Temas İnhibisyonu Nedir? Hücrelerin Birbirine Olan Temasını Azaltması Ne İşe Yarar ve Bu Sürecin Kanserdeki Rolü Nedir?

Temas inhibisyonu, hücrelerin bir hücre kalınlığında (tek tabakalı) bir tabaka halinde büyümesini sürdüren düzenleyici bir mekanizmadır. 1980'lerden bu yana devam eden araştırmalar, iki boyutlu kültürde çoğaltılan yoğun hücre popülasyonları tarafından oluşturulan hücre-hücre temaslarının, daha fazla hücrenin çoğalmasını baskılayarak birleşik, tekli hücre katmanları oluşturduğunu göstermiştir.

Bir hücre bol miktarda alt tabaka alanına sahipse, hızla çoğalır ve serbestçe hareket eder. Bu işlem, hücreler tüm alt tabakayı işgal edene kadar devam eder. Bu noktada normal hücreler çoğalmayı durduracaktır. Önemli olarak, bu tür "temas inhibisyonu", kültürdeki çeşitli kanser hücrelerinde mevcut değildir; bu da temas inhibisyonunun, normal doku homeostazını sağlamak için in vivo çalışan bir mekanizmanın in vitro bir ifadesi olduğunu düşündürmektedir. Yakın zamana kadar, bu büyüme kontrolü tarzının mekanik temeli belirsiz kaldı. Ancak şimdilerde, temas inhibisyonu mekanizmaları ortaya çıkmaya başlamıştır.

Dönüşmemiş insan hücreleri, normal hücresel davranış sergiler ve çevresel besinler, büyüme faktörü sinyali ve hücre yoğunluğu arasındaki etkileşim yoluyla dokuların büyümelerine ve çoğalmalarına aracılık eder. Hücre yoğunluğu arttıkça ve kültür birbirine karıştıkça, hücre döngüsünün durdurulması sağlanır ve dış faktörlerden veya hücresel metabolizmadan bağımsız olarak proliferasyonu ve mitojen sinyal yollarınının ifadesi azaltılır. Bu özellik, proliferasyonun temas inhibisyonu olarak bilinir ve uygun embriyonik gelişimin yanı sıra doku onarımı, farklılaşması ve morfogenez için gereklidir.

Kanserli hücreler, tipik olarak bu özelliği kaybeder ve bu nedenle komşu hücrelerle temas halindeyken bile kontrolsüz bir şekilde bölünür ve birbiri üzerinde büyür. Bu, çevredeki dokuların istilasına, bunların yakındaki organlara metastazına ve sonunda tümörijenezle sonuçlanır.

Temas inhibisyonu, ilk olarak çıplak köstebek farelerinde gerçekleştirilen bir deney ile net bir şekilde gözlemlenmiştir. Köstebek farelerinin hücreleri bir petri kabına yerleştirilip 24 saatte bir yıkanarak deney gerçekleştirilmiştir. Bu deneyin amacı, hücrelerin petri kabında tek tabaka halinde düzenlenmesinin nedenini tam olarak aydınlatmaktı. Acaba hücreler salgıladıkları bir molekülün veya biyolojik sinyalin birikmesi nedeniyle mi üst üste çoğalmıyorlardı yoksa birbirlerine temas etmeleri yeterli bir faktör müydü?

Hücre kültürleri 24 saatte bir yıkanması ile olası moleküllerin birikmesinin önüne geçilmiş, buna rağmen hücreler yine yalnızca tek tabaka olarak düzenlenmiştir. Bu deney, hücrelerin temas inhibisyonu göstermek için birbirleriyle temas etmelerinin yani fiziksel etkileşimin yeterli olduğunu göstermiştir.

Bir mekanizma, uzun süredir bir tümör baskılayıcı olarak gösterilen NF-2 geninin ürününü içerir, çünkü kaybı insanlarda nörofibromatozu tetikler. Sitoplazmik NF-2 gen ürünü olan Merlin, hücre yüzeyi yapışma moleküllerini (örneğin E-kadherin), transmembran reseptör tirozin kinazlara (örneğin EGF reseptörü) bağlayarak temas inhibisyonunu yönetir. Bunu yaparak Merlin, kadherin aracılı hücreden hücreye bağlantıların (Zonula Adherens) yapışkanlığını güçlendirir. Ek olarak, büyüme faktörü reseptörlerini ayırarak Merlin, bunların mitojenik sinyalleri verimli bir şekilde yayma yeteneklerini sınırlar.

Temas İnhibisyonunda ve Kanserde E-Kadherin

E-kadherin, klasik kadherin ailesinin bir üyesidir. Kadherinlerin embriyonik gelişim ve yetişkin doku homeostazında önemli bir rol oynadığı gösterilmiştir. Bu membranı kapsayan proteinler, kalsiyuma bağımlı hücre yapışmasına ve hücre bağlantı oluşumuna aracılık eder, E-kaderin, adherens bağlantılarının (AJ'ler) ayrılmaz bir bileşeni ve epitel fenotipinin ana düzenleyicisidir.

E-kadherin ekspresyonunun kaybı, tümör gelişimi ve metastaz ile ilişkilidir. Deneysel çalışmalar, E-kadherin yoksun kanser hücrelerinde yeniden ekspresyonunun, tümör ilerlemesini ve invazyonunu önleyebileceğini ve E-kadherini klasik bir tümör baskılayıcı haline getirdiğini göstermektedir. Bu kısmen, hücreleri bir arada tutan, diğer hücre-hücre etkileşimlerini kolaylaştıran ve hücrelerin hareketini fiziksel olarak bloke eden hücre yüzeyindeki E-kaderinin "yapıştırıcı" işlevi ile açıklanmaktadır.

Ayrıca, E-kaderin homofilik bağlanması, Hippo yolağı, büyüme faktörü reseptörü tirozin kinaz (RTK) ve Src ailesi kinaz sinyal yolakları dahil olmak üzere büyüme inhibe edici sinyallerin modülasyonu yoluyla temas aracılı büyümenin inhibisyonuna da yol açabilir.

Nature

Temas inhibisyonu kavramı, iki farklı ancak ilişkili fenomeni ifade eder: proliferasyonun (Hücre Çoğalması) temas inhibisyonu (CIP) ve hücre hareketinin temas inhibisyonu (CIL).

CIP, hücre çoğalmasının hücre yoğunluğu tarafından engellendiği ve genellikle hücre-hücre temasına atfedildiği fenomeni ifade eder. CIP, normal farklılaşmış dokuların gelişimi için önemlidir ve uygun doku morfogenezi ile organ gelişimi için sıkı bir şekilde düzenlenir. Normal şartlar altında, embriyonik gelişim, doku rejenerasyonu ve yara iyileşmesi sırasında hızla büyüyen dokularda CIP göz ardı edilir. Bununla birlikte, temas engellemesinin kaybı nedeniyle kontrolsüz büyüme, çeşitli kanser türlerinin başlaması ve ilerlemesinde önemli bir adımdır.

Öte yandan, CIL, hücrelerin hücre-hücre temasından sonra hareketini durdurduğu süreçtir ve tümör hücrelerinin gelişmesi ve metastazı sırasında hücrelerin göçünü azaltır. CIL ilk olarak 1950'lerde Abercrombie ve Heaysman tarafından civciv kalbi fibroblastlarının göç yönünün diğer hücrelerle etkileşimleri nedeniyle değiştiğini keşfettiklerinde gözlemlendi.

Proliferasyonun Temas İnhibisyonunda E-Kadherin'in Görevi

Hücre-hücre temasına aracılık eden hücre bağlantı proteinlerinin ve zar fraksiyonlarının bir kısmının bu süreçte anahtar oyuncular olduğu varsayılmaktadır. E-kadherinin temas inhibisyonundaki rolü için kanıt, kanser hücre hatlarında E-kadherin yokluğunun CIP kaybına neden olduğu ve bu E-kadherin ekspresyonunun geri kazanılmasıyla sürecin tersine çevrilebildiği zaman hücre kültüründe elde edildi. Ek olarak, hücreler CIP gösterdiğinde, hücreler arasında E-kadherin bloke edici antikorlar ile muamele edilerek E-kadherin bağlanmasının bozulması, hücre proliferasyonunun yeniden başlamasına yol açtı. E-kaderinin, onu aktin hücre iskeletine bağlayan kateninlerle yapışma kompleksi, bu süreçte önemlidir, çünkü α-katenin içermeyen akciğer karsinomu hücre hatları, yeniden ekspresyonu üzerine CIP'yi geri kazanmıştır.

CIP'nin diğer bir özelliği, büyüme faktörlerine yanıt olarak hücre proliferasyonunun uyarılmasındaki azalmadır. Mikro desenli substrat kullanıldığında hücre proliferasyonunu indüklemek için gereken EGF (Epidermal Büyüme Faktörü) miktarının, hücre yoğunluğundaki artışla arttığını gösterdi. E-kadherin, aşırı ifade edildiğinde, EGF muamelesine yanıt olarak hücre proliferasyonunda bir azalma gözlendi. Bu, EGF ile indüklenen hücre proliferasyonunun, sadece hücre yoğunluğundaki bir artıştan ziyade E-kadherin aracılı hücre temasına bağlı olduğunu göstermektedir.

Hippo Yolağı ve Temas İnhibisyonu

Hippo-YAP sinyal yolu, E-kaderin ve diğer hücre bağlantı proteinlerinin aracılık ettiği proliferasyonun temas inhibisyonunda rol oynamaktadır. Hippo yolu; organ büyüklüğü kontrolü, doku gelişimi ve rejenerasyonun yanı sıra kanserin başlaması ve ilerlemesinde yer alan oldukça sıkı düzenlenmiş bir bölünme engelleyici yoldur. Hippo yolunun temeli, YAP stabilitesini, nükleer lokalizasyonu ve hedef genlerinin transkripsiyonel aktivasyonunu kontrol eden birkaç anahtar iskele proteiniyle birlikte bir kinaz kademesinden oluşur.

