Structure and function of mucins, their role in tumor progression

(1)

WSTÊP

Spoœród wielu typów komórek buduj¹- cych organizmy wy¿szych krêgowców, tylko komórki naskórka i nab³onków wyœcielaj¹- cych œwiat³a przewodu pokarmowego, oddechowego i moczo-p³ciowego wchodz¹ w bezpoœredni kontakt ze œrodowiskiem ze- wnêtrznym. Tworz¹ one bariery zabezpiecza- j¹ce ¿ywy organizm, miêdzy innymi przed utrat¹ nadmiernych iloœci wody, mechanicz- nymi i enzymatycznymi uszkodzeniami, czy inwazj¹ ze strony ró¿nych mikroorganizmów.

Ze wzglêdu na szczególne zagro¿enia, ko- mórki naskórka i ró¿nych nab³onków wyma- gaj¹ istnienia specjalnych mechanizmów ochronnych, co w przypadku tych ostatnich wyra¿a siê produkcj¹ wydzieliny, stanowi¹- cej fizyczn¹ barierê pomiêdzy b³on¹ komór- kow¹ a œrodowiskiem zewnêtrznym. W sk³ad tej wydzieliny, pokrywaj¹cej powierzchnie na- b³onków i nosz¹cej nazwê œluzu, wchodz¹ przede wszystkim glikoproteiny o wysokiej masie cz¹steczkowej, które nosz¹ nazwê mucyn. To w³aœnie one nadaj¹ œluzom ich lepk¹, ¿elowat¹ konsystencjê i s¹ odpowie- dzialne za ich ochronne dzia³anie [Strous i Dekker, 1992]. Œluz, wytwarzany przez spe- cjalny rodzaj komórek nab³onkowych, zawiera oko³o 90 proc. wody i 0,5-5 proc. glikoprotein typu mucyny. W jego sk³ad wchodz¹ równie¿ sole mineralne, bia³ka, lipidy i kwa- sy nukleinowe pochodz¹ce z komórek i surowicy. Po raz pierwszy mucyny w stanie czystym wyizolowano ze œluzu pokrywaj¹cego powierzchniê nab³onka szyjki macicy [Carlstedt i wsp., 1983]. PóŸniej okaza³o siê,

¿e do grupy mucyn nale¿¹ równie¿ niektó- re integralne bia³ka b³onowe obecne na apikalnej powierzchni ró¿nych komórek nab³onkowych, a tak¿e na leukocytach [Van Klin- ken i wsp., 1995]. St¹d te¿ wzi¹³ siê podzia³ mucyn na dwie klasy: wydzielnicze (rozpusz- czalne) i b³onowe [Strous i Dekker, 1992].

Te ostatnie, jako noœniki ró¿nych struktur cukrowych mog¹ pe³niæ funkcje ligandów dla cz¹steczek adhezyjnych z rodziny selektyn, w zwi¹zku z czym przypisuje im siê wa¿n¹

rolê w oddzia³ywaniach miêdzykomórkowych – adhezji [Ugorski i K³opocki, 1996].

Cechami wyró¿niaj¹cymi mucyny spo- œród innych glikoprotein s¹: (i) znaczna za- wartoœæ reszt seryny, treoniny i proliny oraz (ii) bardzo du¿a liczba przy³¹czonych ³añ- cuchów O-glikozydowych. Mucyny wydzielnicze charakteryzuj¹ siê bardzo wysok¹ mas¹ cz¹steczkow¹, która np. dla mucyn uk³adu oddechowego mo¿e dochodziæ do 10-30 000 kDa [Sheehan i wsp., 1991].

Zgodnie z przyjêt¹ zasad¹, do mucyn za- licza siê glikoproteiny, w których O-glikany stanowi¹ nie mniej ni¿ 50 proc. ca³kowitej masy cz¹steczki. Liczne ³añcuchy O-glikozydowe przy³¹czone do reszt seryny i treoniny oraz du¿a liczba reszt proliny spra- wiaj¹, ¿e cz¹steczki mucyn reprezentuj¹ sztywne, wyci¹gniête struktury.

Ze wzglêdu na wielkoœæ cz¹steczek, z³o-

¿onoœæ budowy, wysok¹ zawartoœæ cukrów i heterogennoœæ – badania nad struktur¹ i funkcjami mucyn napotyka³y na znaczne przeszkody metodyczne, czego przyk³adem by³y k³opoty z wyznaczeniem mas cz¹stecz- kowych zarówno glikozylowanych mucyn, jak i ich czêœci bia³kowej [Strous i Dekker, 1992]. Prze³om w badaniach nad mucyna- mi nast¹pi³ wraz z postêpem w dziedzinie klonowania genów. Izolacja i sekwencjono- wanie komplementarnych DNA dla tych glikoprotein wykaza³y, ¿e wytwarzane s¹ one nie tylko przez komórki nab³onkowe, ale równie¿ przez œródb³onek naczyniowy i leu- kocyty. St¹d van Klinken i wsp. (1995) za- proponowali nowy podzia³ mucyn na na- b³onkowe i œródb³onkowe. Niniejsze opracowanie jest ograniczone wy³¹cznie do omówienia tych pierwszych.

BUDOWA MUCYN NAB£ONKOWYCH

Część białkowa (apomucyna)

Do tej pory u ludzi zidentyfikowano 9 genów dla mucyn nab³onkowych, które oznaczono jako MUC1-MUC4, MUC5A/C, MUC5B oraz MUC6-MUC8. Pe³n¹ sekwen- cjê cDNA poznano dla MUC1, MUC2, Glikoproteiny typu mucyn wytwarza-

ne s¹ g³ównie przez nab³onkowe ko- mórki uk³adu pokarmowego, oddechowego i moczo-p³ciowego b¹dŸ to w formie wydzielniczej, b¹dŸ jako integralne bia³ka b³onowe. Cechami wy- ró¿niaj¹cymi mucyny spoœród innych glikoprotein s¹: (i) znaczna zawartoœæ reszt seryny, treoniny i proliny, (ii) bardzo du¿a liczba przy³¹czonych ³añcu- chów O-glikozydowych, (iii) obecnoœæ w czêœci bia³kowej powtarzaj¹cych siê odcinków o identycznym sk³adzie aminokwasowym. Ze wzglêdu na sztywny, wyd³u¿ony kszta³t, ujemny ³a- dunek, obecnoœæ specyficznych struktur cukrowych mucyny maj¹ pe³- niæ funkcje ochronne oraz braæ udzia³ w oddzia³ywaniach miêdzykomórko- wych. S¹ one noœnikami antygenów towarzysz¹cych nowotworom i jed- nym zczynników u³atwiaj¹cych po- wstawanie przerzutów.

