Molecular mechanisms of drug resistance in renal cancer

(1)

Wprowadzenie

Rak nerki wykazuje niezwyk³¹ opornoœæ na chemioterapiê systemow¹ – obiektywna odpowiedŸ na leczenie pojedynczym cytostatykiem nie przekracza kilku/kilkunastu procent (stosunkowo najlepsze wyniki daj¹ winblastyna i floksurydyna). Z powodu tak niskiej skutecznoœci podawanie ¿adnego leku nie mo¿e byæ uwa¿ane za standard w leczeniu choroby rozsianej. Zawodz¹ rów- nie¿ oczekiwania zwi¹zane ze schematami wielolekowymi – generalnie wi¹¿¹ siê one z wiêksz¹ cytotoksycznoœci¹ przy braku oczekiwanego zwiêkszenia ak- tywnoœci antyrakowej w stosunku do schematów jednolekowych [1, 2].

Powodem tego stanu rzeczy jest powszechnie wystêpuj¹cy w komórkach raka nerki bardzo z³o¿ony zespó³ mechanizmów molekularnych, który powoduje w du¿ej mierze wrodzon¹, a czêœciowo równie¿ nabyt¹ opornoœæ tych komórek na stosowane chemioterapeutyki. Zjawiska te okreœla siê ogólnym mianem o

oppoorrnnooœœccii wwiieelloolleekkoowweejj (ang. MMDDRR – mmultidrug rresistance) i wwiieelloocczzyynnnniikkoowweejj o

oppoorrnnooœœccii wwiieelloolleekkoowweejj (ang. MM--MMDDRR – mmultifactorial mmultidrug rresistance).

O

Oppoorrnnooœœææ wwiieelloolleekkoowwaa jest to uwarunkowana jednym mechanizmem jedno- czesna opornoœæ na kilka/kilkanaœcie leków, niespokrewnionych ze sob¹ pod wzglêdem struktury i mechanizmów dzia³ania. WWiieelloocczzyynnnniikkoowwaa ooppoorrnnooœœææ wwiiee-- lloolleekkoowwaa jest to opornoœæ wielolekowa uwarunkowana przez kilka/kilkanaœcie ró¿nych mechanizmów opornoœci, wspó³dzia³aj¹cych ze sob¹ [3].

W komórkach mo¿e dzia³aæ bardzo du¿o ró¿nych szlaków molekularnych, powoduj¹cych rozwój opornoœci na leki. Szlaki te mo¿na podzieliæ na kilka g³ównych grup [3, 4]:

• zmniejszenie lub zahamowanie przedostawania siê leków do wnêtrza komórki,

• zzwwiiêêkksszzeenniiee eeffeekkttyywwnnooœœccii uussuuwwaanniiaa lleekkóóww zz wwnnêêttrrzzaa kkoommóórrkkii,,

• aakkttyywwaaccjjaa ssyysstteemmóóww nneeuuttrraalliizzaaccjjii ssuubbssttaannccjjii ttookkssyycczznnyycchh,,

• zmiany w bia³kach, z którymi docelowo wi¹¿e siê lek,

• zzaabbuurrzzeenniiaa pprroocceessóóww,, zzwwii¹¹zzaannyycchh zzee zzmmiiaannaammii ssttrruukkttuurryy DDNNAA¹¹,,

• aktywacja procesów reperacji DNA,

• bbllookkoowwaanniiee aappooppttoozzyy..

Pogrubion¹ czcionk¹ zaznaczono te mechanizmy, których obecnoœæ stwierdzono w komórkach raka nerki. Mechanizmy te i wzajemne powi¹zania miê- dzy nimi s¹ przedmiotem niniejszego artyku³u.

Usuwanie leków z komórki przy pomocy transporterów ABC Rodzina bia³ek transporterów ABC (ang. ABC – AATP-bbinding ccassette) obej- muje bia³ka b³onowe, zbudowane z kilku lub kilkunastu domen przechodz¹cych przez b³onê komórkow¹ oraz jednej lub kilku domen wi¹¿¹cych ATP (ryc. 1.).

Energia, pochodz¹ca z rozk³adu ATP, jest wykorzystywana przez te bia³ka do transportu ró¿nych substancji.

Rodzina transporterów ABC jest bardzo liczna – do tej pory zidentyfiko- wano 48 bia³ek, które podzielono na 7 podrodzin. Filogenetycznie jest to Rak nerki jest nowotworem opornym na

chemioterapiê systemow¹ – obiektywna odpowiedŸ na leczenie zarówno schematami jedno-, jak i wielolekowymi nie przekracza kilku/kilkunastu procent. Przyczyn¹ tego stanu rzeczy jest aktywnoœæ w komórkach tego nowotworu wielu molekularnych mechani- zmów opornoœci wielolekowej.

