Regulácia protinádorovej imunity epigenetickými zmenami vyvolanými zápalom

Chronický zápal podporuje vývoj, progresiu a metastatické šírenie nádoru a spôsobuje rezistenciu na liečbu. Akumulácia genetických zmien a strata normálnych bunkových regulačných procesov nie sú spojené len s rastom a progresiou rakoviny, ale vedú aj k expresii nádorovo špecifických a s nádorom spojených antigénov, ktoré môžu aktivovať protinádorovú imunitu. Tento antagonizmus medzi zápalom a imunitou a schopnosťou rakovinových buniek vyhnúť sa imunitnej detekcii ovplyvňuje priebeh vývoja rakoviny a výsledky liečby. Zatiaľ čo zápal, najmä akútny zápal, podporuje aktiváciu, aktiváciu a infiltráciu T-buniek do infikovaných tkanív, chronický zápal je väčšinou imunosupresívny. Avšak hlavné mechanizmy, ktoré určujú výsledok súhry zápalu a imunity, nie sú dobre pochopené. Nedávne údaje naznačujú, že zápal spúšťa epigenetické zmeny v rakovinových bunkách a zložkách mikroprostredia nádoru. Tieto zmeny môžu ovplyvňovať a modulovať mnohé aspekty vývoja rakoviny, vrátane rastu nádoru, metabolického stavu, metastatického šírenia, imunitného úniku a imunosupresívnej alebo imunitne podpornej tvorby leukocytov. V tomto prehľade diskutujeme o úlohe zápalu pri iniciácii epigenetických zmien v imunitných bunkách, fibroblastoch spojených s rakovinou a rakovinových bunkách a navrhujeme, ako a kedy možno epigenetické zásahy kombinovať s imunoterapiami na zlepšenie terapeutických výsledkov.

Chronický zápal môže ovplyvniť imunitu a imunitný systém môže tiež regulovať chronický zápal.

Chronický zápal vedie k pretrvávajúcej aktivácii imunitného systému, čo ohrozuje normálnu imunitnú funkciu tela. Na druhej strane môže imunitný systém ovplyvniť aj rozvoj chronického zápalu moduláciou zápalovej reakcie.

Napríklad, keď je telo infikované alebo zranené patogénom, imunitný systém iniciuje zápalovú reakciu na odstránenie patogénu a opravu poraneného tkaniva. Ak sa však zápalová reakcia nedá včas kontrolovať, rozvinie sa do chronického zápalu. V tomto čase potrebuje imunitný systém vyvážiť zápalovú reakciu a imunitnú reguláciu, aby sa predišlo poškodeniu spôsobenému nadmernou zápalovou reakciou.

Navyše niektorí ľudia s abnormálnou imunitnou funkciou, ako sú pacienti s imunodeficienciou alebo pacienti s autoimunitnými ochoreniami, sú náchylní na chronický zápal. Preto je udržiavanie dobrej imunitnej funkcie veľmi dôležité pre prevenciu a liečbu chronického zápalu. Preto musíme zlepšiť imunitu. Cistanche môže zvýšiť imunitu. Polysacharidy v Cistanche môžu regulovať imunitnú odpoveď ľudského imunitného systému, zlepšiť stresovú schopnosť imunitných buniek a zvýšiť baktericídny účinok imunitných buniek.

Kliknite na doplnok cistanche deserticola

Kľúčové slová:

zápal; epigenetika; Protinádorová imunita; Imunoterapia.

ÚVOD

Tradičná definícia zápalu, ktorú stanovili patológovia devätnásteho a dvadsiateho storočia, je aktivácia vrodených imunitných buniek molekulárnymi vzormi spojenými s poškodením a mikróbmi a zápal je indikovaný náborom makrofágov a neutrofilov a prejavom piatich hlavných znakov: rubor (začervenanie), kalor (teplo), tumor (opuch), dolor (bolesť) a funkcia laksa (strata funkcie). Naproti tomu zápal T-buniek, ktorý sa používa na označenie nádorov ako „horúci“ alebo „studený“, je novým pojmom, ktorý vymysleli nádoroví imunológovia. Hoci patogénne T bunky sú dôležitými zložkami mnohých chronických zápalových ochorení, ich prítomnosť v nádore nemusí nevyhnutne odrážať klasický zápal a ich počet alebo hustota nie vždy koreluje s výsledkom imunoterapie. Okrem toho, fibróza, častý dôsledok chronického zápalu, môže priamo alebo nepriamo ovplyvniť nábor a reakcie T-buniek.

Nakoniec, to, čo označujeme ako epiteliálny alebo vnútorný zápal rakovinových buniek, sa týka zápalových signálnych dráh, ktoré sa aktivujú v týchto bunkách v reakcii na stres, expozíciu patogénom alebo aktiváciu onkogénu. Stručne povedané, zápal môže výrazne zmeniť profily génovej expresie a spôsobiť epigenetické zmeny, ktoré môžu byť dlhodobé, čo vedie k rozvoju pamäte nielen v bunkách adaptívnej imunity, ale aj v bunkách vrodenej imunity (trénovaná imunita) a epitelových bunkách, ako aj v narušenom tkanive. homeostázy [1–3]. Tento prehľad podrobne popíše interakcie medzi zápalom a epigenetikou a ich účinky na imunitný únik nádoru so zameraním na rakovinové bunky a bunkové zložky mikroprostredia nádoru. Diskutujeme tiež o tom, ako môžu byť tieto prepojenia zamerané na zlepšenie prevencie a liečby rakoviny.