S³owa kluczowe: mucyny, struktora, funkcje, tumor/cancer

Mucin-type glycoproteins are produ- ced by epithelial cells of gastrointesti- nal, respiratory and urogenital tracts as secreted or membrane-bound mo- lecules. Their protein backbone is charakterized by the presence of re- peating sequences rich in serine, thre- onine and proline residues. Mucins are highly glucosylated glycoproteins containing numerous O-linked oligo- saccharides, often terminated in silic acid. The increasing number of evi- dence suggest that because of their extended, filamentous structures, ne- gative charge, presence of specific carbohydrate structures they play a role in mucosal defence, cellular si- gnalling and cell-cell interactions. Mu- cins undergo characteristic changes in their expression associated with neoplastic transformation. They are the carries of tumor-associated anti- gens, and probably one of the factors promoting metastasis.

Key words: mucins, structure, function, tumor/cancer

W

Wssppóó³³cczzeessnnaa OOnnkkoollooggiiaa ((11999999)) 66;; 224444––224488

Mucyny – budowa, w³aœciwoœci i rola w progresywnym wzroœcie nowotworowym

Structure and function of mucins, their role in tumor progression

Anna Laskowska, Maciej Ugorski

Laboratorium Glikobiologii, Zak³ad Immunochemii, Instytut Immunologii i Terapii Doœwiadczalnej PAN we Wroc³awiu

(2)

MUC4 i MUC7 [Bobek i wsp., 1993; Gen- dler i wsp., 1990; Gum i wsp., 1994; Mo- niaux i wsp., 1999], natomiast dla pozosta-

³ych jest ona poznana tylko czêœciowo.

Analiza cDNA pozwoli³a na potwierdzenie wczeœniejszych danych dotycz¹cych nie- zwykle wysokiej zawartoœci reszt piêciu aminokwasów: seryny, treoniny i proliny, jak równie¿ glicyny i alaniny, które razem stanowi¹ a¿ 50 proc. wszystkich reszt aminokwasowych. Pierwsz¹ pe³n¹ sekwencjê cDNA podano dla ludzkiej mucyny o na- zwie episjalina (PEM – polimorfic epithelial mucin, PUM, MAM-6, DF-3), która wystê- puje na powierzchni wielu ró¿nych komó- rek i która obecnie nosi nazwê MUC1 [Gendler i wsp., 1990]. Razem z MUC4 [Moniaux i wsp., 1999], s¹ to jedyne mucyny nab³onkowe reprezentuj¹ce integralne bia³ka b³onowe. Nale¿y zaznaczyæ, ¿e w przypadku niektórych mucyn ekspresjê ich genów stwierdza siê w wiêkszoœci na- b³onków, czego przyk³adem s¹ MUC1 i MUC4 [Audie i wsp., 1993; Carrato i wsp., 1994; Ho i wsp., 1993], w przypadku innych ta ekspresja jest ograniczona tylko do niektórych narz¹dów. I tak mRNA dla MUC7 stwierdza siê tylko w pod¿u- chwowych gruczo³ach œlinowych i tchawi- cy [Biesbrock i wsp., 1997]. Stwierdzono równie¿, ¿e ta sama komórka zdolna jest do ekspresji kilku ró¿nych mucyn, czego

przyk³adem s¹ komórki kubkowe b³ony œlu- zowej jelit produkuj¹ce MUC2 i MUC3 [Chang i wsp., 1994].

Czêœæ bia³kowa mucyn zbudowana jest z kilku ró¿nych domen. Najwiêksz¹ z nich, tzw. domenê TRP (ang. Tandem Repeat Peptide), która jest obecna w ka¿dej z po- znanych mucyn, tworz¹, wystêpuj¹ce jeden za drugim, powtarzaj¹ce siê odcinki o identycznym sk³adzie aminokwasowym.

Wielkoœæ tych fragmentów i ich sekwencja aminokwasowa s¹ charakterystyczne dla danego typu apomucyny, natomiast liczba powtarzaj¹cych siê odcinków jest zmienna, st¹d te¿ ich angielska nazwa VNTR (varia- ble number of tandem repeats). W przypadku MUC1 waha siê ona w granicach od 20 do 120 takich powtórzeñ, z których ka¿de utworzone jest z 20 aminokwasów [Gendler i wsp., 1990]. Centralnie po³o¿on¹ dome- nê TRP charakteryzuje bardzo wysoka za- wartoœæ reszt treoniny i seryny, z których wiele podstawionych jest ³añcuchami O-glikozydowymi.

W cz¹steczce b³onowej mucyny MUC1 (episjalinie) po obu stronach domeny TRP wystêpuj¹ sekwencje równie¿ bogate w reszty treoniny i seryny, które jednak nie s¹ glikozylowane (ryc. 1A). Podobnie jak w przypadku innych integralnych bia³ek b³onowych, MUC1 zawiera domenê œródb³o- now¹, za pomoc¹ której cz¹steczki zako- twiczone s¹ w b³onie komórkowej, oraz do- menê cytoplazmatyczn¹. Domena zewn¹trz- komórkowa mo¿e byæ zbudowana z 1000 do 2200 aminokwasów, co zwi¹zane jest ze zmienn¹ liczb¹ podjednostek w dome- nie TRP [Gendler i wsp., 1990]. Ze wzglê- du na sztywny, wyd³u¿ony kszta³t domeny zewn¹trzkomórkowej, mo¿e ona wystawaæ ponad powierzchniê b³ony komórkowej na odleg³oœæ 200-500 nm [Wessling i wsp., 1995, 1996]. Taka cz¹steczka MUC1 utwo- rzona jest z dwóch niekowalencyjnie zwi¹- zanych ³añcuchów polipeptydowych, które powstaj¹ w wyniku proteolitycznego rozszcze- pienia pierwotnej cz¹steczki [Ligtenberg i wsp., 1992]. W cz¹steczce drugiej z mucyn b³onowych – MUC4 równie¿ wyró¿niæ mo¿na czêœæ zewn¹trzkomórkow¹ z dome- n¹ TRP oraz czêœæ œródb³onow¹ i ogon cy- toplazmatyczny [Moniaux i wsp., 1999]. Po- miêdzy domen¹ TRP a powierzchni¹ b³ony komórkowej wyró¿niæ mo¿na dodatkowo:

dwie domeny typu EGF, dwie domeny bogate w cysteinê oraz odcinek, w którym przy³¹czone s¹ ³añcuchy N-glikozydowe.

