Souhrn aktuálních poznatků o úloze estrogenového receptoru α v nádorové buněčné signalizaci

Overview

Východiska: Estrogenový receptor α je klíčovým bio­markerem karcinomu prsu, neboť jeho přítomnost či absence v nádorových buňkách se významně promítá do prognózy onemocnění i způsobu léčby. K aktivaci estrogenového receptoru α dochází po navázání ligandu, obvykle estradiolu. Poté jsou receptory translokovány do jádra, kde spouštějí transkripci cílových genů. Tento proces se označuje jako genomický mechanizmus účinku. Estrogenový receptor α však přenáší signál i negenomicky, a to především v cytoplazmě. Díky svému významnému zapojení v buněčné signalizaci představuje i důležitý cíl protinádorové léčby.

Cíl: Přestože byl estrogenový receptor α objeven už před 60 lety, jeho signální dráhy jsou natolik komplikované, že řada z nich není dodnes zcela popsána. Vzhledem k rozsahu signalizace, do které je estrogenový receptor α zapojen, si tento přehledový článek neklade za cíl pokrýt celou její šíři, ale zaměřuje se především na nové aspekty týkající se jeho funkce, které se v této oblasti aktuálně objevují.

Klíčová slova:

signální transdukce – estrogenové receptory

Úvod

Každý rok je na světě dia­gnostikováno zhruba 1,67 milionu nových případů rakoviny u žen [1]. Karcinom prsu je u žen nejběžnějším typem rakoviny, přičemž představuje asi 25 % případů. To znamená, že zhruba každých 20 s uslyší nějaká žena tuto dia­gnózu.

Přestože se o karcinomu prsu obecně mluví jako o jednom onemocnění, lze jej rozdělit do více než jednadvaceti histologických subtypů a nejméně do čtyř molekulárních subtypů, které se navzájem liší svými rizikovými faktory, odpovědí na léčbu a pravděpodobností vyléčení [1]. Molekulární subtypy se rozlišují na základě přítomnosti molekulárních markerů, mezi které patří míra exprese hormonálních (estrogenového –  ER a progesteronového –  PR) receptorů (HR+/ HR−), hladina receptoru 2 pro lidský epidermální růstový faktor (human epidermal growth factor receptor 2 –  HER2 (HER2+/ HER2−) a míra exprese proteinu Ki-67. Mezi čtyři hlavní molekulární subtypy karcinomu prsu patří luminal A (HR+/ HER2−, nízká exprese Ki-67; zhruba 70 % případů), který roste pomaleji a je méně agresivní než ostatní subtypy, triple-negative/basal-like breast cancer (HR−/ HER2−; 15–20 % případů), u kterého je nejmenší naděje na přežití pa­cientek (nedochází totiž ke zvýšené expresi ani jednoho z výše uvedených bio­logických markerů, což v tomto případě výrazně omezuje možnost použití konvenční chemoterapie), luminal B(HR+/HER2±, zvýšená exprese Ki-67; 10–20 % případů), HER2-enriched (HR−/HER2+; 10–15 % případů) a normal-like (HR+/HER2−; nízká exprese Ki-67; vzácný), který je podobný podtypu luminal A.

U zhruba 75 % nově dia­gnostikovaných případů je v nádorových buňkách detekována zvýšená exprese ER, resp. PR [1]. V mnoha případech je tedy nejprve nasazena endokrinní terapie, při které jsou ženě podávány antihormonální látky, velmi často např. tamoxifen (TAM), které inhibují signalizaci prostřednictvím estrogenového receptoru α (ERα). Buňky karcinomu prsu však často vytvoří vůči této léčbě rezistenci, což způsobí další rozvoj onemocnění.

Na počátku signální dráhy aktivující receptory je obvykle malá organická lipofilní molekula zvaná hormon, která se váže na příslušný receptor, jenž pak přenáší signál dále. Klasicky se tyto receptory dělí do dvou skupin [2]. První z nich tvoří proteiny, které jsou vázané v membráně. Jejich nejznámějším příkladem jsou receptory spřažené s G proteinem, kam se řadí i GPER receptor, jehož přirozeným aktivátorem je 17β-estradiol (E2). Druhým typem receptorů jsou intracelulární proteiny, které vystupují jako transkripční faktory. Je pro ně typické, že po navázání ligandu vstupují do jádra a regulují transkripci cílových genů. Jejich typickým příkladem je ERα.

