Везикулы опухолевых клеток активируют иммунный ответ за счет ДНК на своей поверхности
Внеклеточные везикулы (extracellular vesicles, EV) — наноразмерные мембранные структуры, которые секретируются клетками в норме и при патологии и способны избирательно связывать и транспортировать различные грузы, включая ДНК, РНК, белки и липиды. Секреция EV раковыми клетками способствует развитию и метастазированию опухоли, поскольку участвует в создании преметастатической ниши — благоприятного для опухоли микроокружения. Влияние EV-специфичных белков и РНК на прогрессирование и метастазирование опухолей уже установлено, однако остается неясным, как участвует в метастатическом процессе ассоциированная с EV ДНК.
Исследование, опубликованное в Nature Сancer, показало, что ассоциированные с ДНК везикулы опухолевых клеток играют важную роль в метастазировании и могут быть его клиническим прогностическим маркером. Везикулы получали из клеточной линии колоректального рака человека HCT116. Около 30-40% EV содержали двуцепочечную ДНК, причем эта ДНК находилась не внутри, а на поверхности везикул. Связанная с везикулами ДНК оказалась ассоциирована с гистонами, посттрансляционные модификации которых значительно отличались от модификаций обычных ядерных гистонов. Они были преимущественно метилированы и имели более низкий уровень ацетилирования, чем клеточные гистоны, что соответствует более конденсированной структуре хроматина. Кроме того, состав гистонов был обогащен уникальными вариантами.
Геномный скрининг выявил, что гены врожденного иммунитета, такие как NCF1 (цитозольный фактор нейтрофилов 1) и TNF (фактор некроза опухолей), а также APAF1 (фактор активации апоптотической протеазы 1) регулируют упаковку ДНК в EV. Напротив, гены, участвующие в прогрессии клеточного цикла (CDC16, CHEK1 и CDC27), репарации и митозе (PLK1), подавляли упаковку ДНК в везикулы.
Тогда ученые нокаутировали гены APAF1 и NCF1 в клеточных линиях рака молочной железы (MDA-MB-231) и колоректального рака (HCT116). Утрата APAF1 не повлияла на продукцию EV, однако при нокауте этого гена секретируемые везикулы были в намного меньшей степени нагружены ДНК. Также везикулы нокаутных по APAF1 клеток содержали меньше специфичных для EV гистонов. Нокаут NCF1 в клетках HCT116 и MDA-MB-231 также не повлиял на свойства самих EV, но значительно снизил секрецию в них ДНК.
Контрольные или нокаутные по APAF1 клетки HCT116 вводили в селезенку иммунодефицитных NSG мышей, отслеживая рост опухоли и метастазирование в течение 3-4 недель. Несмотря на то, что размер первичной опухоли был сопоставим, у мышей, несущих опухоль из клеток с нокаутом APAF1, было значительно больше метастазов, причем более крупных. Как и в случае с потерей APAF1 в клетках человека, при его нокауте в клетках колоректального рака мышей CT26 секреция EV не изменилась по сравнению с контролем, однако упаковка ДНК в везикулы была снижена более чем в 5 раз.
Затем ученые вводили модельным мышам с опухолями везикулы, полученные из линий нормальных и нокаутных по APAF1 клеток CT26. Хотя размер первичной опухоли не отличался с нокаутом и без, введение контрольных везикул снижала метастазирование примерно втрое, чем введение везикул с нокаутом APAF1. Эти данные наглядно демонстрируют прямое влияние EV-ассоциированной ДНК на метастатическую активность опухолей.
Повышенная секреция ДНК первичной опухолью коррелирует с лучшей выживаемостью пациентов с колоректальным раком, в то время как пониженная предсказывает более высокий риск отложенного метастазирования после операции, что позволяет рассматривать упакованную в везикулы ДНК как прогностический маркер.
Таким образом, ДНК удерживается на поверхности везикул, секретируемых опухолевыми клетками, за счет гистонов с особыми посттрансляционными модификациями и их вариантами. Нагруженные ДНК везикулы способны стимулировать иммунный ответ и активировать выделение цитокинов, препятствуя метастазированию. Оценка содержания ДНК таких везикул в биоптате колоректального рака может служить прогностическим биомаркером послеоперационного метастазирования.