Кадгерины являются Ca²⁺-зависимыми гликопротеинами, внеклеточный домен которых участвует в межклеточной адгезии, в то время как внутриклеточный домен взаимодействует с цитоплазматическими протеинами, такими как α-, β-, γ-, p120-катенин, участвуя в сигнальных каскадах [1—4]. Семейство кадгеринов включает классические, десмосомальные и атипичные кадгерины, протокадгерины и ассоциированные с кадгеринами сигнальные протеины [3]. Они действуют как трансмембранные рецепторы, способствующие кальцийзависимому гомофильному (т.е. между молекулами того же типа) и гетерофильному (между молекулами разных типов) взаимодействию клеток [5].

Кадгерины подразделяются на 3 типа в зависимости от своих структурных особенностей: I, II и III (атипичные кадгерины) [5, 6].

Особое значение при развитии организма в норме, а также при развитии злокачественной опухоли придают Е-кадгерину (эпителиальный), N-кадгерину (нейрональный) и Р-кадгерину (плацентарный), относящимся к семейству классических кадгеринов (I тип) и VE-кадгерину (сосудистый эндотелиальный), относящемуся к семейству кадгеринов II типа. Вышеуказанные белки получили свое название по локализации, в которой они впервые были обнаружены [3, 5, 7, 8].

Развитие многоклеточного организма невозможно без динамической и должным образом регулируемой межклеточной адгезии. Адгезионные контакты обеспечивают формирование высокоорганизованных тканей и эффективное межклеточное взаимодействие, направленное на поддержание гомеостаза и необходимое для существования целого организма. Динамический баланс между межклеточной адгезией и миграцией является необходимым условием для таких уникальных процессов развития организма, как ранний эмбриогенез, тканевый морфогенез и органогенез. Важную роль в реализации вышеуказанных процессов играют кадгерин-катениновые комплексы, которые, кроме поддержания межклеточных связей, также участвуют в реализации некоторых сигнальных путей, контролирующих клеточное деление, дифференцировку и апоптоз [9].

Е-кадгерин — одна из основных молекул клеточной адгезии в эпителиальных тканях. Он кодируется геном CDH1, расположенным на хромосоме 16q22.1 [10—12].

Е-кадгерин локализуется на поверхности эпителиальных клеток, участвуя в образовании адгезионных контактов, являющихся характерной особенностью эпителиальных тканей [13—16]. Е-кадгерин является полипептидом, состоящим из 728 аминокислотных остатков, включающим трансмембранный домен, цитоплазматический (внутриклеточный) домен и эктодомен (внеклеточный). Последний состоит из 5 повторяющихся доменов, 4 из которых имеют одинаковую структуру и называются «внеклеточные кадгериновые повторы» (EC1-EC4), в то время как пятый (EC5) имеет особую структуру, характеризующуюся наличием четырех цистеинов, и называется «мембранный проксимальный внеклеточный домен». Нарушение дисульфидных связей в этом домене влияет на формирование прочных межклеточных контактов [16, 17].

Важным компонентом Е-кадгерина является его цитоплазматический домен, состоящий из двух субдоменов: мембранного проксимального цитоплазматического домена, или, как его часто называют, юкстамембранного домена (ЮМД), и β-катенинсвязанного домена (БСД), каждый из которых имеет участок с аминокислотной последовательностью около 30—35 остатков, называющийся CH2 и CH3 соответственно («CH-кадгериновый гомологичный участок»). Е-кадгерин через БСД соединен с цитоскелетом посредством α-, β-, γ- и p120-катенина, формируя комплекс Е-кадгерин—β-катенин—α-катенин—актин, участвующий в запуске каскада сигнальных путей в клетке [5, 17] (рис. 1).

Формирование данного комплекса не только стабилизирует клеточную адгезию, но также активно стимулирует запуск ряда сигнальных путей, включающих сигнальный путь Wnt [18], сигнальные пути PI3K (фосфатидилиноситол 3-киназа), Rho ГТФазы, а также другие пути, которые будут рассмотрены ниже [8, 12, 19].

Вместе с другими классическими кадгеринами (главным образом N-кадгерином) Е-кадгерин играет важную роль в формировании тканей во время гаструляции, нейруляции, гисто- и органогенеза [12, 20—22].

Е-кадгерин начинает экспрессироваться в раннем эмбриогенезе на стадии двух бластомеров. