Статья опубликована в №36 (август) 2016
Разделы: Медицина
Размещена 28.06.2016. Последняя правка: 17.09.2016.
Просмотров - 2579

ОСОБЕННОСТИ БАКТЕРИАЛЬНОГО ГЕНЕТИКО-ЭПИГЕНЕТИЧЕСКОГО КАНЦЕРОГЕНЕЗА, АССОЦИИРОВАННОГО С HELICOBACTER PYLORI

Кованова Эльвира Николаевна

канд.мед.наук, доцент

Тернопольский медуниверситет

доцент кафедры

Климнюк С.И., доктор медицинских наук, профессор,заведующий кафедры; Творко М.С., кандидат медицинских наук, доцент, кафедра микробиологии, вирусологии и иммунологии, Тернопольский государственный медуниверситет им. И.Я. Горбачевского

 УДК  575:616-006-092.18-06:616.33-008.97:579.835.12

Не смотря на то, что раковые заболевания относят к генетическим болезням человека и   Helicobacter pylori является канцерогеном 1 класса, при хеликобактерной малигнизации  до сих пор не  выявлены классические  генетические пути канцерогенеза, обусловленные изменением последовательности нуклеотидов ДНК. В то же время  экспериментами, преимущественно, японских исследователей [1-7, c.2] показано, что под влиянием  СаgА  (продукт онкогена саgА бактерии)  наблюдаются нарушения цитоскелета клеток с утратой полярности, изменением  подвижности, нарушением контактного торможения  характерные для «раннего рака». Онкопротеин СаgА индуцирует ЕМТ, эпидермально-мезенхимальную трансформацию клеток [8, c.2].

Непосредственно под влиянием СаgА формируется «колибри фенотип», и развиваются опухоли желудка у трансгенных белых мышей [9, 15, c.2].  Описаны также другие генетические элементы бактерии, которые ассоциируются с канцерогенезом  H. pylori, в том числе  онкогены  vacA, babA2, аллели  vacA  s1 m1 i1 [10-12, c.2].

Однако до  настоящего времени остается невыясненным вопрос о тонких механизмах  хеликобактерного канцерогенеза, в частности о том, каким образом  бактерия может индуцировать дистальную аденокарциному желудка и МАLТ лимфому[13, c. 2]. Выяснение этого вопроса могло бы способствовать выявлению факторов риска развития хеликобактерного канцерогенеза, а также коррекции аберрантных изменений в профилактике и лечении канцерогенных хеликобактериозов.

На основании анализа результатов исследования генетического потенциала   H. pylori  и обусловленных отдельными детерминантами предраковых изменений цитоскелета клеток, ассоциированных с тирозинкиназным фосфорилированием, а также,  анализируя  корреляцию детерминант бактерии у пациентов с аденокарциномой желудка, нам удалось выявить новый генетико-эпигенетический путь канцерогенеза,  в котором  прослеживается непосредственная связь    малигнизации с онкогенами бактерии.

При генетико-эпигенетическом пути канцерогенеза,  подтвержденном  эксперментальными исследованиями in vitro  in vivo [1-13, c.3]   под влиянием  этих генов бактерии  продуцируются протеины СаgА и VacA, которые при внутриклеточном тирозинкиназном  фосфорилировании   вызывают избыточное активирование тирозинкиназ клетки и, как результат, развивается туморогенез.

Инициация канцерогенеза при этом детерминируется онкогенами бактерии, локализованными вне клетки-хозяина, а искажение  тирозинкиназного фосфорилирования под  влиянием онкобелка СаgА (продукта онкогена саgА) и уникального цитотоксина – белка  VacA (продукт  онкогена vacА)  происходит внутри эпителиальных клеток желудка. В отличие от вирусного канцерогенеза онкогены бактерии не интегрируют в хромосомы клетки.