Cytostatyki s¹ usuwane przy pomocy transporterów MDR i MRP. S¹ to bia³ka b³onowe, wykorzystuj¹ce energiê z roz- k³adu ATP do transportu na zewn¹trz ko- mórki, m.in. alkaloidów Vinca, aktynomy- cyny-D, taksanów i cisplatyny. Aktywne s¹ równie¿ procesy detoksykacji z udzia-

³em cytochromów P450 i glutationu, sko- relowane z opornoœci¹ (odpowiednio) na ifosfamid i paklitaksel oraz cisplatynê, karboplatynê i doksorubicynê.

Komórki raka nerki, wykazuj¹ce naby- t¹ opornoœæ na etopozyd, maj¹ obni¿o- ny poziom topoizomerazy IIα – enzymu odpowiedzialnego za utrzymanie prawid³owej struktury przestrzennej DNA.

Znaleziono równie¿ zwi¹zki miêdzy le- koopornoœci¹ i aktywnoœci¹ onkogenów erbB-1, erbB-2, c-fos i Bcl-2.

Mechanizmy opornoœci na leki przeciwnowotworowe, w których dzia³aj¹ bia³- ka MDR i MPR oraz cytochromy P450 i glutation, s¹ czêsto wrodzon¹ w³aœci- woœci¹ nowotworu, bowiem wywodz¹ siê z procesów zachodz¹cych w normalnych komórkach. Tak zw³aszcza dzieje siê w nowotworach narz¹dów wydziel- niczych. Rak nerki rozwija siê z nab³onkowych komórek kanalików nerkowych, w których bardzo efektywnie dzia³aj¹ szlaki usuwania ksenobiotyków. Po po- wstaniu nowotworu te szlaki stanowi¹ naturaln¹ bazê wykszta³cania oporno- œci na leki. Wydaje siê to byæ g³ówn¹ przyczyn¹ wysokiej opornoœci raka nerki na wiele leków, obecnie wykorzysty- wanych w chemioterapii.

S

S³³oowwaa kklluucczzoowwee:: rak nerki, opornoœæ wielolekowa, glikoproteina P, cytochrom P450, topoizomeraza II, onkogeny.

Wspó³czesna Onkologia (2005) vol. 9; 3 (123–128)

Molekularne mechanizmy chemoopornoœci w raku nerki

Molecular mechanisms of drug resistance in renal cancer

Jolanta Szenajch, Agata Cieœlak

Klinika Onkologii, Wojskowy Instytut Medyczny w Warszawie

(2)

Renal cell carcinoma is highly resistant to systemic chemotherapy – the objective response rates do not exceed several percent for as well single agents as combine regimens. The existence of multifactorial multidrug resistance in this carcinoma is the reason of this state.

Many cytostatics are chased away from renal cancer cells by the efflux pumps – MDR and MRP transporters. They are plasma membrane proteins, using energy from ATP hydrolysis to remove outside the cells such drugs like Vinca alkaloids, actinomycin-D, taxanes and cisplatin. Detoxification processes, using cytochrome P40s and glutathione, are strongly involved in resistance to ifosphamide, paclitaxel and cisplatin, carboplatin, doxorubicin, respectively.

The levels of topoisomerase IIα – the enzyme involved in controlling the topologic states of DNA – are decreased in renal cell carcinoma lines with acquired resistance to etoposide.

The relationship between drug resistance and expression of some oncogenes, like erbB-1, erbB-2, c-fos and Bcl-2 was also found.

Mechanisms of multidrug resistance, involving both MDR and MRP transporters and glutathione, are very often the intrinsic ability of neoplastic cells, due to their existence in normal cells. Especially, this situation takes place in carcinomas of organs with excretory function. Renal cancer is considered to develop from proximal tubular epithelial cells, in which xenobiotics exporting pathways work very effectively. After tumor originating these mechanisms became the natural base of multidrug resistance developing. These circum- stances seem to be the main reason of high resistance of renal cancer to a broad drug spectrum, commonly used in contemporary therapy.

K

Keeyy wwoorrddss:: renal cancer, multidrug resistance, P-glycoprotein, cytochrome P450, topoisomerase II, oncogenes.

bardzo stara grupa bia³ek – musia³a rozwijaæ siê od pocz¹tku ewolucji Eu- caryota, bowiem bia³ka z tej rodziny znaleziono w komórkach dro¿d¿y Sac- charomyces cerevisiae, muszki owocowej Drosophila melanogaster i nicie- nia Caenorhabditis elegans. W normalnych komórkach transportery te pe³- ni¹ bardzo wa¿ne fizjologicznie funkcje, zwi¹zane z przenoszeniem ró¿nych substancji przez b³ony zewn¹trz- i wewn¹trzkomórkowe. Zadziwiaj¹c¹ bio- logiczn¹ w³aœciwoœci¹ transporterów ABC jest to, ¿e chocia¿ schemat ich budowy jest bardzo jednolity, to s¹ one zdolne do transportowania najró¿- norodniejszych hydrofobowych i amfipatycznych cz¹steczek, czêsto o bu- dowie wcale do siebie niepodobnej [5]. Ze zmiennoœci¹ tych genów, kodu- j¹cych transportery ABC, jest zwi¹zane powstawanie tak rozmaitych scho- rzeñ, jak mukowiscydoza, choroby neurologiczne, degeneracja siatkówki, defekty w transporcie cholesterolu i ¿ó³ci, anemia i lekoopornoœæ [4].