ÚLOHA ZÁPALU PRI INICIOVANÍ EPIGENETICKÝCH ZMENÍ

Histónové modifikácie, metylácia DNA a nekódujúce RNA (ncRNA) sa ukázali ako hlavné regulátory génovej expresie. DNA je organizovaná do štruktúr nazývaných nukleozómy, ktoré obsahujú DNA obalenú okolo oktaméru histónových proteínov. Každý histón má dlhý chvost, ktorý môže byť posttranslačne modifikovaný fosforyláciou, acetyláciou, metyláciou, SUMOyláciou a ubikvitinoyláciou a tieto modifikácie ovplyvňujú zhutnenie chromatínu a transkripciu génu [4]. Acetylácia lyzínu neutralizuje pozitívne náboje, zatiaľ čo fosforylácia pridáva negatívne náboje, čo vedie k zníženiu zhutnenia chromatínu a zlepšenej transkripcii [5, 6]. Histónové acetyltransferázy (HAT), ako napríklad p300/CBP, katalyzujú acetyláciu špecifických lyzínových zvyškov v histónovom chvoste. Najmä p300/CBP spolupracuje so skupinou proteínov Trithorax na acetylácii histónu 3 na lyzíne 27 (H3K27), čo je modifikácia, ktorá v konečnom dôsledku podporuje aktiváciu špecifických génov počas vývoja [7]. Histónové deacetylázy (HDAC) antagonizujú účinky HAT odstránením acetylových skupín z lyzínových zvyškov v histónovom chvoste, čo vedie k transkripčnej represii. HDAC zahŕňajú členov klasickej rodiny, ktorí majú katalytické miesto závislé od zinku, a „proteíny súvisiace s tichým informačným regulátorom“ (sirtuíny) [8], ktoré sú závislé od NAD plus. Metylácia histónov môže byť represívna alebo aktivačná v závislosti od metylovaného zvyšku.

Trimetylácia histónu H3 na lyzíne 27 (H3K27me3) sprostredkovaná zosilňovačom histón metyltransferázy (HMT) homológu 2 (EZH2), členom polycomb represívneho komplexu 2, je spojená s transkripčnou represiou [9]. Tieto modifikácie ovplyvňujú nábor proteínov vrátane transkripčných faktorov (TF) a interferujú s väzbou proteínových komplexov, ktoré modulujú hustotu a dostupnosť chromatínu [10]. Metylácia DNA na cytozínových zvyškoch susediacich s guanínovými zvyškami (miesta CpG) sa často vyskytuje v celom genóme. Táto reakcia je katalyzovaná DNA metyltransferázami (DNMT), ako sú DNMT3a a DNMT3b, ktoré sú zodpovedné za de novo metyláciu nemetylovanej DNA. Okrem zabránenia väzbe TF na promótory môže metylácia DNA viesť k väzbe proteínov obsahujúcich doménu viažucu metyl DNA, ktoré ďalej inhibujú génovú transkripciu náborom represívnych komplexov obsahujúcich HDAC a HMT [11].

Imunitný systém môže podporiť alebo potlačiť vznik a progresiu rakoviny. Epigenetické zmeny, čo sú zmeny v štruktúre chromatínu a génovej expresie bez zmien sekvencie DNA, hrajú základnú úlohu v tumorigenéze umlčaním tumor supresorových génov alebo aktiváciou onkogénnej signalizácie. Epitelové bunky a rakovinové bunky postihnuté chronickým zápalom menia metyláciu DNA a modifikácie histónov, čo naznačuje, že zápal vedie k epigenetickým zmenám. Okrem toho sa epigenetické modifikácie vyskytujú počas diferenciácie imunitných buniek, aktivácie a najmä rozvoja pamäte a majú výrazné účinky na produkciu zápalových cytokínov. Okrem toho sa pozorovalo, že rakovinové bunky epigeneticky umlčujú gény súvisiace s imunitou, aby sa vyhli imunitnému rozpoznaniu a odmietnutiu.

MOLEKULÁRNE MECHANIZMY ZAKLADAJÚCE EPIGENETICKÉ ZMENY VYVOLANÉ ZÁPALOM

Existuje značné množstvo epidemiologických údajov, ako aj štúdií in vivo a in vitro, ktoré potvrdzujú súvislosť medzi zápalom a epigenetickými zmenami [12–17]. Jedným mechanizmom, ktorým môže zápal ovplyvniť epigenóm, je zmena metabolického stavu bunky. Okrem toho účinky diét alebo kalorického obmedzenia na dlhovekosť, rakovinu a imunitný systém sú spojené so schopnosťami týchto faktorov modifikovať histón [18–20]. Metabolizmus imunitných buniek sa mení, keď sú aktivované, a aktivované imunitné bunky naopak modulujú metabolické procesy v okolitom tkanive [21]. Zmenená metylácia DNA, modifikácie histónov a dysregulovaná expresia miRNA boli spojené so zhoršenými metabolickými funkciami v orgánoch aktívne zapojených do homeostázy glukózy/lipidov [22].

Takéto zmeny boli tiež zistené u obéznych jedincov a jedincov s diabetom 2. typu (T2DM) [23, 24], u ktorých sa preukázalo, že podporujú chronický zápal a rozvoj rakoviny. Steatóza pečene je spojená s aktiváciou signálnych prevodníkov a aktivátorov transkripcie (STAT) 3 a aktivovaný STAT3 môže regulovať metabolizmus indukciou aeróbnej glykolýzy a znížením mitochondriálnej aktivity [25]. Mnohé epigenetické enzýmy vyžadujú pre svoju aktivitu metabolické medziprodukty [26]. S-adenosylmetionín (SAM) je požadovaný kofaktor pre DNMT a HMT, zatiaľ čo S-adenosyl homocysteín je inhibítor. SAM sa vyrába 1-uhlíkovým metabolizmom a stravou darcov metylových skupín (tj folátu). Nedávno sa ukázalo, že rakovinové bunky narúšajú metabolizmus metionínu v CD8 plus T bunkách konzumáciou metionínu a prekonaním T buniek pre túto aminokyselinu prostredníctvom vysokej expresie metionínového transportéra SLC43A2. Ukázalo sa, že nižšie intracelulárne hladiny metionínu a metyl donoru SAM v CD8 plus T bunkách vedú k strate H3K79me2, čo znižuje hladiny STAT5 a zhoršuje imunitu T-buniek [27].

HDM a proteíny metylcytozíndioxygenázy s 11 translokáciami využívajú ako kofaktor alfa-ketoglutarát, medziprodukt cyklu TCA [28, 29]. Acetyl-CoA (Ac-CoA) je produkovaný metabolizmom glukózy a je dôležitým kofaktorom pre HAT. NAD plus je základným kofaktorom pre HDAC SIRT1 a SIRT1 je spájaný s metabolickými poruchami. V tomto ohľade je laktátdehydrogenáza A (LDHA) indukovaná v aktivovaných T bunkách, aby podporila aeróbnu glykolýzu a podporila produkciu IFN. LDHA udržiava vysoké koncentrácie Ac-CoA na zvýšenie acetylácie histónov a transkripcie Ifng [30].

Navyše zavedenie zlomov dvojvláknovej DNA, ktoré sa hromadia počas starnutia a chronického zápalu, vedie k náboru epigenetických modulátorov SIRT1, EZH2, DNMT1 a DNMT3b na miesta poškodenia DNA [9, 17, 31, 32].

EPIGENETICKÁ REGULÁCIA ZLOŽIEK MIKROPROSTREDIA NÁDORU

Bunky vrodenej imunity, makrofágy a bunky prezentujúce antigén

Okamžitú odpoveď na infekciu, poškodenie buniek alebo narušenie tkanivovej štruktúry zabezpečuje vrodený imunitný systém, ktorý pozostáva z epitelových bunkových bariér a imunitných buniek, vrátane makrofágov, neutrofilov, dendritických buniek (DC) a prirodzených zabíjačských (NK) buniek. . Táto odpoveď vedie ku klasickému zápalu, ktorý pozostáva z piatich príznakov opísaných vyššie [33–35]. Makrofágy, DC a žírne bunky rezidentné v tkanive zvyčajne iniciujú akútne zápalové reakcie po rozpoznaní molekulárnych vzorov spojených s patogénom alebo poškodením Toll-like a Nod-like receptormi (NLR) prostredníctvom produkcie chemoatraktantov, cytokínov a zápalových mediátorov, ktoré vyvolávajú hlavné príznaky zápalu a získavajú vrodené imunitné bunky na miesto poranenia alebo infekcie [36]. Tieto bunky, najmä DC, sa diferencujú po prijatí antigénov, ktoré sa potom môžu prezentovať adaptívnym imunitným bunkám, čo vedie k aktivácii a náboru týchto buniek. V tomto bode môže byť zápalová odpoveď udržiavaná adaptívnymi imunitnými bunkami, ktoré tiež udržiavajú imunitnú pamäť. Epigenetické programy riadia molekulárne mechanizmy, ktoré regulujú imunologickú pamäť. Nedávno sa ukázalo, že epigenetické programovanie môže tiež regulovať fenotyp podobný pamäti v bunkách vrodenej imunity.