Как оказалось, при бактериальном и вирусном  канцерогенезе сохраняются одинаковые принципы малигнизации клетки-хозяина, ассоциированные с генетическим потенциалом соответствующего биологического фактора канцерогенности  в виде онкогенов. Однако при генетико-эпигенетическом пути имеет место и ряд особенностей, которые проявляются  фенотипически, а некоторые из них  не наблюдались ранее в случаях канцерогенеза.

Молекулярный   механизм  фосфорилирования с избыточной активацией  тирозинкиназ при хеликобактерном канцерогенезе, по существу,  оказался  аналогичным  уже  известному вирусному -  с безудержной продукцией тирозинкиназ, открытый в свое время T.Hunter и  В. Sefton [14, c. 3] . В обоих случаях имеет место проявление «дозового эффекта», обусловленного  гиперактивацией и гиперпродукцией  тирозинкиназ соответственно.

Генетико-эпигенетический путь  впервые  инициируется и индуцируется  полифункциональными генами. Особенность онкогенов, саgА, vacА бактерии – двух главных генов патогенности  -  в одновременном детерминировании и патогенности бактерии, и ее канцерогенных свойств, т.е. они  оказались полифункциональными.

Онкогены бактерии саgА, vacА уникальны, так как свойственные для   саgА  последовательности ДНК не обнаружены среди других видов бактерий,  а ген vacА  индуцирует уникальный экзотоксин   VacA.

Обычно  онкогенный  канцерогенез  ассоциируется с наличием в  геноме онкогенов, в то время как за иные функции, в том числе  факторы патогенности,  отвечают, напр. у вирусов, структурные и другие гены.  Впервые  экспрессия  бактериального гена  vacА, как гена  онкогенности,  ассоциируется  с его аллелями.

Обычно экзотоксин имеет  один специфический рецептор на поверхности клетки. Экзотоксин VacA может присоединяться ко множеству компонентов поверхности клетки, включая  RPT beta, RPT alpha, EGF, различные липиды, гепарин сульфат[12, c.4]. Экспрессия vacА у канцерогенных  штаммов бактерии    ассоциируется с его аллелями  s1 m1 i1. Эта штаммоспецифическая особенность онкогена  vacА  может служить маркером  канцерогенных штаммов и должна  учитываться при разработке вакцинных препаратов, обладающих не только антибактериальным, но  и антираковым эффектом.

Особенностью  хеликобактерного канцерогенеза является   также обязательное присутствие в геноме бактерии онкогена саgА и острова патогенности саg PAI  у саgA положительных штаммов, а также обязательная ассоциация гена саgA, присутствующего в геноме 60-70%% штаммов, с геном vacА(локализован в геноме 100% штаммов). Следовательно,  в то время как причиной  неканцерогенных хеликобактериозов  могут быть   саgA положительные  и   саgA негативные штаммы,  при наличии и отсутствии острова патогенности   саg PAI , штаммы tox+ и  tox- ,  канцерогенные хеликобактериозы (дистальная аденокарцинома желудка, MALT лимфома)  ассоциируются с  cagA+vacA+  генотипом бактерии, наличием   саg PAI  у саgA положительных штаммов. Такие штаммы относятся к 1 типу, tox+ и имеют аллели vacА - s1 m1 i1.

Особенность генетико-эпигенетического пути прослеживается в особом, не характерном для нормального фосфорилирования,   взаимодействии  двух онкобелков:   CagA – первый онкобелок  бактериального происхождения  и  SHP-2 -   онкобелок клетки-хозяина (второй онкобелок). Как уже отмечалось,взаимодействие онкобелков лежит в основе формирования «колибри фенотипа».