Zarówno w zdrowych, jak i nowotworowych komórkach nerki stwierdzono wysok¹ ekspresjê 4 genów, koduj¹cych bia³ka z 2 podrodzin transporte- rów ABC: MMDDRR11 [6] oraz MMRRPP22//ccMMOOAATT [7], MMRRPP33 [8] i MMRRPP66 [3].

Gen mdr1 (ang. mmultiddrug rresistance²) koduje glikoproteinê P o masie cz¹- steczkowej 170 kD, które posiada 12 domen transb³onowych i 2 miejsca wi¹-

¿¹ce ATP; natomiast 3 pozosta³e geny koduj¹ tzw. bia³ka zwi¹zane z opor- noœci¹ wielolekow¹ (ang. mmultiddrug rresistance-associated pprotein); posia- daj¹ce 17 domen transb³onowych i 2 miejsca wi¹¿¹ce ATP (ryc. 1.). Obecnoœæ tych bia³ek wi¹¿e siê z opornoœci¹ na alkaloidy Vinca (winblastynê i winkry- stynê), antracykliny (doksorubicynê i daunorubicynê); aktynomycynê-D, paklitaksel i cisplatynê [3].

Fizjologiczn¹ rol¹ bia³ek MDR i MPR w zdrowych nerkach jest oczyszczanie organizmu z substancji toksycznych podczas wytwarzania moczu. Po- dobnie wysoki poziom ekspresji genu mdr1 znaleziono w normalnym jelicie grubym, w¹trobie i nadnerczach. Opornoœæ na leki w nowotworach tych narz¹dów jest wiêc wrodzona – w czasie chemioterapii komórki nowotworowe, aby unikn¹æ œmierci, wykorzystuj¹ po prostu gotowy szlak fizjologiczny, który dzia³a³ u ich protoplastów – komórek normalnych [9]. Komórki raka nerki s¹ oporne jeszcze przed podaniem leku, nie musi siê wiêc w ca³ej ich populacji dopiero wykszta³caæ subpopulacja oporna na leki. W nowotworach, którym brak tej wrodzonej opornoœci, oporna subpopulacja wykszta³ca siê dopiero pod dzia³aniem presji selekcyjnej, któr¹ jest kontakt z podawanym lekiem – pacjent zyskuje wtedy czas. Niestety, czasu tego nie ma w takich nowotworach, jak rak nerki.

Stwierdzono, ¿e wystêpuj¹ce w genie mdr1 mutacje: C3435T (24 proc. ho- mozygot u rasy kaukaskiej) i G2677 (A/T) obni¿aj¹ poziom ekspresji glikoproteiny P m.in. w nerkach, co na skutek s³abszej ochrony przed ksenobio- tykami powoduje u ich nosicieli wiêksze ryzyko zachorowania na raka nerki. Nik³¹ pociech¹ w tej sytuacji jest nadzieja, ¿e chemioterapia u tych pacjentów mo¿e okazaæ siê skuteczniejsza ni¿ u pacjentów bez mutacji [10].

RRyycc.. 11.. Struktura transporterów ABC bior¹cych udzia³ w lekoopornoœci komórek raka nerki (wg [3], zmienione)

FFiigg.. 11.. Structures of ABC transporters known to confer drug resistance in renal cancer (from [3], altered)

MDR1 (ABCB1) glikoproteina P

MRP2 (ABCC2) cMRP/cMOAT MRP3 (ABCC3)

MRP6 (ABCC6)

A

ATTPP AATTPP

A

ATTPP AATTPP

(3)

112 25 5

Molekularne mechanizmy chemoopornoœci w raku nerki

Procesy przemian leków, które u³atwiaj¹ ich wydalenie z organizmu (detoksykacja)

Te mechanizmy lekoopornoœci wywodz¹ siê równie¿ (podobnie jak opisane wy¿ej procesy z udzia³em bia³ek MDR i MRP) z bardzo wa¿nych dla funkcjonowania komórek, a wiêc powszechnie wystêpuj¹cych procesów, mianowicie z procesów neutralizacji ksenobiotyków. W ogólnym zary- sie procesy te zachodz¹ w dwóch fazach:

faza I – polega g³ównie na hydroksylacji i jej katalizato- rami s¹ przede wszystkim cytochromy P-450 (enzymy o bu- dowie hemoprotein);

faza II – przekszta³cenie hydroksylowanych w poprzed- niej fazie zwi¹zków do ró¿nych metabolitów polarnych, m.in.

przez sprzêganie z glutationem.

