Mills GB, Colacino JA, Mer-cado-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

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, Schir-macher 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 clear-ance 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 fibro-blasts through lentiviral suppression of p53. J Biol Chem 278: 11731-11734

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

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

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 en-doreduplication 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

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

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

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 regu-lator 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) Syn-thetic lethal metabolic targeting of cellular senescence in cancer thera-py. 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-senes-cence therapy for cancer treatment. Nat Rev Cancer 11: 503-511

Rola starzenia komórkowego w kancerogenezie i terapii ... · Gen kodujący białko, którego...

Documents

Transcript of Rola starzenia komórkowego w kancerogenezie i terapii ... · Gen kodujący białko, którego...