E.Segal et al. [15, c.5]   установили прямую связь между 1 типом    H. pylori ,  островом патогенности сag PAI, фосфорилированием  CagA, индукцией и изменениями в росте клеток хозяина. Изменения клеток в виде «колибри фенотипа»  проявляется в виде удлинения клеток с образованием  филаподий и ламеллиподий. По неизвестной, как отмечают авторы, причине некоторые  прикрепленные к эпителиальным клеткам H. pylori продуцируют  CagA цилиндры. Прикрепление бактерии к эпителиальным клеткам человека сопровождается сглаживанием микровилли  и образованием структур типа  «чаш»  и «пьдесталов», характерных для  энтеропатогенных эшерихий. Впервые при канцерогенезе онкогены влияют не на геном клетки, а на ее эпигеном, нарушая нормальный процесс фосфорилирования и не влияя на ее генотип.

Следует  также отметить, что онкогены бактерии  детерминируют индукцию  специфических протеинов и последующее проникновение их внутрь эпителиоцитов. При этом протеины СаgА и VacA     не являются ни мутагенами, ни канцерогенами и участвуют в малигнизации клетки,    инициируя избыточную активации ее тирозинкиназ.

Кроме онкогенов в механизме  избыточной активации тирозинкиназ принимает участие также рецептор эпидермального фактора роста  EGFR, гиперэкспрессию которого инициирует бактерия. Активирование рецепторных тирозинкиназ собственного внутриклеточного домена рецептора может,  в свою очередь, активировать сигнальные пути нормальной пролиферации клетки.

При генетико-эпигенетическом пути онкоген  саgА индуцирует синтез СаgА и, с помощью  острова патогенности  cag PAI,  формирует шприцеподобный элемент, с помощью которого впрыскивает СаgА в эпителиоцит. После этого, вследствие  фосфорилирования СаgА, с помощью тирозинкиназ  семейства Src, активируются сигнальные пути нормальной пролиферации клетки, что приводит к инициации синтеза ДНК ядра, дерегуляции пролиферации, к трансформации и туморогенезу.

Экзотоксин VacA, индуцируемый онкогеном   vacА, проникает  внутрь  клетки по механизму АВ токсинов и также может активировать тирозинкиназы, сигнальные пути нормальной трансдукции клетки, и, подобно СаgА, способствовать туморогенезу.

В отличие от известных  эпигенетических путей хеликобактера, обусловленных аберрантным метилированием ДНК, аберрантным ацетилированием гистонов, влиянием некодирующей РНК, влиянием бактерии на онкогенные  и др.  пути при генетико-эпигенетическом четко прослеживается связь канцерогенеза с онкогенами бактерии саgА vacА.

Следует отметить, что эффект избыточной активации тирозинкиназ наблюдаемый при хеликобактерном канцерогенезе, может достигаться также   вследствие активации, гиперэкспрессии  протоонкогена с-src в условиях генетического механизме канцерогенеза. А эффект ингибиции  гена-супрессора р53,  может достигаться как мутациями - при генетическом пути канцерогенеза, так и  аберрантным метилированием ДНК  -  при эпигенетическом.

Эпигенетические пути хеликобактерного канцерогенеза, как известно, ассоциируются с рядом протеинов, онкобелков, ферментов, онкогенными путями , такими как  AP-1, NK-kappaB, Wnt|beta- catenin, STAT-3, PI3K  и циклогеназы-2 [16, c. 6], которые,  также  детерминируются генами соответствующих  протеинов.

В связи с этим  перспективным, очевидно, можно считать  составление генетических карт эпигенома человека при генетико-эпигенетических и эпигенетических нарушениях, ведущих к канцерогенезу.  Это, очевидно, значительно расширило бы диапазон мишеней в поисках способов коррекции  таких нарушений для профилактики и лечения раковых заболеваний.

Эпигенетические нарушения при генетико-эпигенетическом канцерогенезе,  например, могут детерминироваться, кроме онкогенов саgА, vacА,   протоонкогеном с-src, геном эпидермального фактора роста  EGF, геном рецептора эпидермального фактора роста  EGFR, а также генами тирозинкиназ и тирозинфосфатаз сигнальных путей нормальной пролиферации клетки,супрессорными и  транскрипционными генами.  В процесс малигнизации могут быть вовлечены также гены, принимаюшие участие в репарации и  гены  апоптоза.