G³ównym celem obu faz jest zwiêkszenie polarnoœci zwy- kle lipofilnych ksenobiotyków, a wiêc zwiêkszenie ich rozpusz- czalnoœci w wodzie, co u³atwia wydalenie z organizmu [11].

Zarówno w komórkach raka nerki, jak i w normalnych komórkach nab³onkowych proksymalnych kanalików nerkowych, z których wywodz¹ siê komórki rakowe, stwierdzono ekspresjê kilku izoform cytochromów P450: CYP1B1 [12]

oraz CYP3A4, CYP3A5 i CYP3A7 [13]. Wiadomo, ¿e cytochromy z rodziny CYP3A bior¹ udzia³ w metabolizmie m.in. ifos- famidu i paklitakselu [13].

G

Glluuttaattiioonn ((GGSSHH)) jest to tripeptyd γ-glutamylocysteinylo-gli- cyna. Jego aktywn¹ grup¹ jest reszta sulfhydrylowa SH cyste- iny. GSH jest zwi¹zkiem nukleofilowym, tote¿ sprzêganiu z nim ulegaj¹ elektrofilowe ksenobiotyki, które uleg³y polaryzacji w fazie I. Reakcja ta jest katalizowana przez S-transferazy glutationowe, choæ mo¿e zachodziæ równie¿ bez udzia³u enzy- mów. Koniugaty glutationowe s¹ usuwane z komórek, m.in.

za pomoc¹ transporterów MRP i potem wydalane, np. z mo- czem [11, 14]. Przyk³adem przebiegu tych reakcji jest przedsta- wiony na ryc. 2. schemat z udzia³em GSH i wspó³pracuj¹cych z nim enzymów, prowadz¹cy do inaktywacji cisplatyny [15].

R

Ryycc.. 22.. Inaktywacja cisplatyny przez glutation. γ-GCS – syntetaza γ-glutamylocysteiny, γ-GT – γ-glutamylotransferaza, GST-π – S-tran- sferaza glutationowa, X-SH glutation lub cysteinyloglicyna

FFiigg.. 22.. Inactivation of cisplatin by glutathione. γ-GCS – γ-glutamylcysteine synthetase, γ-GT – γ-glutamyltransferase, GST-π – glutathione-S-transferase π, X-SH – glutathione or cysteinylglycine

G GSSTTππ

cciissppllaattyynnaa

g glliiccyynnaa

γ--gglluuttaammyyllooccyysstteeiinnaa gglluuttaammiinniiaann

reakcja enzymatyczna/enzymatic reaction

reakcja nieenzymatyczna (wg [15], zmienione)/

nonenzymatic reaction (from [15], altered)

ccyysstteeiinnyylloogglliiccyynnaa

ccyysstteeiinnaa g

glluuttaattiioonn ((GGSSHH))

k

koonniiuuggaatt cciissppllaattyynnyy zz ggrruupp ttiioollóóww

X-SH X-SH

NH₃

Cl

Pt Cl

NH₃

S – X

Pt

S – X

γγ--GGTT

γγ--GGCCSS B

Bccll--22

(4)

W komórkach raka nerki stwierdzono pozytywn¹ korela- cjê miêdzy poziomem GSH a opornoœci¹ na cisplatynê, kar- boplatynê i doksorubicynê [16, 17]. Nie stwierdzono natomiast korelacji miêdzy aktywnoœci¹ S-transferaz glutationowowych a opornoœci¹ na cisplatynê, doksorubicynê i winblastynê [17].

Opornoœæ spowodowana

obni¿eniem poziomu topoizmerazy IIα

Znaczne rozmiary i skomplikowana struktura DNA w ko- mórkach eukariotycznych wymaga dzia³ania bardzo precy- zyjnych mechanizmów komórkowych, odpowiedzialnych za przestrzenn¹ organizacjê cz¹steczek DNA w j¹drze komór- kowym. W procesach tych bierze udzia³ szereg enzymów, aktywnych w j¹drze komórkowym, które zmniejszaj¹ sto- pieñ skrêcenia i nadmiern¹ spiralizacjê DNA, czyni¹c jego odpowiednie regiony, mimo œcis³ego upakowania, dostêp- nymi dla zachodzenia tak wa¿nych procesów, jak transkrypcja, replikacja i reperacja rekombinacyjna. Te funkcje pe³ni¹ m.in. topoizomerazy typu I i II.

T

Tooppooiizzoommeerraazzaa IIII posiada dwie (kodowane przez dwa ró¿- ne geny) izoformy: α i β, ró¿ni¹ce siê miêdzy sob¹ lokaliza- cj¹ w j¹drze komórkowym, sposobem wi¹zania do DNA i poziomem w zale¿noœci od stanu fizjologicznego komórki. Po- ziom topoizomerazy IIβ jest w przybli¿eniu sta³y podczas ca³ego cyklu komórkowego, natomiast poziom topoizomerazy IIα gwa³townie wzrasta w komórkach dziel¹cych siê. W du-

¿ym uproszczeniu mechanizm dzia³ania topoizomerazy II polega na przeciêciu 2 komplementarnych nici DNA, „przeci¹- gniêciu” drugiego dwuniciowego odcinka DNA przez utworzon¹ przerwê (jest to reakcja zale¿na od ATP i jonów magnezu) i w koñcu na ponownym po³¹czeniu (religacji) uprzednio uszkodzonego DNA w jedn¹, dwuniciow¹ cz¹stecz- kê. W ten sposób topoizomeraza II ³agodzi tzw. stres torsyj- ny (stres wywo³any du¿ym stopniem skrêcenia nici w œciœle upakowanej cz¹steczce DNA) w tych rejonach DNA, które s¹ na niego szczególnie nara¿one na skutek procesów replika- cji, transkrypcji i segregacji chromosomów podczas mitozy.

Podczas powstawania przerw i ponownego ³¹czenia dwuniciowego DNA, topoizomeraza II i DNA tworz¹ kowalencyj- nie zwi¹zane kompleksy, nazywane kkoommpplleekkssaammii rroozzsszzcczzee-- p

piiaallnnyymmii (ang. cleavable complexes). Kompleksy te s¹ celem dzia³ania leków z grup aminoakrydyn, antracyklin i epipodofilotoksyn (np. etopozydu i tenipozydu). Leki te sta- bilizuj¹ kompleksy rozszczepialne, uniemo¿liwiaj¹c topo- izomerazie II ponowne po³¹czenie dwóch nici DNA. Skut- kiem tego jest pozostanie w DNA dwuniciowych przerw zwi¹zanych z bia³kiem. Takie uszkodzenie DNA prowadzi do œmierci komórek nowotworowych na drodze apoptozy lub nekrozy na skutek uruchomienia nie do koñca jeszcze poznanych mechanizmów (postulowany jest udzia³ bia³ka p53, cyklin i kinaz zale¿nych od cyklin) [18, 19].

Scheltema i wsp. [19], hoduj¹c wra¿liwe na leki pierwot- ne linie raka nerki w obecnoœci wzrastaj¹cych stê¿eñ etopozydu, wyselekcjonowali linie oporne na ten lek. W komór- kach opornych stwierdzili obni¿enie poziomu topoizomerazy IIα, zwi¹zane ze spadkiem ekspresji mRNA. Komórki te wykazywa³y znaczne zaburzenia wzrostu w hodowli, spo- wodowane prawdopodobnie wa¿n¹ rol¹ tego enzymu

w utrzymaniu prawid³owej struktury DNA, jednak¿e by³y kilkadziesi¹t razy bardziej oporne na dzia³anie etopozydu w porównaniu z lini¹ wyjœciow¹. Scheltema i wsp. uwa¿a- j¹, ¿e na skutek obni¿enia poziomu topoizomerazy IIα w tych komórkach powstaje mniej kompleksów rozszczepialnych, które ulegaj¹ stabilizacji przez etopozyd. Komórka, w któ- rej znajduje siê mniej docelowych cz¹steczek dzia³ania dla leku, staje siê mniej wra¿liwa na jego dzia³anie.

W zwi¹zku z omówionymi powy¿ej badaniami nasuwa siê nastêpuj¹ca refleksja: wyobraŸmy sobie sytuacjê, w której le- kowra¿liwym komórkom raka nerki w hodowli lub pacjento- wi choremu na ten nowotwór podawany jest etopozyd. W czê- œci komórek nowotworowych, które maj¹ normalny poziom topoizomerazy IIα, etopozyd stabilizuje rozszczepialne kompleksy i komórki te gin¹. Jednak¿e w materiale genetycznym niektórych komórek zachodz¹ zmiany, które prowadz¹ do obni¿enia w nich ekspresji mRNA, koduj¹cego topoizomerazê IIα. (Zmianom w DNA sprzyja tzw. fenotyp mutatorowy ko- mórek nowotworowych, dziêki któremu mutacje w nich zachodz¹ o wiele czêœciej ni¿ w normalnych komórkach [20]).

Poniewa¿ na rozpatrywan¹ przez nas populacjê komórek raka nerki (in vitro lub in vivo) ca³y czas siln¹ presjê selekcyjn¹ wywiera podawany etopozyd, komórki z obni¿onym poziomem topoizomerazy IIα, a wiêc mniejsz¹ liczb¹ rozszczepialnych kompleksów, maj¹ w tych warunkach wiêksze szanse prze¿ycia. Jednak¿e „pierwszy odruch obronny” tych komó- rek, czyli zmiana ekspresji topoizomerazy IIα okazuje siê osta- tecznie „strza³em samobójczym” – zaburzenie funkcji tak wa¿nego enzymu prowadzi w rezultacie do œmierci komórek.