Počiatočná zápalová odpoveď produkovaná vrodenými bunkami ovplyvňuje aj epitelové, endotelové a mezenchymálne bunky v okolitom mikroprostredí a prispieva k preprogramovaniu chromatínu v týchto bunkách [2, 3, 37]. Cytokíny aktivujú špecifické signálne dráhy v epitelových a mezenchymálnych bunkách, čo vedie k produkcii väčšieho množstva chemokínov a cytokínov, ako aj k proliferácii epitelových alebo mezenchymálnych buniek. Reaktívne formy kyslíka a reaktívne formy dusíka poškodzujú lipidy, proteíny a DNA v postihnutých epitelových bunkách, čo spôsobuje aktiváciu rôznych dráh reakcie na stres. Hlavnými TF aktivovanými týmito dráhami odozvy sú členovia rodín AP-1 a CREB proteínov bZIP, STAT, ako sú STAT1 a STAT3, a členovia rodiny NF-κB, ktoré tiež regulujú a sú často regulované HDAC a HAT . Okrem toho epigenetické procesy hrajú zásadnú úlohu vo vývoji a diferenciácii vrodených imunitných buniek, hoci poznatky o týchto úlohách sú obmedzené v porovnaní s úlohami, ktoré ovplyvňujú vývoj a diferenciáciu buniek adaptívnej imunity. Dva príklady sú úlohy epigenetických faktorov v polarizácii makrofágov [31, 38] a vývoj fenotypu podobného pamäti v bunkách vrodenej imunity, ktoré sa pripisujú epigenetickému preprogramovaniu [1]. Je známe, že aktívne a represívne chromatínové značky regulujú expresiu kľúčových cytokínových génov podľa fenotypu polarizácie makrofágov [39].

Iná štúdia naznačila, že konverzia z fenotypu M2-like na M1-like je kontrolovaná DNMT3b pri obezite [40]. Konkrétne, v reakcii na kyselinu stearovú sa expresia DNMT3b indukuje v makrofágoch a nasleduje väzba DNMT3b na promótor receptora gama 1 aktivovaného peroxizómovým proliferátorom (PPAR 1), kľúčový regulátor polarizácie makrofágov. To vedie k hypermetylácii promótora Ppar 1 a pravdepodobne prispieva k zmene fenotypu [40].

Okrem toho v makrofágoch ornitíndekarboxyláza, ktorá je základným enzýmom pri syntéze polyamínov, riadi antimikrobiálnu M{0}}podobnú reakciu počas infekcií Helicobacter pylori a Citrobacter rodentium reguláciou modifikácií histónov na zosilňovačoch aj promótoroch prozápalových cytokínových génov [ 41]. Nedostatočná dostupnosť glukózy znižuje cytoplazmatický pomer NADH:NAD plus a podporuje väzbu NAD(H)-senzitívneho transkripčného korepresora CtBP na p300, čo zase blokuje väzbu p300 a NF-κB na promótory prozápalových génov prostredníctvom regulácie p65/ Acetylácia RelA[42]. Hladiny NAD plus tiež modulujú aktivitu sirtuínu (napr. SIRT1 a SIRT2), ktorá ovplyvňuje aktiváciu NF-κB p65/RelA prostredníctvom deacetylácie p65/RelA na lyzíne 310 [43, 44]. Tieto modifikácie, ktoré tiež ovplyvňujú aktivitu zápalu NLRP3, demonštrujú, ako metabolity regulujú vrodenú imunitu prostredníctvom epigenetických mechanizmov [31, 44].

Adaptívne imunitné bunky: T bunky a B bunky

Adaptívne imunitné reakcie sú vysoko špecifické a poskytujú dlhodobú ochranu vďaka imunitnej pamäti, ktorá umožňuje spätné reakcie. Naivné B a T lymfocyty exprimujúce antigénové receptory (BCR a TCR, v tomto poradí) sa nachádzajú v lymfatických uzlinách. Antigén prezentujúce bunky vrodeného imunitného systému aktivujú lymfocyty špecifické pre prezentovaný antigén, čím spúšťajú proliferáciu lymfocytov a ich diferenciáciu na efektorové bunky. Naivné CD4 plus a CD8 plus T bunky rozpoznávajú antigény, ktoré sú prezentované hlavným histokompatibilným komplexom (MHC) II alebo I. Keď sa naivné CD4 plus T bunky stretnú s antigénmi viazanými na MHC II, spustí sa kaskáda udalostí vrátane aktivácie a relokalizácie rôznych TF. Tieto zmeny v génovej expresii určujú, či sa naivné T pomocné (h) bunky stanú Th1, Th2, Th17 alebo Treg bunkami. Hoci ETF sú kľúčové pri určovaní osudu T-buniek, stabilnejšia kontrola týchto transkripčných zmien sa dosahuje prostredníctvom epigenetických mechanizmov vrátane metylácie DNA, modifikácií histónov, ncRNA a remodelácie chromatínu [45]. Naivné CD4 plus T bunky a Th2 bunky sú charakterizované prítomnosťou H3K27me3, represívnej histónovej modifikácie, na Ifng lokuse, zatiaľ čo Th1 bunky vykazujú zvýšené hladiny H3K4me2, histónového markera spojeného s aktívne transkribovaným chromatínom, na rovnakom lokuse[46] ].