Natomiast cz¹steczki mucyn wydzielniczych zawieraj¹, obok domeny TRP, jesz- cze inne rodzaje domen. Mucyny MUC2 (ryc. 1B), MUC5AC, MUC5B i MUC6 wykazuj¹ pewne podobieñstwa w budowie, czego wyrazem jest obecnoœæ w ka¿dej z nich domen bogatych w cysteinê, analo- gicznych do domen D wystêpuj¹cych w bia³ku – czynniku von Willebranda.

W przypadku MUC2 domeny typu D stwierdza siê na obu koñcach cz¹steczki [Gum i wsp., 1994], natomiast w genach mucyn

MUC5AC, MUC5B i MUC6 podobne domeny wykryto w sekwencjach le¿¹cych, w sto- sunku do domeny TRP, od strony koñca 3' tych genów [Meerzaman i wsp., 1994; To- ribara i wsp., 1997].

Mucyny wydzielnicze wystêpuj¹ g³ównie w formie oligomerów. Badania prowadzone przy u¿yciu mikroskopu elektronowego wykaza³y, ¿e tworz¹ one liniowe struktury, jak to ma miejsce w przypadku mucyn pochodz¹cych z ludzkich oskrzeli [Slayter i wsp., 1984]. Homooligomery powstaj¹ce w wyniku tworzenia mostków dwusiarczkowych pomiêdzy domenami bogatymi w cysteinê s¹siaduj¹cych monomerów wykazuj¹ znacz- n¹ heterogennoœæ pod wzglêdem wielko- œci. To w³aœnie obecnoœæ oligomerów wa- runkuje ¿elowat¹ konsystencjê œluzów wy- œcielaj¹cych œwiat³o uk³adu oddechowego, czy pokarmowego.

Mucyna MUC7 ró¿ni siê od pozosta³ych mucyn wydzielniczych wielkoœci¹ (masa cz¹- steczkowa wynosi jedynie 125-250 kDa) i brakiem domen bogatych w cysteinê [Bo- bek i wsp., 1993]. Cz¹steczki MUC7 wystê- puj¹ g³ównie w formie monomerów, obok któ- rych spotyka siê po³¹czone koñcami dimery, oraz tworz¹ce „gwiazdê” tetramery [Mehro- tra i wsp., 1998]. Wreszczcie, sklonowany ostatnio gen dla MUC3 wykazuje obecnoœæ jednej domeny podobnej do EGF, której funk- cja nie jest znana [Gum i wsp., 1997].

Mimo wielu podobieñstw w budowie i sk³adzie aminokwasowym mucyny wydaj¹ siê reprezentowaæ heterogenn¹ grupê bia-

³ek o wspólnych funkcjach, a nie jedn¹ ro- dzinê bia³kow¹, na co wskazuje bardzo ma-

³y stopieñ homologii w ich sekwencjach aminokwasowych [von Klinken i wsp., 1995].

Część cukrowa (O-glikany)

W glikoproteinach typu mucyn licznie wystêpuj¹ce ³añcuchy cukrowe po³¹czone s¹ z rdzeniem bia³kowym przede wszystkim wi¹zaniami O-glikozydowymi, utworzonymi pomiêdzy resztami treoniny i seryny ³añcu- cha polipeptydowego a resztami N-acetylo- galaktozoaminy ³añcucha cukrowego.

£añcuchy O-glikozydowe mucyn dzielimy umownie na trzy czêœci: (i) odcinek rdzeniowy (ang. inner core), „szkieletowy” (backbone) i obwodowy (periphery) [Hanski i wsp., 1992].

O-glikany mucyn, zbudowane zwykle z 1-20 reszt cukrowych, mog¹ tworzyæ struktury liniowe, b¹dŸ wystêpowaæ jako struktury rozga³ê- zione. S¹ one zwykle na³adowane ujemnie ze wzglêdu na obecnoœæ licznych reszt kwasu sjalowego lub grup siarczanowych, przy³¹czonych do galaktozy lub N-acetyloglukozoaminy

³añcucha cukrowego.

Odcinek rdzeniowy, stanowi¹cy najbar- dziej wewnêtrzny fragment ³añcucha cukrowego, po³¹czony jest bezpoœrednio z reszt¹ seryny/treoniny ³añcucha polipeptydowego poprzez redukcyjn¹ resztê N-acetylogalak- tozoaminy. W znanych dotychczas mucynach stwierdzono obecnoœæ 8 typów rdzeni (tab.

1.) [Kim i wsp., 1996]. Nie wykazano, przy- najmniej na razie, ¿adnych ogólnych regu³

Tab. 3. Cukrowe antygeny towarzysz¹ce nowotworom, wystêpuj¹ce na ³añcuchach O-glikozydowych mucyn

T Gal

β

^1-3GalNAc

α

^-Ser/Thr

Tn GalNAc

α

^-Ser/Thr

sjalo-Tn NeuAc

α

^{2-6 GalNAc}

α

^-Ser/Thr

sLe^x NeuAc

α

^2-3Gal

β

^1-4[Fuc

α

^1-3]GlcNAc

β

^-R

sLe^a NeuAc

α

^2-3Gal

β

^1-3[Fuc

α

^1-4]GlcNAc

β

^-R

(3)

dotycz¹cych wystêpowania mucyn o okre- œlonym typie rdzenia w danym typie tkanki.

Najczêœciej spotykane w prawid³owych tkankach s¹ struktury rdzeniowe typu 1, 2, 3 i 4.