W œwietle tych rozwa¿añ opisane przez Scheltema i wsp. [19]

zjawisko mog³oby siê wydawaæ bardzo korzystne z kliniczne- go punktu widzenia – podawanie etopozydu prowadzi³oby nawet do œmierci tych komórek, którym uda³o siê uodporniæ na jego dzia³anie. Jednak¿e rzeczywistoœæ jest inna – przy za- stosowaniu surowych kryteriów klinicznych ogólna odpo- wiedŸ na etopozyd wynosi 2 proc. [1], a na tenipozyd – 4 proc.

[2]. Refleksja ta pokazuje, jak ci¹gle jeszcze ma³o wiadomo na temat mechanizmów lekoopornoœci.

Zwi¹zki lekoopornoœci

z aktywnoœci¹ niektórych onkogenów

Powszechnie wystêpuj¹ca w raku nerki wysoka opor- noœæ na chemioterapiê i radioterapiê sugeruje, ¿e komór- ki tego nowotworu maj¹ zaburzone procesy apoptozy. Wia- domo, ¿e za zaburzenia apoptozy jest odpowiedzialna ak- tywnoœæ licznych onkogenów. Z kolei czêstotliwoœæ podzia³ów komórkowych jest wa¿nym czynnikiem w od- powiedzi nowotworu na chemioterapiê, a w regulacjê pro- liferacji komórek równie¿ zaanga¿owane s¹ liczne onkobia³ka. St¹d pojawi³a siê hipoteza o udziale onkogenów w wykszta³caniu lekoopornoœci.

Volm M. i wsp. [21] znaleŸli znacz¹c¹ korelacjê miêdzy pod- niesionym poziomem glikoproteiny P (MDR1) i S-transferazy glutationu (GST-π) oraz obni¿onym poziomem topoizomerazy II a ekspresj¹ bia³ek c-fos, EGFR i c-neu. Bia³ka EGFR (erbB- 1) i c-neu (HER2, erbB-2) nale¿¹ do rodziny receptorów na- b³onkowego czynnika wzrostu (EGF) i ich wysok¹ ekspresjê stwierdzono w raku nerki [22]. Receptory te maj¹ aktywnoœæ

(5)

112 27 7

Molekularne mechanizmy chemoopornoœci w raku nerki

kinazy tyrozynowej i s¹ jednym z g³ównych regulatorów sygna³ów mitogennych biegn¹cych szlakiem MAPK (ang.

m

maapprotein kkinases) – kinaz bia³kowych aktywowanych mito- genem oraz sygna³ów antyapoptotycznych biegn¹cych szlakiem kinazy fosfatydyloinozytolu PI3K.

Onkobia³ko c-fos wraz z drugim onkobia³kiem c-jun two- rzy czynnik transkrypcyjny AP-1. AP-1 aktywuje m.in. trans- krypcjê genów koduj¹cych glikoproteinê P oraz GST-π. Nale-

¿y zwróciæ uwagê na to, ¿e ta aktywnoœæ c-fos mo¿e byæ czynnikiem ³¹cz¹cym jednoczesne dzia³anie w komórce dwóch mechanizmów opornoœci: opartej na MDR-1 i GST-π [21].

Ekspresjê onkogenu Bcl-2 stwierdzono w ponad 60 proc.

zbadanych raków nerki [23, 24]. Aktywnoœæ tego onkogenu jest jednym z najsilniejszych sygna³ów prze¿ycia – m.in. chroni ona komórkê przed szokiem tlenowym. Z kolei wa¿nym an- tyutleniaczem jest GSH, który byæ mo¿e jest czêœci¹ mecha- nizmów ochronnych, sterowanych przez bia³ko Bcl-2 – stwierdzono bowiem, ¿e komórki z podwy¿szon¹ ekspresj¹ Bcl-2 maj¹ odpowiednio wy¿szy poziom GSH [25]. Znaleziono rów- nie¿ dodatni¹ korelacjê miêdzy poziomem peroksydazy glu- tationowej a opornoœci¹ na doksorubicynê [17]. Peroksydaza glutationu, podobnie jak inne peroksydazy, chroni komórkê przed szkodliwymi nadtlenkami – katalizuje w obecnoœci zre- dukowanego glutationu rozk³ad H₂O₂i innych nadtlenków, nie dopuszczaj¹c do zniszczenia b³on i innych struktur komór- kowych [26]. Tak wiêc ochrona przed szokiem tlenowym, jako jedna z dróg zapobiegaj¹cych wchodzeniu komórki w apop- tozê, by³aby drug¹, inn¹ ni¿ omówiona poprzednio, funkcj¹ GSH w powstawaniu opornoœci na leki [15].

Jak widaæ z powy¿szych rozwa¿añ, dotychczasowa wie- dza na temat powi¹zania aktywnoœci onkogenów z powsta- waniem lekoopornoœci jest niewielka i fragmentaryczna – to fascynuj¹ce zagadnienie wymaga jeszcze wielu badañ w ce- lu dok³adnego poznania jego molekularnych mechanizmów.