Genomický vs. negenomický mechanizmus účinku ERα

E2 se po vstupu do cytoplazmy váže na v tuto chvíli neaktivní ERα, které jsou v komplexu s proteiny teplotního šoku (heat shock proteins –  HSP). Vazbou ligandu (E2) HSP od receptorů disociují [3], monomery ERα jsou pak fosforylovány, podléhají konformačním změnám a dimerizují. Disociace HSP rovněž obnaží nukleární lokalizační signál, který receptorům umožní přemístit se z cytozolu do jádra. Zde ve formě dimerů nasedají na specifické úseky DNA, které se označují jako estrogen responzivní elementy (estrogen receptor responsive elements –  ERE), čímž aktivují transkripci cílových genů. ERα tedy z funkčního hlediska vystupuje jako transkripční faktor. Tento proces se označuje jako genomický mechanizmus účinku estrogenu (schéma 1) a vyžaduje řádově minuty až hodiny, než je dokončen a v buňce jsou syntetizovány příslušné proteiny.

Oproti tomu byly u steroidních hormonů, např. estrogenů, androgenů či kortikosteroidů, pozorovány i rychlé mechanizmy přenosu signálu v cytozolu, které se označují jako negenomické (schéma 1). Ty se uskutečňují v řádech sekund až několika minut. Nejdůležitější skutečnost, která oba mechanizmy odlišuje a promítá se i do praxe, je možnost potlačit genomické účinky ERα pomocí inhibitorů RNA polymeráz, mezi které patří např. cykloheximid nebo aktinomycin D [4].

Genomický mechanizmus působení ERα

Genomický mechanizmus účinku ERα zahrnuje jak interakce aktivovaného ERα přímo s ERE místy cílových genů (klasický genomický mechanizmus), tak vazbu aktivovaného ERα na DNA prostřednictvím jiného transkripčního faktoru [5]. Tento typ zprostředkování estrogenového signálu se nazývá neklasický genomický mechanizmus. Mezi nejvýznamnější příklady patří proteinové interakce ER/ Sp (estrogen receptor/ specifity protein) a ER/ AP-1 (estrogen receptor/ activat­ing protein-1).

Proteiny z AP-1 rodiny [6] obecně vystupují jako regulační proteiny, které jsou zapojené ve velkém množství bio­logických procesů, např. exprese genů, buněčná proliferace, diferenciace buněk a tumorigeneze. Tato proteinová rodina zahrnuje proteiny Jun, Fos, ATF (activat­ing transcription factor) a MAF (macrophage-activat­ing factor). Předešlá analýza ERα cistronu (tj. analýza umístění ERE míst v genomu) ukázala, že obsahuje velké množství AP-1 vazebných motivů, což by naznačovalo vzájemné propojení signálních drah ERα a AP-1 na úrovni chromatinu. Překryv ERE s vazebnými místy pro c-Jun však nebyl dlouho znám, nicméně nedávná analýza ukázala, že přítomnost E2 a TAM, které regulují aktivitu ERα, usnadňuje nejen jeho vazbu na DNA, ale i vazbu c-Jun na chromatin [7]. Dále byla potvrzena interakce mezi c-Jun a ERα u buněk karcinomu prsu. Závěry této studie rovněž naznačují, že zvýšení exprese c-Jun může být jedním z mechanizmů, který podporuje růst nádorových buněk a rezistenci k endokrinní léčbě. Byla identifikována skupina 19 genů, jejichž exprese je přímo ovlivňována prostřednictvím c-Jun signalizace a které se mohou podílet na mechanizmu vzniku rezistence k TAM. Jako příklad je možné uvést protein AGR2 (anterior gradient protein 2), u kterého byla prokázána zvýšená exprese v nádorových buňkách a který je spojován s rezistencí k TAM [8,9].