Na przyk³ad w komórkach nab³onka okrê¿- nicy wystêpuj¹ mucyny z ³añcuchami O-glikozydowymi o rdzeniu cukrowym typu 3 [Podolsky, 1985], natomiast w komórkach pochodz¹cych z ¿o³¹dka – typu 1 i 2 [Slo- miany i wsp., 1984]. Nale¿y zaznaczyæ, ¿e typ rdzenia syntetyzowany przez komórkê mo-

¿e ulec zmianie w wyniku transformacji nowotworowej [Kim i wsp., 1996; Hanski i wsp., 1992]. I tak w przypadku raka okrê¿nicy obok rdzenia typu 3, pojawiaj¹ siê O-glikany z rdzeniami typu 1 i 5.

Prawid³owe komórki nab³onkowe b³on œluzowych cz³owieka wytwarzaj¹ mucyny z ³añcuchami cukrowymi o czterech typach odcinka „szkieletowego” (tab. 2.). Typ 2 odcinka „szkieletowego” mo¿e wyd³u¿aæ siê, tworz¹c tzw. ³añcuchy polilaktozoami- nowe zbudowane z powtarzaj¹cych podjednostek N-acetylolaktozoaminy.

W czêœci obwodowej ³añcuchów O-glikozydowych mucyn do ³añcucha g³ównego najczêœciej przy³¹czane s¹ reszty kwasu sjalowego i/lub fukozy, co prowadzi do powstania antygenów z grupy Lewis (tab. 3.) [Feizi i Childs, 1987]. Stosunkowo czêsto przy³¹czane s¹ równie¿ grupy siarczano- we [Van Beurden-Lamers i wsp., 1989].

Znacznie rzadziej natomiast terminaln¹ reszt¹ cukrow¹ jest N-acetylogalaktozoami- na lub galaktoza, co z kolei prowadzi do powstania antygenów grupowych ABO (tab. 3.) [Feizi i Childs, 1985]. Obecnoœæ licznych reszt kwasu sjalowego i grup siarczanowych nadaje mucynom wydzielni-

czym ³adunek ujemny, którego obecnoœæ w du¿ej mierze determinuje w³aœciwoœci fi- zykochemiczne tej grupy glikoprotein.

W komórkach prawid³owych mucyny b³o- nowe, nie bêd¹ce sk³adnikiem œluzu, zawieraj¹ stosunkowo niedu¿o reszt kwasu sjalowego i grup siarczanowych na ko- rzyœæ galaktozy, fukozy i N-acetylohekso- zoamin [Corfield i Warren, 1996].

Obok ³añcuchów O-glikozydowych, cz¹- steczki mucyn mog¹ równie¿ zawieraæ nie- wielk¹ liczbê ³añcuchów N-glikozydowych [Hilkens i Buijs, 1988]. W przypadku mucyny MUC1, bêd¹cej integralnym bia³kiem b³onowym, s¹ to ³añcuchy cukrowe typu z³o¿onego [Hilkens i Buijs, 1988]. Nato- miast na mucynach typu wydzielniczego wydaj¹ siê dominowaæ ³añcuchy N-glikozydowe typu „bogatego w mannozê” [Van Nieuw Amerongen i wsp., 1987].

ZMIANY W EKSPRESJI

I GLIKOZYLACJI MUCYN POWSTA£E W WYNIKU TRANSFORMACJI NOWOTWOROWEJ

Liczne badania porównawcze tkanek nowotworowych i odpowiadaj¹cych im tkanek prawid³owych, jak równie¿ rosn¹cych in vitro linii komórkowych transformowanych i nietransformowanych wykaza³y, ¿e zmiany w czêœci bia³kowej i cukrowej mucyn nieod³¹cznie towarzysz¹ komórkom nowotworowym. Zmiany w czêœci bia³kowej mo- g¹ obejmowaæ zarówno zmniejszenie lub zwiêkszenie ekspresji danej apomucyny, jak i zmiany w rodzaju produkowanych mucyn.

Szczególnie du¿o uwagi poœwiêcono zmianom w ekspresji mucyny MUC1. Z ba-

dañ tych wynika, ¿e procesowi nowotwo- rowemu na ogó³ towarzyszy znacz¹ce podwy¿szenie poziomu ekspresji, zwi¹za- nej z powierzchni¹ komórki mucyny [Zot- ter i wsp., 1988]. W przypadku z³oœliwych form raka piersi mo¿e on byæ do 10 razy wiêkszy w porównaniu z prawid³ow¹ tkan- k¹ [Zotter i wsp., 1988]. Sugeruje siê, ¿e ekspresja de novo lub nadekspresja mucyny MUC1 jest cech¹ komórek nowotworowych zwi¹zan¹ z ich inwazyjnoœci¹. Ko- relacjê miêdzy obecnoœci¹ MUC1 a inwa- zyjnoœci¹ komórek nowotworowych pokazano miêdzy innymi na przyk³adzie inwazyjnego raka przewodu trzustki, inwazyjnego raka przewodów ¿ó³ciowych, bro- dawczaka trzustki œluzotwórczego wewn¹trzprzewodowego i gruczolakoraka przewodów ¿ó³ciowych [Yonezawa i Sato, 1997; Yonezawa i wsp., 1998]. Równocze- œnie obecnoœæ mucyny MUC2 w tych sa- mych typach nowotworów wskazuje na ich nieinwazyjny charakter i jest dobrym wskaŸnikiem prognostycznym [Yonezawa i Sato, 1997]. Innym przyk³adem zmian ilo- œciowych i jakoœciowych w ekspresji mucyn s¹ komórki raka piersi, w których, obok znacznie podwy¿szonej ekspresji MUC1, stwierdza siê obecnoœæ mucyny MUC6, nie wytwarzanej przez prawid³owe komórki [de Bolos i wsp., 1998].

Zmiany, którym podlegaj¹ ³añcuchy cukrowe mucyn, a które zwi¹zane s¹ z pro- cesem nowotworowym, mo¿na podzieliæ na trzy kategorie: (i) obni¿enie liczby ³añcu- chów O-glikozydowych przy³¹czonych do apomucyny, (ii) niekompletn¹ syntezê O- glikanów, której towarzyszy nagromadza-

A

N

B

N

TS TS

TS T

T

SH SH SHSH

– domena TRP

– domena bogata w Ser i Thr – domena cytoplazmatyczna – domena śródbłonowa – domena typu D – łańcuch O-glikozydowy – łańcuch N-glikozydowy

SH

SH SH

C C

TRP

D D D

D

D C

TRP TRP

C

Ryc. 1. Schemat budowy mucyn: (A) mucyna b³onowa MUC1, (B) mucyna wydzielnicza MUC2, opis w tekœcie

246

Wspó³czesna Onkologia

(4)

nie struktur prekursorowych, (iii) zmiany w strukturach ³añcuchów O-glikozydowych.

Obni¿enie liczby ³añcuchów O-glikanów prowadzi do ods³oniêcia pewnych fragmen- tów ³añcucha polipetydowego mucyn, któ- re staj¹ siê dostêpne, np. dla komórek uk³a- du odpornoœciowego [Finn i wsp., 1995].

Zjawisko to, obserwowane w przypadku MUC1 obecnej na komórkach raka piersi, jajnika i trzustki próbuje siê obecnie wyko- rzystywaæ w immunoterapii tych nowotwo- rów (patrz rozdzia³: MUC1 jako antygen).

W wyniku niekompletnej syntezy ³añcu- chów O-glikozydowych mucyn, na powierzchni komórek nowotworowych groma- dz¹ siê antygeny T, Tn i sjalo-Tn (tab. 4.) [Lisowska, 1995]. W tkankach prawid³o- wych antygen T wystêpuje g³ównie w formie kryptycznej, maskowany przez do³¹- czenie innych reszt cukrowych, najczêœciej kwasu sjalowego lub przez bardziej ekspo- nowane na zewn¹trz b³ony komórkowej inne ³añcuchy cukrowe. Mo¿na go wykryæ, na przyk³ad na powierzchni prawid³owego nab³onka prze³yku czy ¿o³¹dka, ale tylko w iloœciach œladowych. Zwiêkszona ekspresja antygenu T i Tn koreluje z nabyciem przez komórki fenotypu inwazyjnego w ra- kach pêcherza moczowego, okrê¿nicy, trzustki i sutka [Dall'Olio, 1995]. Antygen sjalo-Tn pojawia siê na powierzchni komó- rek gruczolakoraka okrê¿nicy (94 proc.), piersi (84 proc.), p³uc (96 proc.) i jajników (100 proc.) [Thor i wsp., 1986].

Przyk³adem typowych modyfikacji struktur cukrowych zwi¹zanych z transformacj¹ nowotworow¹ s¹ zmiany w ekspresji uk³a- dów grupowych ABH i Lewis [Feizi i Childs, 1985]. W przypadku tych ostatnich prowadzi to do pojawiania siê (neosyntezy) na powierzchni komórek nowotworowych antyge- nów sjalo-Lewis^a, sjalo-Lewis^x, czy polime- rycznych form antygenów sjalo-Lewis^x i Lewis^y, których nie stwierdza siê na odpowiadaj¹cych im prawid³owych komórkach.

Generalnie, w porównaniu z prawid³owy- mi komórkami, mucyny wytwarzane przez komórki nowotworowe charakteryzuj¹ siê mniejsz¹ liczb¹ krótszych O-glikanów.

ROLA W PROGRESYWNYM WZROŒCIE NOWOTWOROWYM

Mucyny wydzielnicze, wchodz¹ce w sk³ad œluzu wyœcielaj¹cego œwiat³a przewodu pokarmowego, oddechowego, moczo-p³ciowego, pe³ni¹ funkcje przede wszystkim oocchhrroonnnnee [Van Klinken i wsp., 1995]. Lepkoœæ œluzu, jego w³aœciwoœci mechaniczne, s¹ w g³ównej mierze uzale¿- nione od czêœci cukrowej mucyn, tzn.

obecnoœci rozlicznych ³añcuchów O-glikozydowych oraz od ich wystêpowania w formie oligomerów.

Obok tej, tradycyjnie przypisywanej im funkcji, mucyny, zw³aszcza b³onowe, ze wzglêdu na du¿e rozmiary, ogromn¹ iloœæ

³añcuchów cukrowych, konformacjê cz¹- steczki oraz ujemny ³adunek, mog¹ byæ, z jednej strony, istotn¹ przeszkod¹ sterycz-

n¹ w oddzia³ywaniach miêdzy komórkami;

z drugiej mog¹ pe³niæ rolê ligandów dla cz¹steczek adhezyjnych, u³atwiaj¹c w ten sposób te kontakty. Dlatego nadekspresja mucyn ma znacz¹cy wp³yw na ww³³aaœœcciiwwooœœccii a

addhheezzyyjjnnee komórek [Hilkens i wsp., 1992;

Van Klinken i wsp., 1995]. Przyk³adem ha- muj¹cego wp³ywu na adhezjê jest episjalina (MUC1), która w prawid³owych komór- kach nab³onka jest obecna wy³¹cznie na powierzchni apikalnej, natomiast w wyniku transformacji nowotworowej pojawia siê w du¿ej iloœci na ca³ej powierzchni b³ony komórkowej [Zotter i wsp., 1988]. W konsekwencji prowadzi to do rozluŸnienia oddzia-

³ywañ komórki nowotworowej z komórkami s¹siednimi oraz z macierz¹ zewn¹trzkomór- kow¹, co mo¿e, np. u³atwiaæ uwalnianie siê komórek nowotworowych z guza pierwotne- go [Hilkens i wsp., 1992; Wesseling i wsp., 1995, 1996]. Zdaniem Wessling i wsp.

(1996) anty-adhezyjne w³aœciwoœci episjali- ny wynikaj¹ najprawdopodobniej z jej struktury. Osi¹gaj¹ca znaczn¹ d³ugoœæ (200-500 nm), sztywna cz¹steczka przes³ania inne, le¿¹- ce w obrêbie glikokaliksu glikoproteiny o œredniej d³ugoœci cz¹steczki oko³o 35 nm.