Podsumowanie

Rak nerki jest jednym z nowotworów najbardziej opornych na chemioterapiê. W jego komórkach dzia³a szereg mechanizmów zarówno opornoœci wielolekowej (MDR), jak i wieloczynnikowej opornoœci wielolekowej (M-MDR). W du-

¿ym stopniu jest to opornoœæ wrodzona – fizjologiczn¹ funkcj¹ nerek jest oczyszczanie organizmu z ró¿nych substancji. Rolê tê pe³ni¹ czynne w normalnych komórkach liczne szlaki metaboliczne, prowadz¹ce do usuwania ksenobioty- ków. Ta wrodzona w³aœciwoœæ zdrowych komórek nerki u³a- twia wywodz¹cym siê z nich komórkom rakowym wykszta³- cenie opornoœci na wiele leków. Próby farmakologicznego prze³amania tych ró¿nych mechanizmów opornoœci nie przy- nios³y oczekiwanych rezultatów [1] (szeroki zakres tych za- gadnieñ wykracza poza niniejszego artyku³u).

Badania nad opornoœci¹ wielolekow¹ i próby jej prze³a- mania w ró¿nych nowotworach s¹ prowadzone ju¿ od ponad 30 lat. Pragniemy podzieliæ siê z czytelnikami realistycz- n¹, aczkolwiek niezbyt optymistyczn¹ refleksj¹ M.M. Got- tesmana i A.T. Fojo, dwóch wybitnych znawców zagadnienia:

„Jedna konkluzja jest pewna – du¿a zdolnoœæ do mutacji i heterogennoœæ komórek rakowych zawsze zapewni im ja- kieœ drogi powstania lekoopornoœci, bez wzglêdu na to, jak doskona³y bêdzie nowy lek antyrakowy” [3].

Piœmiennictwo

1. Hartmann JT, Bokemeyer C. Chemotherapy for renal cell carcinoma. Anticancer Res 1999; 19: 1541-4.

2. Amato RJ. Chemotherapy for renal cell carcinoma. Sem Oncol 2000; 27: 177-86.

3. Gottesman MM, Fojo T, Bates SE. Multidrug resistance in cancer:

role of ATP-dependent transporters. Nature 2002; 2: 48-58.

4. Dean M, Rzhetsky A, Allikmets R. The human ATP-binding cassette (ABC) transporter superfamily. Genome Res 2001; 11:

1156-66.

5. Ambudkar SV, Dey S, Hrycyna CA, Ramachandra M, Pastan I, Gottesman MM. Biochemical, cellular, and pharmalogical aspects of the multidrug transporter. Annu Rev Pharmacol Toxicol 1999; 39: 361-98.

6. Fojo AT, Shen D-W, Mickley LA, Pastan I, Gottesman MM. Intrinsic drug resistance in human kidney cancer is associated with expression of a human multidrug-resistance gene. J Clin Oncol 1987; 5: 1922-7.

7. Schaub TP, Kartenbeck J, Konig J i wsp. Expression of the MRP2 gene-encoded conjugate export pump in human kidney proximal tubules and in renal cell carcinoma. J Am Soc Nephrol 1999; 10:

1159-69.

8. Belinsky MG, Kruh GD. MOAT-E (ARA) is a full lenght MRR-cMOAT subfamily transporter expressed in kidney and liver. Br J Cancer 1999; 80: 1342-9.

9. Fojo AT, Ueda K, Slamon DJ, Poplack DG, Gottesman MM, Pastan I. Expression of multidrug-resistance gene in human tumors and tissues. Proc Natl Acad Sci USA 1987; 84: 265-9.

10. Fromm MA. Genetically determined differences in P-glycoprotein function: implication for disease risk. Toxicology 2002; 181-182:

299-303.

11. Murray RK. Metabolizm ksenobiotyków. W: Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW. Biochemia Harpera. Kokot F, Koj A (red.). PZWL, Warszawa 2004; 938-42.

12. Murray GI, Taylor MC, McFadyen MC, McKay JA, Greenlee WF, Burke MD, Melvin WT. Tumor specific expression of cytochrome P450 CYP1B1. Cancer Res 1997; 57: 3026-31.

13. Murray GI, McFadyen MC, Mitchell RT, Cheung Y-L, Kerr AC, Melvin WT. Cytochrome P450 CYP3A in human renal cancer. Br J Cancer 1999; 79: 1836-42.

14. van Brussel, Mickisch GHJ. Circumvention of multidrug resistance in genitourinary tumors. Int J Urol 1998; 5: 1-15.

15. Siddik ZH. Cisplatin: mode of cytotoxic action and molecular basis of resistance. Oncogene 2003; 22: 7265-79.

16. Mickisch GH, Roehrich K, Koessing J, Forster S, Tschada RK, Alken PM. Mechanisms and modulation of multidrug resistance in primary human renal cell carcinoma. J Urol 1990; 144: 755-9.