Продолжительное, в течение десятилетий, персестирование H. pylori  в организме инфицированных приводит к тому, что эпимутации при эпигенетическом канцерогенезе приобретает  постоянный характер и, вследствие этого, создается эффект подобный наследуемым мутациям при генетическом механизме.

Вопреки длительному  периоду  отрицания наследования приобретенных  признаков, в настоящее время многими работами  доказана такая возможность  для   эпигенетических изменений.

R.Waterland и R.Jirtle  в 2003 году  в опытах на белых мышах с метилированными генами агути впервые доказали наследование самками «молчащего», вследствие метилирования,  гена агути [17,c.7].  Нарушение метилирования ДНК,  как эпигенетический признак при хеликобактерном канцерогенезе,  также, возможно, может наследоваться по аналогичному  механизму, известному как наследование сцепленное с полом или Х хромосомой, т.е. передаваться через Х хромосому матери только 50% девочек, которые наследуют метилированные гены.

Обычно при наследовании  генетических заболеваний по механизму сцепленному с полом, мать, имея  одну Х хромосому, ассоциированную с заболеванием, т.е. в гетерозиготном положении, остается только скрытой  носительницей гена, без его экспрессии, и передает заболевание 50% мальчиков.

Особенностью  эпигенетического абберантного метилирования, сцепленного с полом, является возможность экспрессии в гетерозиготном положении.

Аберрантное  метилирование  ДНК матери,    по аналогии с  опытами на  мышах , может развиваться в случае, если рацион  женщины богат  витамином В 12, фолиевай кислотой, метионином и холином.  Добавление фолиевой кислоты в рацион беременных является обычной практикой, также как и использование  витаминов группы В: широко используется в мире для профилактики анэнцефалии,  и других уродств у плода. 

Существующая практика, связанная с неконтролированным  поступления в организм женщины доноров метильных групп вместе с пищей и медикаментами опасна для здоровья самой женщины, так как может приводить к аберрантному метилированию ДНК. Такая эпимутация  может передаватьтся также детям и внукам женщины по женской линии с возможной ее экспрессией.

Известно, что особенностью эпигенетического наследования является  передача эпигенетического признака в течение 2-4 поколений, в то время как  генные мутации наследуются постоянно. Эпимутации индивидуальны, имеют целенаправленный адаптивный характер. Особую опасность аберрантное  метилирование ДНК представляет  в наиболее  сенсетивный период перед и после зачатия, а также раннего эмбриогенеза [18, c. 8].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Широкое распространение  хеликобактерного инфицирования людей нашей планеты  -  около 23 всего населения – делает вопрос поиска коррекции нарушений, связанных с генетико-эпигенетическими и эпигенетическими путями  канцерогенеза чрезвычайно актуальным.В настоящее время перспективным становится  исследование индиви дуальных эпигенетических профилей людей, инфицированных хеликбактером, что, с учетом составления генетических карт эпигенома, даст воможность использовать индивидуальную для больного таргетную терапию. Этот же принцип может быть  применен для коррекции нарушений эпигенома в профилактике заболеваний.