Natomiast ujemny ³adunek, który cz¹stecz- kom MUC1 nadaj¹ reszty kwasu sjalowego, zdaniem tych autorów, wydaje siê odgry- waæ znacznie mniejsz¹ rolê w jej antyadhe- zyjnych w³aœciwoœciach. Przeciwne wyniki uzyskali natomiast Sawada i wsp. (1993), którzy w przypadku komórek SW1990 ludzkiego raka trzustki wykazali, ¿e kwas sjalo- wy, zwi¹zany w³aœnie z ³añcuchami O-glikozydowymi mucyn, obni¿a adhezjê homo- i heterotypow¹ komórek nowotworowych.

W procesie wi¹zania komórek nowotworowych do œródb³onka naczyniowego, który w konsekwencji prowadzi do migracji tych pierwszych z uk³adu naczyniowego, daje siê wyró¿niæ dwa podstawowe etapy. Zgodnie z hipotez¹ zaproponowan¹ przez Honna i Tanga (1992) etap pierwszy obejmuje wstêpne rozpoznanie i s³abe oddzia³ywania miêdzy komórkami œródb³onka, a tocz¹cymi siê na nich komórkami nowotworowymi, w czym udzia³ bior¹ cz¹steczki adhezyjne – selektyny E i P i odpowiednie ligandy cukrowe, g³ównie antygeny sjalo-Lewis^ai sjalo-Le- wis^x. Etap drugi obejmuje silne oddzia³ywania miêdzykomórkowe, za które s¹ odpowie- dzialne przede wszystkim cz¹steczki adhezyjne z rodziny integryn. Rezultaty ostatnich badañ wskazuj¹ na mucyny jako g³ów- ne noœniki antygenów sjalo-Lewis^ai sjalo-Le- wis^xna komórkach nowotworowych [Ugorski i K³opocki, 1996]. Usuniêcie tych glikoprotein z powierzchni b³ony komórkowej za pomo- c¹ O-sjaloglikoproteazy, enzymu trawi¹cego wy³¹cznie bia³ka z rodziny mucyn, powodu- je w przypadku niektórych linii komórkowych raka okrê¿nicy znaczne obni¿enie ich adhezji do selektyny E i P [Mannori i wsp., 1995].

Podobne wyniki uzyskano stosuj¹c inhibitor syntezy ³añcuchów O-glikozydowych – ben- zylo-α-N-acetylogalaktozoaminê [Izumi i wsp., 1995; Kojima i wsp., 1992]. Wskutek dzia³a- nia tego inhibitora na powierzchni komórek

pojawiaj¹ siê mucyny pozbawione antygenów Lewis. Obni¿enie zdolnoœci wi¹zania komó- rek raka trzustki do selektyny E uzyskiwano równie¿ poprzez zablokowanie tych oddzia-

³ywañ za pomoc¹ mucyn, zawieraj¹cych antygeny sjalo-Lewis^ai sjalo-Lewis^x, pochodz¹cych z surowicy pacjentów z chorob¹ nowotworow¹ [Sawada i wsp., 1994].

Wydaje siê, ¿e im wiêcej jest mucyn na powierzchni komórki nowotworowej, im licz- niej zatem prezentowane s¹ ligandy dla selektyn – antygeny sjalo-Lewis^a i sjalo-Le- wis^x, tym wiêksza jest zdolnoœæ komórek do tworzenia przerzutów [Huand i wsp., 1992]. Na przyk³adzie komórek ludzkiego raka okrê¿nicy pokazano, ¿e zahamowanie glikozylacji mucyn obni¿a w³aœciwoœci in- wazyjne takich komórek w warunkach in vitro [Yoon i wsp., 1996].

Bior¹c powy¿sze informacje pod uwagê wydaje siê, ¿e mucyny, zw³aszcza te zwi¹- zne z powierzchni¹ komórki, jak MUC1, odgrywaj¹ wa¿n¹ rolê we w³aœciwoœciach adhezyjnych komórek nowotworowych. Mucyny spe³niaj¹ bowiem wszystkie podstawowe kry- teria „dobrych” ligandów dla selektyn: (i) dziêki wyd³u¿onej i sztywnej budowie oraz wielkoœci s¹ dobrze wyeksponowane na powierzchni komórek, (ii) posiadaj¹ du¿¹ licz- bê ³añcuchów O-glikozydowych, które sku- pione w „pêki”, wystêpuj¹ g³ównie w obrêbie jednej domeny TRP i jak to ju¿ wspomniano (iii) s¹ g³ównymi noœnikami antygenów cukrowych sjalo Lewis^a i sjalo Lewis^x na powierzchni komórek nowotworowych.

MUC1 JAKO ANTYGEN

Mucyna MUC1 ze wzglêdu na po- wierzchniow¹ lokalizacjê, budowê cz¹steczki, której charakterystyczn¹ cech¹ jest obecnoœæ powtarzaj¹cych siê sekwencji aminokwasowych tworz¹cych powtarzaj¹ce siê epitopy antygenowe oraz ze wzglêdu na fakt, ¿e w komórkach nowotworowych wykazuje ni¿szy stopieñ glikozylacji, mo¿e byæ rozpoznawana przez komórki uk³adu immunologicznego [Barratt-Boyes, 1996].

Rozpoznanie MUC1 zarówno przez limfocyty T (CD8⁺) cytotoksyczne, jak i pomocni- cze nie wymaga jej prezentacji, odpowiednio przez cz¹steczki MHC klasy I i II [Finn i wsp., 1995]. Jest ona bezpoœrednio wi¹za- na przez cz¹steczki TCR. Zdolnoœæ do wy- wo³ania odpowiedzi immunologicznej typu ko- mórkowego przez MUC1 wykazano pocz¹t- kowo u pacjentów z rakiem trzustki i piersi, u których stwierdzono obecnoœæ cytotoksycz- nych limfocytów T w drenuj¹cych wêz³ach ch³onnych. Komórki te, po stymulacji in vitro, reagowa³y z i niszczy³y komórki ró¿nych linii komórkowych raka trzustki i piersi pod wa- runkiem, ¿e na ich powierzchni wystêpowa-

³y cz¹steczki MUC1 [Barnd i wsp., 1989].