Pamäťové CD8 plus T bunky majú zvýšené hladiny diacetylovaného histónu H3 v lokuse Ifng v porovnaní s naivnými CD8 plus T bunkami, pričom stupeň génovo špecifickej acetylácie je priamo úmerný účinnosti spätnej odpovede (47). Okrem toho sa ukázalo, že liečba T-bunkových línií inhibítorom DNMT 5-azacytidínom vedie k produkcii IL-2 a IFN- [48, 49]. Väzba T-bet na promótor Ifng vedie k vytesneniu HDAC a náboru HAT, čím umožňuje transkripciu Ifng a prispieva k diferenciácii Th1 buniek [50]. Pokiaľ ide o bunkovú líniu Th17, ukázalo sa, že STAT3 sa viaže na promótory Il17a a Il17b a indukuje acetyláciu histónov, čím stimuluje transkripciu týchto génov [51]. Proliferácia a diferenciácia B buniek sú tiež kontrolované modifikáciami histónov, ako naznačuje schopnosť panobinostatu inhibítora HDAC (HDACi) kontrolovať počet B buniek v myšom modeli náchylnom na lupus [52, 53]. Okrem toho je EZH2 potrebný na tvorbu germinálnych centier, reguláciu diferenciácie B buniek, metabolizmus plazmatických buniek a produkciu protilátok [54, 55]. Výživové a energetické stavy ovplyvňujú aj epigenóm imunitných buniek. Variabilné hladiny rôznych metabolitov ovplyvňujú stav chromatínu a metyláciu DNA ovplyvňovaním enzymatickej aktivity modifikátorov chromatínu a DNMT. Zvýšená glykolýza a oxidácia v imunitných bunkách vedie k zvýšeným intracelulárnym hladinám Ac-CoA, ktorý, keď je použitý ako skupinový donor HAT, spôsobuje uvoľnený, transkripčne aktívnejší chromatínový stav [53]. Okrem toho EZH2 epigeneticky reguluje diferenciáciu T-buniek a funkciu Treg buniek a ukázalo sa, že jeho modulácia v T bunkách zlepšuje účinnosť terapie imunitným kontrolným bodom (ICT) [56–58].

Organizácia chromatínu má tiež ústrednú úlohu pri vyčerpaní T-buniek. Okrem modelu chronickej infekcie LCMV potvrdili nádorové modely úlohu epigenetických modifikácií pri vyčerpaní T-buniek. ATAC-seq ukázal, že konzistentný program remodelácie chromatínu dominoval konverzii efektorových T buniek na vyčerpané T bunky, čo chýbalo v programe tvorby pamäťových T buniek [59]. Existujú dva samostatné stavy chromatínu spojené s vyčerpaním, jeden, v ktorom je možné zvrátiť vyčerpanie T-buniek a jeden, v ktorom sa T-bunky vyčerpajú natrvalo (59).

Fibroblasty

Tkanivové fibroblasty sa objavujú ako jeden z kľúčových typov buniek, ktoré regulujú miestne reakcie imunitných buniek počas pretrvávajúcich infekcií, zápalov a rakoviny [60–62]. Fibroblasty sú heterogénne bunky s funkčne odlišnými populáciami. Je zaujímavé, že ich širokospektrálne schopnosti regulovať imunitné reakcie sa zrejme líšia v závislosti od kontextu. Okrem toho sa ich fenotypy líšia podľa tkaniva pôvodu, choroby a typu zápalu. Imunologické vlastnosti fibroblastov sú tiež rôznorodé, od udržiavania zápalového prostredia pri chronickom zápale, náboru imunitných buniek a aktivácie silnej imunitnej odpovede až po imunosupresiu, vylúčenie imunitných buniek a enkapsuláciu infikovaných buniek [60, 63–66]. . Fibroblasty spojené s rakovinou (CAF) môžu získavať adaptívne a vrodené imunitné bunky do nádorového mikroprostredia produkciou chemokínov a cytokínov, ako je CC-chemokínový ligand (CCL) 2, CCL5, CXC chemokínový ligand (CXCL) 8, CXCL12, chitináza {{ 14}}ako proteín 1 (CHI3L1) a IL-6 [61, 62, 67–69]. CAF môžu prispievať k dysfunkcii T-buniek prostredníctvom delécie závislej od antigénu, v ktorej CAF prezentujú antigény prostredníctvom MHC triedy I, pričom ich ligandy PD-L1/2 a FAS zapájajú do PD-1 a FAS na T bunkách. CAF tiež aktívne vylučujú T bunky z nádorov produkciou transformujúceho rastového faktora a CXCL12 [61, 67, 70]. Nakoniec, CAF prispievajú k imunosupresívnemu nádorovému prostrediu zadržiavaním a náborom regulačných T buniek (Tregs) a IgA plus buniek, polarizáciou makrofágov smerom k supresívnemu fenotypu a znížením schopnosti DC prezentovať antigény a aktiváciou adaptívnej imunity [61, 68]. Okrem toho hypoxia indukuje expresiu chemokínov vo fibroblastoch rakoviny prostaty [67] a epigenetické preprogramovanie normálnych fibroblastov pri rakovine prsníka, čo vedie k proglykolytickému transkriptómu podobnému CAF [71].

