Rak mięśniakomięśniowy
Patofizjologia i mechanizm
Rhabdomyosarcoma (RMS) jest najczęstszym mięsakiem tkanek miękkich u dzieci, stanowiącym 5-10% nowotworów złośliwych wieku dziecięcego. RMS wywodzi się z komórek mezenchymalnych różnicujących się w kierunku mięśni szkieletowych, choć może występować także w tkankach pozbawionych mięśni. Główne podtypy to zarodkowy (ERMS) i pęcherzykowy (ARMS), różniące się charakterystycznymi zmianami genetycznymi: ARMS często wykazuje translokacje t(2;13)(q35;q14) lub t(1;13)(p36;q14) prowadzące do powstania onkogennych białek fuzyjnych PAX3-FOXO1 lub PAX7-FOXO1, natomiast ERMS cechuje się utratą heterozygotyczności w regionie 11p15.5 oraz mutacjami w szlakach RAS, SHH i IGF. Zaburzenia osi RTK/RAS/PI3K stwierdzono u 93% przypadków RMS, z nadekspresją FGFR4 u około 7% pacjentów z FP-RMS, co wpływa na proliferację i oporność na apoptozę. Epigenetyczne mechanizmy, takie jak rekrutacja HDAC1 przez TBX2, również odgrywają istotną rolę w patogenezie RMS.
- Patogeneza mięśniakomięsaka prążkowanokomórkowego (raka mięśniakomięśniowego)
- Podtypy RMS i ich molekularne charakterystyki
- Szlaki sygnałowe w patogenezie RMS
- Mechanizmy molekularne w fuzyjnie dodatnim RMS
- Mechanizmy molekularne w fuzyjnie negatywnym RMS
- Rola epigenetyki w patogenezie RMS
- Genetyczne predyspozycje do RMS
- Modele zwierzęce w badaniach patogenezy RMS
- Mechanizmy oporności na leczenie
- Nowe kierunki badań w patogenezie RMS
- Podsumowanie patogenezy RMS
Patogeneza mięśniakomięsaka prążkowanokomórkowego (raka mięśniakomięśniowego)
Rhabdomyosarcoma (RMS, rak mięśniakomięśniowy) jest najbardziej powszechnym mięsakiem tkanek miękkich u dzieci i młodzieży, stanowiącym około 5-10% wszystkich nowotworów złośliwych wieku dziecięcego i ponad 50% mięsaków tkanek miękkich u dzieci. Nowotwór ten wywodzi się z pierwotnych komórek mezenchymalnych, które w normalnych warunkach różnicują się w kierunku tkanki mięśniowej szkieletowej, choć może także występować w miejscach pozbawionych mięśni szkieletowych, co stawia pod znakiem zapytania jego rzeczywiste pochodzenie z różnicującej się tkanki mięśniowej.123
Podtypy RMS i ich molekularne charakterystyki
Na podstawie cech histopatologicznych wyróżnia się kilka podtypów RMS, z których najważniejsze to typ zarodkowy (embryonal, ERMS) oraz pęcherzykowy (alveolar, ARMS), a także rzadziej występujące typy: wrzecionowatokomórkowy, sklerotyzujący i pleomorficzny. Każdy z tych podtypów charakteryzuje się specyficznymi zmianami genetycznymi wpływającymi na mechanizm patogenezy.45
ARMS często wykazuje obecność specyficznych translokacji chromosomowych: t(2;13)(q35;q14) lub rzadziej t(1;13)(p36;q14). Translokacje te prowadzą do powstania genów fuzyjnych PAX3-FOXO1 lub PAX7-FOXO1, które kodują chimeryczne czynniki transkrypcyjne o potencjale onkogennym. Białka fuzyjne te charakteryzują się zdolnością transaktywacyjną około 100 razy wyższą niż białka natywne.678
W przypadku ERMS nie obserwuje się powtarzalnych translokacji chromosomowych, natomiast charakterystyczną zmianą jest utrata heterozygotyczności (LOH) w regionie 11p15.5, co sugeruje obecność genu supresorowego nowotworu w tym regionie. ERMS wykazuje również częste zyski materiału genetycznego, szczególnie w chromosomach 2, 8, 11, 12, 13 i 20.94
Szlaki sygnałowe w patogenezie RMS
Patogeneza RMS jest złożona i obejmuje zaburzenia w wielu szlakach sygnałowych komórkowych, które wpływają na proliferację, różnicowanie i apoptozę komórek.