Gen TGFBI (transform­ing growth factor, beta-induced) byl identifikován jako nejvíce regulovaný prostřednictvím vzájemného propojení signalizace ER a c-Jun [7] u ERα pozitivních buněk karcinomu prsu. Současně zvýšená exprese transkripčních faktorů c-Jun a c-Fos vede rovněž ke zvýšení exprese TGFBI. Autoři článku také ukázali, že snížení hladiny TGFBI vede ke zvýšení citlivosti k TAM u buněk, které jsou vůči němu rezistentní. Detailně však mechanizmus popsán není.

Negenomické mechanizmypůsobení ERα

V obecné rovině pro receptory platí, že jejich varianty, které jsou spojeny s membránami, přenášejí obvykle tzv. negenomický signál. U ERα, který se někdy též označuje jako ERα66, protože jeho celková velikost je 66 kDa, se jedná především o izoformy ERα46 a ERα36 (schéma 2). První izoforma postrádá na N-konci A/ B doménu. Ta druhá kromě toho neobsahuje ani F-doménu na C-konci a část domény E [10]. Intracelulární umístění těchto izoforem je potom důležité pro jejich konkrétní funkci [11]. Mezi negenomické mechanizmy, kterými se přenáší estrogenový signál, patří např. fosforylace ERα66 prostřednictvím kináz, která aktivuje receptor nezávisle na přítomnosti ligandu [12,13].

ERα36 byl původně identifikován jako receptor, který zprostředkovává negenomické efekty estradiolu, a to především aktivaci signálních drah PI3K/ Akt (phosphatidylinositol 3-kinase/ protein kinase B) a MAPK/ ERK (mitogen-activated protein kinase/ extracellular-signal-regulated kinase) [14– 16]. Tyto dráhy přenášejí v cytozolu především intracelulární signál pro regulaci buněčného cyklu a proliferaci buňky. ERα36 se rovněž podílí na řízení transportu intracelulárního Ca²⁺ [17– 19]. Aktivace ERα36 přispívá k proliferaci a zvyšuje invazivitu buněk karcinomu prsu [20– 22]. Zvýšená hladina ERα36 je také spojována s poklesem účinnosti léčby TAM u pa­cientek s karcinomem prsu s expresí ERα66 [23]. ERα36 a jeho negenomické aktivity tedy mohou být zapojeny do rezistence buněk karcinomu prsu k TAM, který by v tomto případě vystupoval jako agonista ERα36 [24].

Je známo, že pa­cientky s vysokou expresí ERα36 u ERα66-pozitivního karcinomu prsu nemají dobrou prognózu onemocnění [23]. Exprese ERα36 může být využita pro rozdělení pa­cientek do skupin, které budou, či nebudou mít prospěch z léčby TAM. TAM totiž může aktivovat ERα36, čímž podporuje buněčnou proliferaci a rozvoj metastáz [25]. U klinických vzorků rovněž odpovídá exprese ERα36 hladinám ALDH1A1 (aldehyde dehydrogenase 1A1). Její exprese je tedy zřejmě regulována prostřednictvím ERα36, který je aktivovaný vazbou TAM do vazebného místa receptoru. Tato zjištění tedy podporují teorii, že ERα36 zprostředkovává rezistenci k TAM a přispívá ke vzniku metastáz u karcinomu prsu. K potlačení těchto efektů TAM autoři navrhují terapii inhibitory ALDH1 nebo protilátkami specifickými proti ERα36. Nedávná studie rovněž ukazuje, že exprese ERα36 nemusí být pouze prognostickým bio­markerem karcinomu prsu, ale ERα36 se v budoucnu může stát i potenciálním terapeutickým cílem [25].

Mitochondrie jako další z cílů ERα a jeho ligandů v buňce

Mitochondrie je kromě jádra jediná organela v buňce, která obsahuje vlastní DNA. Ta kóduje především proteiny, které jsou součástí elektronového transportního řetězce (electron transport chain –  ETC) [26,27]. Bylo prokázáno, že ERα může také vstupovat do mitochodrií a plnit zde roli transkripčního faktoru [2,28]. Nicméně v současné literatuře není tak často s mitochondriemi spojován samotný ERα jako spíše jeho inhibitor TAM.