Tieto CAF vykazujú metabolický posun smerom k produkcii laktátu a pyruvátu a palivovým biosyntetickým dráham rakovinových buniek [71]. Navyše, laktátom sprostredkované epigenetické preprogramovanie reguluje tvorbu ľudských pankreatických CAF a reguluje ich expresiu cytokínov [72]. CAF vo všeobecnosti vykazujú výraznú zmenu v génovej expresii v porovnaní s tkanivovo rezidentnými fibroblastmi, čo sa pripisuje epigenetickým zmenám v CAF počas vývoja rakoviny, pretože v CAF izolovaných zo solídnych nádorov sa zvyčajne nenachádzajú žiadne genetické zmeny (73–75). Pri akútnej lymfoblastickej leukémii u detí a dojčiat sa však ukázalo, že mezenchymálne kmeňové bunky kostnej drene obsahujú určité genetické zmeny [76, 77]. Podobne ako pri zápalových ochoreniach môže byť udržiavanie jedinečných charakteristík každej subpopulácie CAF riadené epigenetickým odtlačkom nádorových fibroblastov. CAF skutočne vykazujú odlišné vzory metylácie DNA, ktoré si zachovávajú svoje patologické vlastnosti [78, 79]. Preto zacielenie CAF pomocou epigenetických modifikátorov môže byť sľubným nástrojom na zmenu fenotypu CAF z imunosupresívneho na imunostimulačný.

Epigenetická regulácia rakovinových buniek

Aberantné epigenetické zmeny prispievajú k patogenéze rôznych chorôb vrátane rakoviny[80]. Aberantná metylácia DNA sa podieľa na iniciácii a progresii rakoviny. Konkrétne ide o globálnu stratu metylácie DNA v rakovinových bunkách spolu so súčasnou fokálnou hypermetyláciou, najmä na ostrovoch promótora CpG [81–83]. Hypermetylácia CpG ostrovčekov v tumor supresorových génoch môže viesť k ich umlčaniu a v konečnom dôsledku prispieť k rozvoju rakoviny. Tu sme však zamerali našu diskusiu na epigenetické zmeny, ktoré umožňujú rakovinovým bunkám vyhnúť sa imunitnému dohľadu a odmietnutiu. Schopnosť vyhnúť sa deštrukcii imunitným systémom je charakteristickým znakom rakoviny[84, 85]. Vrodené aj adaptívne imunitné bunky sa môžu zapojiť do priameho zabíjania rakovinových buniek. Epigenetické mechanizmy sú rozhodujúce pre mnohé procesy v takzvanom cykle rakoviny – imunity [86, 87]. Tu diskutujeme o vplyve epigenetických modifikácií vlastných rakovinových buniek. Imunitnými bunkami sprostredkované zabíjanie vyžaduje, aby rakovinové bunky exprimovali určité molekulárne vlastnosti, vrátane receptorov smrti, stresom indukovaných ligandov, molekúl MHC-I, intaktného mechanizmu prezentácie antigénu a antigénov spojených s nádorom. Zabíjanie rakovinových buniek sprostredkované imunitnými bunkami zahŕňa procesy závislé od antigénu a nezávislé od antigénu. Prvý z nich je primárne vykonávaný CD8 plus a CD4 plus T bunkami, zatiaľ čo druhý je vykonávaný primárne NK bunkami [32, 88]. Aby T bunky účinne zabili rakovinovú bunku, rakovinová bunka musí spracovať a prezentovať na svojom povrchu imunogénne peptidy spojené s nádorom prostredníctvom molekúl MHC-I. Aby sa to dosiahlo, rakovinové bunky musia mať plne aktívny mechanizmus spracovania a prezentácie antigénu (AgPPM). Zabíjanie rakovinových buniek sprostredkované NK bunkami sa aktivuje, keď je rakovinová bunka MHCI negatívna a vyžaduje, aby rakovinová bunka exprimovala receptory smrti, ako je receptor Fas ligandu a receptor TNF, a rôzne ligandy vyvolané stresom na svojom povrchu[89]. Epigenetické procesy hrajú dôležitú úlohu v schopnosti rakovinových buniek vyhýbať sa imunitnému rozpoznaniu a zabíjaniu.

Napríklad metylácia DNA a určité modifikácie histónov prispievajú k umlčaniu rôznych génov zapojených do spracovania a prezentácie antigénu, ako aj génov antigénov spojených s nádorom, génov MHC triedy I a II a génov kostimulačných molekúl [90, 91]. V tomto ohľade liečba rakovinových buniek epigenetickými terapiami, ako sú HDACis alebo HAT aktivátory, vedie k upregulácii NK bunkových ligandov [92] a zložiek AgPPM, vrátane antigénov spojených s nádorom, antigénov rakoviny semenníkov, imunoproteazómových podjednotiek, peptidových transportérov, NLRC5 a molekuly MHC I. a II. triedy[90]. Napríklad bunky kolorektálneho karcinómu s deficitom DNMT vykazujú zníženú metyláciu a zvýšenú expresiu génov MHC triedy I a ligandov NK buniek [93]. Okrem toho sme zistili, že dve odlišné lieky poškodzujúce DNA, platinoidná oxaliplatina a inhibítor topoizomerázy mitoxantrón, silne upregulujú MHC-I AgPPM spôsobom závislým od aktivácie NF-κB a p300/CBP prostredníctvom neúplne pochopeného mechanizmu závislého. na uvoľnenie mitochondriálnej DNA. Ablácia alebo inhibícia NF-KB a p300 zabránila chemoterapiou indukovanej upregulácii MHC-I AgPPM, čím sa zrušilo odmietnutie nádorov s nízkou expresiou MHC-I opätovným oživením CD8 plus CTL. Mutácie straty aj zisku funkcie v ľudskom lokuse EP300 boli opísané na zvýšenie progresie nádoru, čo naznačuje kontextovo závislé nádorovo supresívne alebo onkogénne funkcie [94, 95]. Downregulácia EP300 pri rakovine človeka bola spojená so zníženou expresiou MHC-I AgPPM a zmenami v množstvách a prezentácii neoantigénu [90]. Súhrnne tieto štúdie potvrdzujú, že epigenetické procesy hrajú kľúčovú úlohu v schopnosti rakovinových buniek vyhnúť sa imunite.