Szlak receptorowych kinaz tyrozynowych
Badania wskazują, że zaburzenia osi receptorów kinaz tyrozynowych (RTK)/RAS/PI3K (kinaza fosfatydyloinozytolu 3) odgrywają kluczową rolę w patogenezie RMS. Alteracje w tej osi stwierdzono u aż 93% przypadków RMS, szczególnie w szlakach receptorów FGF i IGF.10
Receptor FGFR4 (fibroblast growth factor receptor 4) ulega nadekspresji lub aktywującym mutacjom u około 7% pacjentów z RMS typu fuzyjnie dodatniego (FP-RMS), co prowadzi do aktywacji szlaków sygnałowych RAS i STAT stymulujących wzrost nowotworu. Co istotne, zaburzenia w szlaku FGFR mogą chronić część komórek ARMS przed apoptozą indukowaną przez związki ukierunkowane na szlak IGF1-RP13K-mTOR.1112
Szlak IGF2 (insulin-like growth factor 2) odgrywa również istotną rolę w patogenezie RMS. Locus IGF2 wykazuje utratę imprintingu zarówno w ERMS, jak i ARMS, a ekspresja PAX3-FOXO1 może indukować nadregulację IGF2, wzmacniając aktywację szlaku sygnałowego IGF w ARMS.11
Zaburzenia regulacji cyklu komórkowego
Wiele szlaków sygnałowych, w tym FGF i IGF, zbiega się na regulatorach cyklu komórkowego, takich jak inhibitor kinazy zależnej od cykliny p21CIP1/WAF1 (CDKN1A) oraz regulator p14ARF (CDKN2A).11
Szlak MEK/ERK przyczynia się do aktywacji ekspresji p21 w komórkach RMS, co koreluje z zatrzymaniem wzrostu i różnicowaniem komórek. Również czynnik transkrypcyjny TBX2 jest zaangażowany w patogenezę RMS poprzez wiązanie się z deacetylazą histonową HDAC1 i rekrutację jej do promotorów genów, w tym p21, powodując ich represję transkrypcyjną.13
Szlak Hedgehog i jego rola
Szlak Sonic hedgehog (SHH) jest kluczowy we wczesnych etapach rozwoju mięśni szkieletowych i odgrywa istotną rolę w patogenezie ERMS. Kilka modeli fuzyjnie negatywnego RMS (FN-RMS) wykazało związek z nieprawidłową sygnalizacją SHH.1415
Inne istotne szlaki sygnałowe
W patogenezie RMS ważną rolę odgrywają także szlaki NOTCH i WNT, które są zaangażowane w embriogenezę i rozwój postnatalny mięśni szkieletowych. Szlak MAPK w RMS napędzanym przez RAS promuje patogenezę RMS, jednocześnie hamując ekspresję MYOG.14
Szlak mTOR przyczynia się do inwazyjności RMS, a jego hamowanie ogranicza migrację komórek, inwazję i angiogenezę w modelach RMS.1416
Mechanizmy molekularne w fuzyjnie dodatnim RMS
W fuzyjnie dodatnim RMS (FP-RMS) białka fuzyjne PAX3-FOXO1 i PAX7-FOXO1 funkcjonują jako główne czynniki onkogenezy poprzez dysregulację wielu kluczowych szlaków komórkowych.12
Białka fuzyjne napędzają ekspresję innych czynników transkrypcyjnych, takich jak MYCN i MYOD1, przyczyniając się do powstawania i progresji RMS. Ponadto, białka fuzyjne napędzają ekspresję receptorowych kinaz tyrozynowych (RTK).12
Aktywacja szlaków Ras/Raf/MEK/ERK i JAK/STAT może prowadzić do zapobiegania apoptozie poprzez fosforylację Bim i Bad, co skutkuje utratą zdolności do heterodimeryzacji z białkami przeżycia BCL-XL i BCL-2.128
Fuzja PAX3-FOXO1 hamuje ekspresję miR-221/222, które funkcjonują jako mikroRNA o działaniu supresorowym nowotworu poprzez negatywną regulację CCND2, CDK6 i ERBB3. Natomiast miR-486-5p jest transkrypcyjnie aktywowany przez PAX3-FOXO1 i promuje proliferację, inwazję i wzrost klonogenny FP-RMS.17
Mechanizmy molekularne w fuzyjnie negatywnym RMS
W przeciwieństwie do FP-RMS, patobiologia fuzyjnie negatywnego RMS (FN-RMS) pozostaje słabiej poznana. Badania sugerują, że utrata heterozygotyczności 11p15.5 i mutacje w genach szlaku RAS występują wcześnie w historii ewolucyjnej FN-RMS.18
Zaburzenia w ścieżce Sonic hedgehog (SHH) są związane z patogenezą ERMS. Utrata funkcji genów supresorowych nowotworów PTCH i SUFU, które są aktywne w tej ścieżce, jest częsta w rozwoju ERMS.15
Nadekspresja genów MCL1 (induced myeloid leukemia cell differentiation protein) i MAP2K4 (mitogen-activated protein kinase 4), zaangażowanych w regulację żywotności komórek, jest zgłaszana w większości przypadków ERMS.15
Niedawno zidentyfikowano CD73, błonową 5′-ektonukleotydazę, jako gen regulowany przez TWIST2, przyczyniający się do patogenezy FN-RMS. Wyciszenie CD73 zmniejszało patogeniczny wzrost FN-RMS in vitro i in vivo, indukowało zatrzymanie cyklu komórkowego i zmniejszało migrację, jednocześnie inicjując program miogenny w komórkach FN-RMS.19
Rola epigenetyki w patogenezie RMS
Coraz więcej dowodów wskazuje, że regulacja epigenetyczna przyczynia się do rozwoju i progresji RMS. Chimeryczne białko PAX-FOXO1 może wpływać na ekspresję genów poprzez modyfikacje epigenetyczne, w tym zmiany w metylacji i acetylacji histonów.1620
Regulacja ekspresji genu EZRIN przez SIX1 odbywa się częściowo poprzez modyfikację epigenetyczną chromatyny wokół locus genu EZRIN, w tym regulację stanów metylacji i acetylacji w ogonach histonowych.20
Badania wskazują na rolę białka TBX2 w rekrutacji deacetylazy histonowej HDAC1 do promotorów genów docelowych, w tym p21, w komórkach RMS, co może łączyć deregulację szlaku PI3K z deacetylacją histonów genów kodujących kluczowe regulatory cyklu komórkowego.13
Genetyczne predyspozycje do RMS
Większość przypadków RMS występuje sporadycznie, bez wyraźnej predyspozycji genetycznej. Jednak niewielka część przypadków jest związana ze znanymi zespołami genetycznymi, takimi jak:121
- Zespół Li-Fraumeni (mutacje TP53)
- Dziedziczny retinoblastoma (RB1)
- Zespół Beckwitha-Wiedemanna (geny w regionie 11p15)
- Zespół Costello (HRAS)
- Zespół Noonana
- Nerwiakowłókniakowatość typu 1 (NF1)
- Zespół nabłonkowych raków podstawnokomórkowych (PTCH)
- Zespół Rubinsteina-Taybiego (CREBBP)12223
Modele zwierzęce w badaniach patogenezy RMS
Rozwój eksperymentalnych modeli zwierzęcych znacząco przyczynił się do naszego obecnego zrozumienia czynników molekularnych, które odgrywają rolę w patogenezie RMS. Badania na tych modelach wykazały zarówno chemiczne i fizyczne (metale ciężkie, promieniowanie jonizujące, wielopierścieniowe węglowodory aromatyczne), jak i biologiczne (białka wirusowe, zaburzenia szlaku p53, alteracje RAS lub hepatocyte growth factor) czynniki wywołujące RMS.24
Badania na myszach wykazały, że jednoczesna utrata funkcji Ink4a/Arf i zaburzenie sygnalizacji Met w myszach Ink4a/Arf -/- transgenicznych dla hepatocyte growth factor/scatter factor (Hgf/Sf) indukuje rhabdomyosarcoma z bardzo wysoką penetracją i krótkim okresem utajenia. W hodowanych mioblastach, aktywacja Met i utrata Ink4a/Arf hamowały miogenezę w sposób addytywny.2526
Inne badanie sugerowało, że ERMS i niezróżnicowany mięsak pleomorficzny tworzą kontinuum, przy czym mutacje p53, Ptch1 lub Rb1 w komórkach satelitarnych prowadzą do powstania niezróżnicowanego mięsaka, a ERMS pochodzi z mioblastów, które wyrażają markery komórek satelitarnych.27
Mechanizmy oporności na leczenie
Mimo postępów w diagnostyce i metodach leczenia w ciągu ostatnich kilku dekad, dzieci z RMS wysokiego ryzyka i nawrotową chorobą mają 5-letnie wskaźniki przeżycia poniżej 30% i 17%, odpowiednio. Aktualne terapie RMS nadal niosą ze sobą potencjalnie zagrażające życiu toksyczności, które mogą prowadzić do dożywotniej chorobowości.28
Przejście nabłonkowo-mezenchymalne (EMT) jest ważnym wydarzeniem dla inwazji i przerzutów nowotworu i jest związane ze złym rokowaniem i opornością na chemioterapię.29