1. Hatakeyama M. Helicobacter pylori and carcinogenesis // J.Gastroenterology.-2009.-44(4).-P.239-248
2. Higashi H., Tsutsumi R.,Muto et al. SHP-2 tyrosine phosphatase as an intracellular target of Helicobacter pylori CagA proteinScience.-2002.- 295.-5555.-P. 683-686
3. Tsutsumi R., Takahashi A., Azuma T. et al. Focal Adhesion Kinase is a Substrate and Downstream Effector of SHP-2 Complex with Helicobacter pylori CagA// Molececular and cellular Biology.-2006.-26. -1.- P.261-276
4. Basso D., Zambon C.F., Letley D.P. et al. Clinical Relevance of Helicobacter pylori cagA and vacA Gene Polymorphisms Gastroenterol .- 2008.-135.-P.91-99
5. Ishikawa S., Oto T., Hatakeyama M. Stability of Helicobacter pylori Cag A oncoprotein in gastric epithelial cells.-2009.- FEBS letters.-583.-14.-P. 2414-2418
6. Ota H., Asano N., Yamauchi K. et al. Crucial role of Helicobacter pylori infection in the pathogenesis of gastric cancer and gastric mucosa-associated limphosd tissue(MALT) lymphoma Rinsho Byori .-2009.-57.-9.-P. 861-869
7. Isomoto H., Moss J., Hirayama T. Pleotropic actions of Helicobacter pylori vacuolating cytotoxin VacATohoku J Exp Med .-2010.-220.-1.- P. 3-14
8. Bessede E., Staedel C., Acuna Amador L.A. et al. Helicobacter pylori generates cells with cancer stem cell properties via epithelial-mesenchymal transition-like changes Oncogene.-2013 Oct7.10 1038|onc.2013.380
9. Ohnishi N., Yase H., TanakoS. et al. Transgenic expression of Helicobacter pylori CagA induces gastrointestinal and hematopoetic neoplasms in mouse Proc Natl Acad Sci USA.-2008.- 105.- 3.-P. 1003-10043.
10. Yu J., Leung W.K., Go M.Y., et al. Relationship beetween Helicobacter pylori babA2 status with gastric epithelial turnover and prevalignant gastric lesionsGut.-2002.-51.- P. 480-484
11. Rhead J.L.,Letley D.P.,Mohamandi M., et al. A new determinante vaculating cytotoxin Helicobacter pylori - intermediated region is associated with gastric cancer // Gastroenterology.-2007.- 133. – 3.-P.926-936
12. Wen S., Moss S.F. Helicobacter pylori virulence factores in

gastric carcinogenesis Cancer Lett .-2009.-8.-282.-1.-P.1-8
13. Ding S.Z., Zheng P.V. Helicobacter pylori infection induced gastric cancer advance in gastric stem cell end the remaining challenges //Gut Pathogens.-2012.-4:8
14. Hunter T. and Soften BM Transforming gene product of Rous sarcoma virus phosphorylates tyrosineProc Natl Acad Sci USA .-1980.-77.-P.1311-1315
15. Segal E.D.,Cha J.,Lo J. et al. Altered states:Involvement of phosphorylated CagA in the induction of host cellular changes by Helicobacter pylori // Proc Natl Acad Sci USA.-1999.-7.-96(27).-P.14559-14564.
16. Ding S.Z.,Goldberg J.B.,Hatakeyama M. Helicobacter pylori infection, oncogenic pathways and epigenetic mechanisms in gastric carcinogenesis // Summary Future Oncology.-2010.-6.-5.-P.851-856
17. Waterland R.A., Jirtle R.L. Transposable Elements: Targets for Early Nutritional Effects on Epigenetic gene Regulation Molecular and Cellular Biology.-2003.-23.- 15.- P. 5293-5300
18. Вайсерман А.М., Войтенко В.П., Мехова Л.В. Эпигенетическая эпидемиология возраст-зависимых заболеваний Онтогенез.- 2011.-42.-1.- с.1-21

Рецензии:

5.09.2016, 13:27 Походенько-Чудакова Ирина Олеговна
Рецензия: Р Е Ц Е Н З И Я на статью Н. Э. Ковановой, С. И. Климнюка, М. С. Творко «Особенности бактериального генетико-эпигенетического канцерогенеза, ассоциированного с Нelicobacter pylori» Представленная статья «Особенности бактериального генетико-эпигенетического канцерогенеза, ассоциированного с Нelicobacter pylori» посвящена актуальному вопросу – подробному разбору механизма генетико-эпигенетического канцерогенеза, ассоциированного с Нelicobacter pylori. Статья построена по принципу аналитического обзора и состоит из: аннотации на английском и русском языках, УДК, основой части работы – собственно обзора специальной литературы по рассматриваемому вопросу, библиографического списка, включающего 18 источников (17 – на английском и 1 - на русском языке). Материал, представленный в публикации, изложен авторами последовательно, логично, легко читается и хорошо воспринимается. В тоже время к представленной публикации имеются замечания: − Последние два абзаца текста представляют собой логическое завершение работы и было бы правильным выделить их в раздел «Заключение»; − статья содержит несколько технических опечаток. При этом следует подчеркнуть, что сделанные замечания не носят принципиального характера, не снижают высокой научно-практической значимости представленной работы и не отражаются на ее положительной оценке. На основании изложенного выше, считаю возможным заключить, что Н. Э. Ковановой, С. И. Климнюка, М. С. Творко «Особенности бактериального генетико-эпигенетического канцерогенеза, ассоциированного с Нelicobacter pylori» в полной мере соответствует профилю издания «SCI-ARTICLE.RU» и может быть рекомендована к публикации. Заведующая кафедрой хирургической стоматологии учреждения образования «Белорусский государственный» медицинский университет», доктор медицинских наук, профессор И. О. Походенько-Чудакова 05 сентября 2016 года

9.09.2016, 15:13 Ташпулатова Фатима Кудратовна
Рецензия: Рецензия на статью Ковановой Эльвиры Николаевны «Особенности бактериального генетико-эпигенетического канцерогенеза, ассоциированного с Helicobacter Pylori» Статья посвящена очень актуальной теме- проблеме хеликобактерного канцерогенеза. В обзоре литературы проведен глубокий анализ проведенных исследований по данной проблеме. Особо хотелось бы отметить, что автором изучено литература за 2009-2014 гг, дальнего зарубежья. Авторам приведены убедительные данные о том , что онкогены cagA и vacA - полифункциональны, уникальны, локализованы внеклеточно и не интегрируют в хромосому. Приведены данные о том, что впервые, в случае наследования метилирования ДНК по Х сцепленному типу, эпимутация гетерозиготной матери может передаваться 50% девочек с возможной ее экспрессией. Предлагается создание генетических карт эпигенетических путей канцерогенеза Helicobacter pylori.На основании анализа результатов исследования генетического потенциала H. pylori и обусловленных отдельными детерминантами предраковых изменений цитоскелета клеток, ассоциированных с тирозинкиназным фосфорилированием, а также, анализируя корреляцию детерминант бактерии у пациентов с аденокарциномой желудка, авторам удалось выявить новый генетико-эпигенетический путь канцерогенеза, в котором прослеживается непосредственная связь малигнизации с онкогенами бактерии. Учитывая, что хеликобактериальное инфицирования среди людей встречается не редко, вопрос поиска коррекции нарушений, связанных с генетико-эпигенетическими и эпигенетическими путями канцерогенеза чрезвычайно актуальным. Автор правомочно указывает о необходимости проведения исследований индивидуальных эпигенетических профилей людей, инфицированных хеликбактером, что, с учетом составления генетических карт эпигенома, даст возможность использовать индивидуальную для больного таргетную терапию. Выводы логически вытекают из результатов представленных в статье. Заключение. Статью Ковановой Эльвиры Николаевны «Особенности бактериального генетико-эпигенетического канцерогенеза, ассоциированного с Helicobacter Pylori» рекомендую к публикации. Заведующая кафедрой фтизиатрии Ташкентского педиатрического медицинского института, д.м.н, доцент Ташпулатова Ф.К.



Комментарии пользователей:

7.08.2016, 14:54 Эрштейн Леонид Борисович Отзыв: Поменяйте раздел. Это медицина.

Оставить комментарий