TAM je antiestrogen nesteroidní povahy, který vykazuje genomický (inhibice ERα) i negenomický mecha­nizmus účinku. Negenomický mechanizmus však není často zmiňován, protože je v rámci buňky navozen až po vysycení ERα, které jsou jeho primárním cílem [29]. TAM a E2 mohou ovlivňovat i funkci ETC. Oba se vážou do místa pro flavin mononukleotid v komplexu I, čímž dochází k přerušení transportu elektronů a změně v potenciálu mitochondriální membrány. Tento efekt vykazuje i samotný TAM, ale je výraznější, pokud je v buňce přítomen i E2. Negenomické působení obou sloučenin je nezávislé na interakci s ERα. TAM rovněž ovlivňuje funkčnost komplexu III z ETC [30] a je toxičtější pro buňky se zvýšenou respirací za současného použití inhibitorů ETC [31].

Již dříve se podařilo prokázat, že kombinace fotodynamické terapie s hypericinem (hypericin photodynamic the­r­­­a­py –  HYP-PDT) cílí na mitochondriální ETC. Nově bylo zjištěno, že synergický efekt vykazuje kombinace HYP-PDT a hormonoterapie TAM [32], která se souhrně označuje jako HYPERTAM. Ta byla experimentálně úspěšně vyzkoušena na buněčné linii MDA-MB-231, která je triple-negativní, i na buněčné linii MCF-7, která je ERα-pozitivní. U obou buněčných linií byla pozorována zvýšená peroxidace lipidů a cytotoxicita vedoucí k nekróze a autofagii. Tento experimentální postup byl posléze úspěšně použit i u NOD-scid IL2rγ^null imunodeficientních myší (myš s cílenou mutací v genu pro γ řetězec IL2 receptoru (IL2rγ^null)). Z tohoto důvodu autoři studie předpokládají, že by se HYPERTAM mohl stát základem úspěšné léčebné metody pro rozdílné typy nádorů bez ohledu na status hormonálních receptorů.

Ve fázi klinických testů se rovněž nachází látka zvaná MitoTam [33]. Jejím základem je TAM, na který je přes krátký uhlovodíkový řetízek připojena trifenylfosfoniová skupina, jež směřuje molekulu do mitochondrie. MitoTam, stejně jako TAM, se váže na komplexy ETC. Na rozdíl od TAM [34] u něj však bylo prokázáno, že zabíjí nádorové buňky bez indukce buněčné senescence jak in vitro, tak in vivo [35]. Buněčná senescence je forma zastavení buněčného cyklu, čímž dochází k omezení buněčné proliferace. Imunitní buňky však nejsou schopny senescentní buňky odstranit z organizmu, což může vést k poškození tkáně a rozvoji karcinomu.

Závěr

Karcinom prsu je onemocnění, v jehož rozvoji hraje ERα nezastupitelnou roli. ERα v buňce zprostředkovává estrogenový signál, který může mít jak genomický, tak negenomický účinek. Negenomický mechanizmus je zprostředkován především jeho izoformami ERα46 a ERα36. Nedávné výzkumy ukazují, že jeho izoforma ERα36 by se v budoucnu mohla stát novým terapeutickým cílem. Rovněž neustává vývoj léčiv a léčebných postupů, které cílí na ERα. Jedním z příkladů je HYPERTAM, který už byl úspěšně aplikován v preklinických testech.

Tato práce byla podpořena projektem MŠMT-NPU I-LO1413, MZ ČR – RVO (MOÚ, 00209805), Strukturálními fondy Evropské unie – Projekt ENOCH (CZ.02.1.01/0.0/0.0/16_019/0000868) a Grantovou agenturou České republiky (GAČR 19-01383S a GAČR 19-02014S).

Autoři deklarují, že v souvislosti s předmětem studie nemají žádné komerční zájmy.

Redakční rada potvrzuje, že rukopis práce splnil ICMJE kritéria pro publikace zasílané do bi omedicínských časopisů.

doc. Mgr. Roman Hrstka, Ph.D.

Regionální centrum aplikované molekulární onkologie

Masarykův onkologický ústav

Žlutý kopec 7

656 53 Brno

e-mail: hrstka@mou.cz

Obdrženo/Submitted: 14. 6. 2019

Přijato/Accepted: 6. 8. 2019