17. Ahn H, Lee E, Kim K, Lee C. Effects of glutathione and its related enzymes on chemosensitvity of renal cell carcinoma and bladder carcinoma cell lines. J Urol 1994; 151: 263-7.

18. Stewart CF, Ratain MJ. Pharmacology of cancer chemotherapy.

Topoisomerase interactive agents. In: Cancer: Principles and Practice in Oncology. DeVita VT, Hellmann S, Rosenberg SA (red).

Lippicott Williams & Wilkins, Philadelphia 2001; 415-8.

19. Scheltema JMW, Romijn JC, van Steenbrugge GJ, Beck WT, Schroder FH, Mickisch GH. Decreased levels of topoisomerse II? in human renal cell carcinoma lines resistant to etoposide. J Cancer Res Clin Oncol 1997; 123: 546-54.

20. Loeb LA, Loeb KR, Anderson JP. Multiple mutations and cancer.

Proc Natl Sci USA 2003, 100: 776-81.

21. Volm M, Kastel M, Mattern MD, Efferth T. Expression of resistance factors (P-glycoprotein, glutathione S-transferase-π, and topoisomerase II) and their interrelationship to proto-oncogene products in renal cell carcinomas. Cancer 1993; 71: 3981-7.

22. Stumm G, Eberwein S, Rostocks-Wolf S, Stein H, Pomer S, Schlegel J, Waldherr R. Concomitant overexpression of the EGFR and erb-B2 in renal cell carcinoma (RCC) is correlated with dedifferentiation and metastasis. Int J Cancer 1996; 69: 17-22.

23. Tomita Y, Bilim V, Kawasaki T, Okan I, Magnusson KP, Wiman KG.

Frequent expression of Bcl-2 in renal cell carcinomas carrying wild-type p53. Int J Cancer 1996; 66: 322-5.

(6)

24. Seima T, Miyagawa I. Expression of Bcl-2, p53 Oncoprotein, and proliferating cell nuclear antigen in renal cell carcinoma. Eur Urol 1999; 35: 242-8.

25. Hockenebery DM, Oltvai ZN, Yin X-M, Milliman CL, Korsmeyer SJ.

Bcl-2 function in an antioxidant pathway to prevent apoptosis.

Cell 1993; 75: 241-51.

26. Mayes PA. Utlenianie biologiczne. W: Murray RK, Granner DK, Mayes PA, Rodwell VW. Biochemia Harpera. Kokot F, Koj A (red.) PZWL, Warszawa 2004; 171.

Przypisy

1Do procesów tych nale¿¹: replikacja, rekombinacja, reperacja i transkrypcja DNA.

2Terminem MDR okreœla siê obecnie zarówno geny i kodowane przez nie bia³ka z podrodziny transporterów ABC, jak i bardzo szeroko ro- zumiane zjawisko opornoœci wielolekowej, w którym mo¿e braæ udzia³ (oprócz bia³ek MDR) bardzo du¿o innych bia³ek (patrz: Wpro- wadzenie). Ta nieœcis³a, a wiêc czasem myl¹ca terminologia jest uwarunkowana historycznie: w latach 70. XX w. kliniczni onkolodzy jako pierwsi zaobserwowali, ¿e pacjenci, którym podawano ró¿ne leki przeciwnowotworowe po jakimœ czasie rozwijali opornoœæ nie tylko na te leki, ale tak¿e na wiele innych, z którymi wczeœniej siê nie stykali. Ze wzglêdu na ogromn¹ kliniczn¹ wagê tego problemu rozpoczêto badania i pierwszymi odkrytymi genami by³y w³aœnie geny z obecnej podrodziny MDR, którym nadano nazwê pochodz¹- c¹ od obserwowanego zjawiska. Dopiero dalsze badania ujawni³y,

¿e by³ to „wierzcho³ek góry lodowej”: okaza³o siê, ¿e bia³ka MDR nale¿¹ do ogromnej rodziny transporterów ABC, a zjawisko oporno- œci komórek nowotworowych na leki mo¿e byæ powodowane nie tylko przez bia³ka MDR, ale tak¿e przez wiele innych czynników. Obec- nie lekoopornoœæ uwarunkowan¹ dzia³aniem bia³ek MDR okreœla siê czasem jako klasyczn¹ opornoœæ wielolekow¹.

Adres do korespondencji d

drr mmeedd.. JJoollaannttaa SSzzeennaajjcchh

Laboratorium Onkologii Molekularnej Klinika Onkologii

Wojskowy Instytut Medyczny ul. Szaserów 128

00-909 Warszawa tel. +48 22 681 70 92 faks +48 22 630 90 48 e-mail: jolaszen@wim.mil.pl

Autorki dziêkuj¹ dr. n. med. Gabrielowi Wcis³o za konsultacjê medyczn¹.