Ďalšie epigenetické modifikácie vedúce k hypermetylácii alebo hypometylácii DNA v rakovinových bunkách, ktoré sú spojené s nadmernou expresiou DNMT a EZH2, najmä u pacientov s melanómom, korelujú s expresiou PD-L1 a funkciou T-buniek a kontrolujú odpoveď na imunoterapiu [96]. EZH2 tiež reguluje imunogenicitu a prezentáciu antigénu [97].

ZÁVEREČNÉ POZNÁMKY A RELEVANTNOSŤ PRE PREVENCIU A LIEČBU RAKOVINY

Epigenetické umlčanie imunitne podmienených génov je dôležitou črtou rakovinového genómu, ktorá umožňuje imunitný únik počas skorého rastu nádoru, metastatického šírenia a získania rezistencie voči imunoterapiám. Tento jav ovplyvňuje spracovanie antigénu a prezentáciu antigénu malígnymi bunkami, zatiaľ čo jeho zvrátenie potencuje imunitný dozor a imunitné odmietnutie, čo by bolo užitočné pri prevencii rakoviny aj liečbe rakoviny. Ďalšia modulácia nádorového mikroprostredia zmenenou expresiou imunosupresívnych cytokínov zhoršuje bunky prezentujúce antigén a funkciu cytotoxických T-buniek. Potenciálne zvrátenie imunosupresie epigenetickou moduláciou je sľubným a všestranným terapeutickým prístupom na obnovenie endogénneho imunitného rozpoznávania a lýzy nádoru. Nedávne úsilie bolo vynaložené na určenie, či možno epigenetické terapie použiť na zvýšenie účinnosti imunoterapie rakoviny. Lieky ako oxaliplatina a mitoxantrón alebo HDACis a aktivátory HAT môžu byť schopné zosilniť odpoveď na imunoterapiu.

Epigenetické modifikujúce zlúčeniny (EMC) a chemoterapeutiká môžu zvýšiť expresiu nádorového antigénu a endogénne spracovanie antigénu, zvýšiť prítomnosť povrchových antigénov molekulami MHC a zvýšiť aktiváciu T-buniek prostredníctvom zvýšenej expresie kostimulačných molekúl. EMC môžu tiež zvyšovať ako bunkové, tak cytokínmi sprostredkované efektorové T-bunkové funkcie a lýzu nádoru. EMC môžu zmeniť inhibíciu kontrolného bodu zacielením na osi PD-1/PD-L1 a CTLA-4/CD28, čo vedie k efektívnejšej funkcii efektorových T-buniek a následnému odmietnutiu nádoru. Tabuľka 1 poskytuje súhrn prebiehajúcich klinických štúdií, ktoré kombinujú modifikátory histónov a IKT [98, 99]. Väčšina z týchto skúšok sa stále prijíma alebo ešte nie je ukončená; je teda príliš skoro na záver, ktorá kombinácia bude najúčinnejšia pri zvyšovaní prezentácie antigénu a aktivácii T-buniek a pri podpore silnej protinádorovej imunitnej odpovede. Okrem toho zmeny v zložení potravy, kalorické obmedzenie a používanie konkrétnych metabolitov, ktoré regulujú modifikáciu histónov [18–20], poskytujú sľubné stratégie na liečbu a prevenciu rakoviny a zlepšenie imunoterapie. Na úplné pochopenie tejto komplexnej súhry sú však potrebné hlbšie mechanické štúdie (obr. 1).

LITERATÚRA

1. Netea MG, Joosten LAB, Latz E, Mills KHG, Natoli G, Stunnenberg HG a kol. Trénovaná imunita: program vrodenej imunitnej pamäte v zdraví a chorobe. Veda. 2016;352. https://doi.org/10.1126/science.aaf1098.

2. Naik S, Larsen SB, Gomez NC, Alaverdyan K, Sendoel A, Yuan S a kol. Zápalová pamäť senzibilizuje kmeňové bunky kožného epitelu na poškodenie tkaniva. Príroda. 2017;550:475–80.

3. Placek K, Schultze JL, Aschenbrenner AC. Epigenetické preprogramovanie imunitných buniek pri poranení, oprave a riešení. J Clin Invest. 2019;129:2994–3005.

4. Cosgrove MS, Boeke JD, Wolberger C. Regulovaná mobilita nukleozómov a histónový kód. Nat Struct Mol Biol. 2004;11:1037–43.