Oporność na chemioterapię jest jednym z głównych problemów w niemal wszystkich typach nowotworów, w tym RMS. Pomimo poprawy w zakresie środków chemioterapeutycznych, wielu pacjentów z rakiem umiera z powodu rozwoju oporności na chemioterapię.29
Nowe kierunki badań w patogenezie RMS
Postępy w biologii molekularnej i sekwencjonowaniu nowej generacji pozwoliły badaczom i klinicystom lepiej zrozumieć patogenezę i klasyfikację RMS. Identyfikacja genów fuzyjnych PAX-FKHR zmieniła kierunek badań, których celem jest wyjaśnienie szlaków prowadzących nie tylko do translokacji chromosomowych, ale także do zrozumienia, w jaki sposób te onkogenne białka fuzyjne zmieniają fenotyp komórki i mogą być wykorzystane farmakologicznie.16
Ostatnio zidentyfikowano czynnik wiążący DNA rowka mniejszego high mobility group AT-hook 2 (HMGA2) jako czynnik napędzający rozwój ERMS. Badania mechanistyczne wykazały, że regulacja w górę białka wiążącego mRNA insulinopodobnego czynnika wzrostu (IGF) IGF2BP2 była kluczowa dla działania HMGA2. W szczególności IGF2BP2 był niezbędny dla stabilności mRNA i białka NRAS, często zmutowanego genu w ERMS.30
Paneksyna 1 (PANX1) została niedawno zidentyfikowana jako nowy regulator miogenezy szkieletowej i wykazano, że jej poziomy transkryptu i białka są obniżone w liniach komórkowych i pierwotnych próbkach guza pochodzących od pacjentów z ERMS i ARMS w porównaniu do zróżnicowanych mioblastów mięśni szkieletowych i tkanki.31
Ektopowa ekspresja PANX1 w komórkach eRMS (Rh18) i aRMS (Rh30) znacząco zmniejszyła ich potencjał proliferacyjny i migracyjny. PANX1 zniósł tworzenie się sferoidów 3D w komórkach eRMS i aRMS oraz indukował regresję już utworzonych sferoidów poprzez indukcję apoptozy. Ekspresja PANX1 znacząco zmniejszyła również wzrost ludzkich ksenografów nowotworowych eRMS i aRMS in vivo.3132
Potencjalne cele terapeutyczne
Zrozumienie patogenezy RMS prowadzi do identyfikacji nowych potencjalnych celów terapeutycznych:16
- Białka fuzyjne PAX-FOXO1 stanowią potencjalny cel terapeutyczny w FP-RMS
- Receptory kinaz tyrozynowych, takie jak FGFR4, mogą być obiecującym celem terapeutycznym
- Szlak CD73 i sygnalizacja purynergiczna jako potencjalny cel w FN-RMS
- Deacetylazy histonów (HDAC) jako potencjalne cele w terapii RMS
- Białko EZRIN, które wykazuje obiecujący potencjał terapeutyczny u pacjentów z zaawansowanym RMS
- Szlak HMGA2-IGF2BP2-NRAS jako potencjalny cel w terapii ERMS302019
Podsumowanie patogenezy RMS
Rhabdomyosarcoma jest złożonym nowotworem, którego patogeneza obejmuje wiele mechanizmów molekularnych i szlaków sygnałowych. Różne podtypy RMS mają odrębne profile genetyczne i molekularne, co prowadzi do różnych ścieżek patogenetycznych.
W ARMS kluczową rolę odgrywają białka fuzyjne PAX3/7-FOXO1, które funkcjonują jako potężne aktywatory transkrypcyjne, zmieniając ekspresję genów zaangażowanych w proliferację, różnicowanie i apoptozę. W ERMS główne zmiany genetyczne obejmują utratę heterozygotyczności w regionie 11p15.5 oraz zaburzenia w szlakach sygnałowych, takich jak RAS, SHH i IGF.43318
Zrozumienie złożoności mechanizmów patogenezy RMS jest kluczowe dla opracowania skutecznych, celowanych terapii, które mogą poprawić rokowanie pacjentów z tym agresywnym nowotworem dziecięcym.16
Kolejne rozdziały
Zapraszamy do dalszego czytania naszego leksykonu.
Wybierz kolejny rozdział z menu poniżej, aby otworzyć nową podstronę kompedium wiedzy i uzyskać szczegółowe informację o leku, substancji lub chorobie.