Cytotoksyczne limfocyty T rozpoznaj¹ jako swoisty epitop czêœæ apomucyny. Epitop ten jest zlokalizowany w bezpoœrednim s¹- siedztwie epitopu wi¹zanego przez przeciw- cia³a i obejmuje peptyd Ala-Pro-Asp-Thr-Arg stanowi¹cy czêœæ powtarzaj¹cych siê od-

(5)

cinków aminokwasowych, wchodz¹cych w sk³ad domeny TRP [Burchell i wsp., 1989]. St¹d w jednej cz¹steczce MUC1 ta- ki epitop mo¿e byæ powtórzony od 20 do 120 razy. Jego pojawienie zwi¹zane jest ze zmniejszon¹ glikozylacj¹ mucyn w ko- mórkach nowotworowych.

Ostatnio, u pacjentek z rakiem piersi, opisano równie¿ odpowiedŸ typu komórko- wego, której wytworzenie wymaga prezentacji specyficznych peptydów pochodz¹- cych z MUC1 przez cz¹steczki MHC klasy I [Domenech i wsp., 1995]. Obok odpowiedzi typu komórkowego, u pacjen- tów z rakiem jajnika, piersi i trzustki stwierdza siê równie¿ obecnoœæ swoistych prze- ciwcia³ skierowanych przeciwko MUC1 [Gourevitch i wsp., 1995; Kotera i wsp., 1994; Mensdorff-Pouilly i wsp., 1996].

Mucyna MUC1 posiada w³aœciwoœci im- munomodulacyjne. Lityczne dzia³anie lim- focytów T mo¿e byæ, np. hamowane przez cz¹steczki MUC1 obecne w kr¹¿eniu, jak to wykazano u pacjentek z rakiem piersi [Barnd i wsp., 1989; Hilkens i wsp., 1992].

Podobny efekt mo¿na obserwowaæ w przypadku komórek nowotworowych z wysok¹ ekspresj¹ MUC1 na ich powierzchni [Gim- mi i wsp., 1996].

Cz¹steczki mucyn staj¹ siê równie¿ im- munogenne ze wzglêdu na obecnoœæ specyficznych struktur cukrowych, takich na przyk³ad jak antygeny Tn czy sjalo-Tn [Apostolopoulos i McKenzie, 1994].

PODSUMOWANIE

Ostatnia dekada przynis³a ogromny po- stêp wiedzy na temat budowy i w³aœciwo- œci mucyn, co zawdziêczamy w bardzo du¿ej mierze rozwojowi biologii molekular- nej. Sklonowanie genów koduj¹cych cz¹- steczki mucyn pozwoli³o na opracowanie odpowiednich ich modeli na poziomie pro- duktu bia³kowego, co z kolei znacznie u³a- twi³o badania nad funkcjami biologicznymi tych glikoprotein. Jak to ju¿ zosta³o powie- dziane, tradycyjna rola mucyn sprowadza- j¹ca siê wy³¹cznie do funkcji ochronnych, to tylko jedna z proponowanych aktywno- œci biologicznych. Jak siê wydaje, mucyny odgrywaj¹ bardzo wa¿n¹ rolê we w³a- œciwoœciach adhezyjnych komórek i co jest bardzo prawdopodobne w przypadku mucyn b³onowych – maj¹ one braæ udzia³ w przekazie sygna³u do wnêtrza komórki.

Mucyna MUC1, jeden z najlepiej pozna- nych antygenów towarzysz¹cych nowotworom, ze wzglêdu na swoje biochemiczne i immunologiczne w³aœciwoœci, wydaje siê byæ bardzo interesuj¹cym celem w immunoterapii nowotworów. Do otrzymania sku- tecznej szczepionki przeciwnowotworowej, próbuje siê wykorzystywaæ syntetyczne peptydy, o sekwencjach odpowiadaj¹cych fragmentom apomucyny, w po³¹czeniu z adjuwantami, czy syntetyczne antygeny cukrowe typu Tn i sjalo-Tn [Apostolopoulos i McKenzie, 1994; Barratt-Boyes, 1996;

Finn i wsp., 1995].

PIŒMIENNICTWO

1. Apostolopoulos V, McKenzie FC. Crc Rev Im- munol 1994; 14:293-309.

2. Audie JP, Janin A, Porchet N, Copin C, Gos- selin B, Aubert JP. J Histochem Cytochem 1993; 41:1479-1485.

3. Barnd DL, Lan MS, Metzgar RS, Finn OJ. Proc Nat Acad Sci USA 1989; 86:7159-7163.

4. Barratt-Boyes SM. Cancer Immunol Immuno- ther 1996; 43:142-151.

5. Becker JW, Ericson HP, Hoffman S, Cunnin- gham BA, Edelman GM. Proc Natl Acad Sci USA 1989; 86:1088-1092.

6. Biesbrock AR, Bobek LA, Levine MJ. Glyco- conjugate J 1997; 14:415-422.

7. Bobek LA, Tsai H, Biesbrock AR, Levine MJ. J Biol Chem 1993; 268:20563-20569.

8. Burchell J, Taylor-Papadimitriou J, Boshell M, Gendler S, Duhig T. Int J Cancer 1989;

44:691-696.

9. Carlstedt I, Lindgren H, Sheehan JK, Ulmsten U, Wingerup L. Biochem J 1983; 211:13-22.

10. Carrato C, Balague C, De Bolos C, Gonzales E, Gambus J, Planas J, Perini JM, Andreu D, Real FX. Gastroenterology 1994; 107:160-172.

11. Chang SK, Dohrman AF, Basbaum CB, Ho SB, Tsuda T, Toribara NW, Gum JR, Kim YS. Ga- stroenterology 1994; 107:28-36.

12. Corfield AP, Warren BF. J Pathol 1996; 180:8-17.

13. Dall'Olio F. Clin Mol Pathol 1995; 49:126-135.

14. de Bolos C, Guma M, Barranco C, Garrido M, Kim SY, Real FX. Int J Cancer 1998; 77:193-199.

15. Domenech N, Henderson RA, Finn OJ. J Im- munol 1995; 155:4766-4774.

16. Feizi T, Childs RA. Trends Biochem Sci 1985;

1:24-29.

17. Finn OJ, Jerome KR, Henderson RA, Pecher G, Domenech N, Magarian-Blander J, Barratt- -Boyes SM. Immunol Rev 1995; 145:61-89.