5. Akhtar A, Becker PB. Aktivácia transkripcie prostredníctvom acetylácie histónu H4 pomocou MOF, acetyltransferázy, ktorá je nevyhnutná na kompenzáciu dávky u Drosophila. Mol Cell. 2000;5:367–75.

6. Ren Q, Gorovský MA. Acetylácia Histónu H2A.Z moduluje základnú náplasť náboja. Mol Cell. 2001;7:1329–35.

7. Tie F, Banerjee R, Stratton CA, Prasad-Sinha J, Stepanik V, Zlobin A, et al. CBP-sprostredkovaná acetylácia histónu H3 lyzínu 27 antagonizuje Drosophila polycomb umlčanie. rozvoj. 2009;136:3131–41.

8. Yang XJ, Seto E. HATs a HDAC: od štruktúry, funkcie a regulácie k novým stratégiám terapie a prevencie. Onkogén. 2007;26:5310–8.

9. Cao R, Wang L, Wang H, Xia L, Erdjument-Bromage H, Tempst P a kol. Úloha metylácie lyzínu 27 histónu H3 pri umlčaní skupiny Polycomb. Veda. 2002;298:1039–43.

10. Tessarz P, Kouzarides T. Modifikácie histónového jadra regulujúce štruktúru a dynamiku nukleozómov. Nat Rev Mol Cell Biol. 2014;15:703–8.

11. Kiefer JC. Epigenetika vo vývoji. Vývojový Dyn. 2007;236:1144–56.

12. Abu-Remaileh M, Bender S, Raddatz G, Ansari I, Cohen D, Gutekunst J, et al. Chronický zápal indukuje nový epigenetický program, ktorý je zachovaný pri črevných adenómoch a kolorektálnom karcinóme. Cancer Res. 2015;75:2120–30.

13. Maekita T, Nakazawa K, Mihara M, Nakajima T, Yanaoka K, Iguchi M a kol. Vysoké hladiny aberantnej metylácie DNA v žalúdočnej sliznici infikovanej Helicobacter pylori a jej možné spojenie s rizikom rakoviny žalúdka. Clin Cancer Res. 2006;12:989–95.

14. Chiba T, Marusawa H, Ushijima T. Vývoj rakoviny v tráviacich orgánoch spojený so zápalom: mechanizmy a úlohy pre genetickú a epigenetickú moduláciu. Gastroenterológia. 2012;143:550–63.

15. Vanden Berghe W, Ndlovu'Matladi N, Hoya-Arias R, Dijsselbloem N, Gerlo S, Haegeman G. Udržiavanie vzhľadu NF-κB: epigenetická kontrola imunity alebo epigenetika vyvolaná zápalom. Biochemical Pharmacol. 2006;72:1114–31.

16. Zhang R, Kang KA, Kim KC, Na SY, Chang WY, Kim GY a kol. Oxidačný stres spôsobuje epigenetickú zmenu expresie CDX1 v bunkách kolorektálneho karcinómu. Gene. 2013;524:214–9.

17. Maiuri AR, O'Hagan HM. Súhra medzi zápalom a epigenetickými zmenami pri rakovine. Prog Mol Biol Transl Sci. 2016;144:69–117.

18. Molina-Serrano D, Kyriakou D, Kirmizis A. Histónové modifikácie ako prienik medzi stravou a dlhovekosťou. Predná Genet. 2019;10:192.

19. Delage B, Dashwood RH. Diétna manipulácia so štruktúrou a funkciou histónu. Annu Rev Nutr. 2008;28:347–66.

20. Ferrere G, Alou MT, Liu P, Goubet AG, Fidelle M, Kepp O a kol. Ketogénna diéta a ketolátky zvyšujú protirakovinové účinky blokády PD-1. JCI Insight. 2021;6. https://doi.org/10.1172/jci.insight.145207.

21. Kominský DJ, Campbell EL, Colgan SP. Metabolické zmeny v imunite a zápaloch. J Immunol. 2010;184:4062–8.

22. Ng SF, Lin RCY, Laybutt DR, Barres R, Owens JA, Morris MJ. Chronická strava s vysokým obsahom tukov v programoch otcov - dysfunkcia buniek u potomkov samíc potkanov. Príroda. 2010;467:963–6.

23. Hermsdorff HH, Mansego ML, Campión J, Milagro FI, Zulet MA, Martínez JA. Metylácia promótora TNFalfa v periférnych bielych krvinkách: vzťah s príjmom cirkulujúceho TNF, truncal tuku a n-6 PUFA u mladých žien. Cytokín. 2013;64:265–71.

24. Simar D, Versteyhe S, Donkin I, Liu J, Hesson L, Nylander V a kol. Metylácia DNA je zmenená v B a NK lymfocytoch u obéznych a diabetických ľudí 2. typu. Metabolizmus. 2014;63:1188–97.

25. Demaria M, Giorgi C, Lebiedzinska M, Esposito G, D'Angeli L, Bartoli A, et al. Metabolický prepínač sprostredkovaný STAT3- sa podieľa na transformácii nádoru a závislosti na STAT3. Starnutie (Albany NY). 2010;2:823–42.

For more information:1950477648nn@gmail.com