Hippo sinyalleşmesinin E-kadherin uyarımı, kadherinlerle α-katenin yoluyla etkileşime giren NF2 / Merlin'e bağlıdır. NF2 / Merlin, Hippo-YAP yolunun düzenlenmesine ek olarak birkaç farklı mekanizma yoluyla büyümenin temas inhibisyonunda uzun süredir rol oynayan tümör baskılayıcı bir proteindir. Sıkı bağlantılar ve ilişkili apikal polarite kompleksleri de Hippo yolağını uyarır.

Hippo-YAP sinyalleşmesinin aynı zamanda mekanotransdüksiyon tarafından düzenlendiği, hücre şekline, sitoskeletal bütünlüğe ve büyük bir uyarılma yaratan hücre veya doku boyunca gerilime yanıt verdiği gösterilmiştir. Hücre iskeletinin organizasyonunda ve dokulardaki gerilimin iletilmesinde hücre bağlantılarının rolleri göz önüne alındığında, bu, temas inhibisyonu ve mekanik iletim arasındaki ilişki hakkında önemli ipuçları vermektedir.

Nature

E-Kadherin ve Kanser İlişkisi

Temas İnhibisyonu ve Kanser

CIP, tümörijenez sırasında kaybolan ve anormal doku büyümesine yol açan, normal dokulardaki hücrelerin organizasyonuna katkıda bulunan doku homeostazını taklit eder. Bununla birlikte, birkaç kanser hücresi hattı ve dönüştürülmüş hücreler, temas inhibisyonunun üstesinden gelir ve normal organize olmuş hücrelerin tek tabakalı yapısından farklı olarak birbiri üzerinde büyüyerek ve kümeler oluşturarak çoğalmaya devam ederler. Temas inhibisyonunun kaybı, kanserin ayırt edici özelliklerinden biri olarak kabul edilir ve hücre teması ile hücre-hücre etkileşimlerinden kaynaklanan normal sinyal iletim yollarını bozar.

CIP dışında, E-kadherin kaybı, kanser hastalarında ileri tümör evreleri ve kötü prognoz ile ilişkilendirilmiştir. E-kadherin ve aracılık ettiği hücre-hücre etkileşimlerinin kanserin ilerlemesinde ve metastaz oluşumunda önemli bir rol oynadığı açıktır.

Hücre Göçünde ve Kanser Metastazında E-Kadherin'in Rolü

E-kadherin kaybı, hücrelerin epitelyal fenotiplerini kaybettiği ve göç edebilen bir mezenkimal fenotip kazandığı epitelden mezenkimale geçişe (EMT) ait temel bir özelliktir. Metastatik tümörler oluşturmak için, kanser hücreleri önce EMT işlemi ile birincil tümörden ayrılmalıdır. E-kadherin homofilik bağlanma kaybının aracılık ettiği hücre adhezyonunun ve hücre bağlantılarının fonksiyonel kaybı, hücrelerin birincil tümörden ayrılmasını, çevredeki dokuları işgal etmesini, uzak bölgelere göç etmesini ve metastatik tümörler oluşturmasını sağlar. Snail, Slug, Twist ve Zeb1 / 2 gibi çeşitli transkripsiyonel faktörler, embriyogenez sırasında EMT'yi başlatmak için önemlidir ve genellikle kanser gelişimi sırasında hatalı düzenlenir. Bu transkripsiyon faktörlerinin E-kadherin gen ekspresyonunu doğrudan inhibe ettiği, EMT'yi aktive ettiği ve tümör hücresi hareketliliğinin ve invazivliğinin E-kadherin aracılı baskılanmasını önlediği gösterilmiştir. E-kadherin ekspresyonunun kaybı, tümör hücresi istilasını ve metastazı teşvik edebilirken, artan E-kaderin ekspresyonunun bu fenotipleri tersine çevirdiği gösterilmiştir.

Nature

EMT'nin başlangıçta epitelyal kanser hücrelerinin göç ve invaziv yeteneklerini kazanmaları ve uzak dokulara yayılmayı kolaylaştırmaları için gerekli olduğu düşünülüyordu. Bununla birlikte, son çalışmalar, E-kadherinin genellikle metastatik tümör hücrelerinde eksprese edildiğini bulmuştur. Bir açıklama, ters fenomenin veya mezenkimalden epitelyal geçişin (MET), hücrelerin metastaz yapmasından sonra meydana gelebileceğidir. Bu ortamda E-kadherinin yeniden ekspresyonunun, metastatik bölgedeki hücrelere bağlanmayı arttırdığı ve tümör hücresinin yeni göç ettiği bölgede hayatta kalabilirliğini kolaylaştırdığı gösterilmiştir.