18. Gendler SJ, Lancaster CA, Taylor-Papadimi- triou J, Duhig T, Peat N, Burchell J, Pember- ton L, Lalani EN, Wilson D. J Biol Chem 1990;

265:15286-15293.

19. Gimmi CD, Morrison BW, Mainprice BA, Grib- ben JG, Boussiotis VA, Freeman GJ, Park SYL, Watanabe M, Gong J, Hayes DF, Kufe DW, Nadler LM. Nat Med 1997; 2:1367-1370.

20. Gourevitch MM, Mensdorff-Pouilly S von, Litvi- nov SV, Kenemans P, van Kamp GJ, Verstra- ete AA, Hilgers J. Br J Cancer 1995; 72:934.

21. Gum JR, Hicks JW, Toribara NW, Siddiki B, Kim YS. J Biol Chem 1994; 269:2440-2446.

22. Gum JR, Ho JJL, Pratt WS, Hicks JW, Hill AS, Vinall LE, Roberton AM, Swallow PM, Kim YS.

J Biol Chem 1997; 272:26678-26686.

23. Hanski C, Hanisch FG, Riecken EO. Cancer J 1992; 5:332-342.

24. Hilkens J, Buijs F. J Biol Chem 1988;

263:4215-4222.

25. Hilkens J, Ligtenberg MJL, Vos H, Litvinov SV.

Trends Biochem Sci 1992; 17:359-363.

26. Ho SB, Niehans GA, Lyftogt C, Yan PS, Cher- witz DL, Gum ET, Dahiya R, Kim YS. Cancer Res 1993; 53:641-651.

27. Honn KV, Tang DG. Cancer Metastasis Rev 1992; 11:353-375.

28. Izumi Y, Taniuchi Y, Tsuji T, Smith CW, Nako- mori S, Fidler IJ, Irimura T. Exp Cell Res 1995; 216:215-221.

29. Kim YS, Gum J, Brockhausen I. Glycoconjuga- te J 1996; 13:693-707.

30. Kojima N, Handa K, Newman W, Hakomori S.

Biochem Biophys Res Commun 1992;

182:1288-1295.

31. Kotera Y, Fontenot JD, Pecher G, Matzgar RS, Finn OJ. Cancer Res 1994; 54:2856-2860.

32. Ligtenberg MJL, Kruijshaar L, Buijs F, van Me- ijer M, Litvinow SV, Hilkens J. J Biol Chem 1992; 267:6171-6177.

33. Lisowska E. Acta Biochem Pol 1995; 42:11-18.

34. Mannori G, Crottet P, Cecconi O, Hanasaki K, Aruffo A, Nelson RM, Varki A, Bevilacqua MP.

Cancer Res 1995; 55:4425-4431.

35. Meerzaman D, Charles P, Daskal E, Polymero- poulos MH, Martin BM, Rose MC. J Biol Chem 1994; 269:12932-12939.

36. Mehrotra R, Thornton DJ, Sheehan JK. Bio- chem J 1998; 334:415-433.

37. Mensdorff-Pouilly S von, Gourevitch MM, Kene- mans P, Verstraeten AA, Litvinov SV, van Kamp GJ, Meijer S, Vermorken J, Hilgers J. H Eur J Cancer 1996; 32A:1325.

38. Moniaux N, Nollet S, Porchet N, Degand P, Laine A, Aubert J-P. Biochem J 1999;

338:325-333.

39. Podolsky DK. J Biol Chem 1985; 260:15510-15515.

40. Sawada T, Ho JJL, Chung Y-S, Sowa M, Kim YS. Int J Cancer 1994; 57:901-907.

41. Sawada T, Ho JJL, Sagabe T, Yoon W-H, Chung Y-S, Sowa M, Kim YS. Biochem Bio- phys Res Commun 1993; 195:1096-1103.

42. Sheehan JK, Thornton DJ, Somerville M, Carl- stadt I. Am Rev Respir Dis 1991; 144:S4-S9.

43. Slayter HS, Lamblin G, Le Treut A, Galabert C, Houdret N, Degand P, Roussel P. Eur J Biochem 1984; 142:209-218.

44. Slomiany A, Zdebska E, Slomiany BL. J Biol Chem 1984; 259:14743-14749.

45. Strous GJ, Dekker J. Crc Rev Biochem Molec Biol 1992; 27:57-92.

46. Thor A, Ohuchi N, Szpak C, Johnston W, Schlom J. Cancer Res 1986; 46:3118-3124.

47. Toribara NW, Ho SB, Gum E, Gum JR, Lau P, Kim YS. J Biol Chem 1997; 272:16398-16403.

48. Ugorski M, K³opocki AG. Post Hig Med Doœw 1996; 50:209-231.

49. Nieuw Amerongen AV, Oderkerk C, Roukema P. Carbohydr Res 1987; 164:43-48.

50. Van Beurden-Lamers WMO, Spee-Brand R, Dekker J, Strous GJ. Biochim Biophys Acta 1989; 990:232-239.

51. Van Klinken B-W, Dekker J, Buller HS, Einer- hand AC. Am J Physiol 1995; 269:G613-G627.

52. Wessling J, van der Valk SW, Vos HL, Sonnen- berg A, Hilkens J. J Cell Biol 1995; 129:255-265.

53. Wessling J, van der Valk S, Hilkens J. Mol Biol Cell 1996; 7:565-577.

54. Yonezawa S, Sato E. Pathol Int 1997; 47:813-830.

55. Yonezawa S, Taira M, Osako M, Kubo M, Ta- naka S, Sakoda K, Takao S, Aiko T, Yamamoto M, Irimura T, Kim YS, Sato E. Pathol Int 1998;

48:319-322.

56. Yoon WH, Park HD, Lim K, Hwang B-D. Bio- chem Biophys Res Commun 1996; 222:694-699.

57. Zotter S, Hageman PC, Lossnitzer A, Mooi WJ, Hilgers J. Cancer Rev 1988; 11-12:55-101.

ADRES DO KORESPONDENCJI mgr AAnnnnaa LLaasskkoowwsskkaa

Instytut Immunologii i Terapii Doœwiadczalnej im. Ludwika Hirszfelda PAN

ul. Rudolfa Weigla 12 53-114 Wroc³aw

248

Wspó³czesna Onkologia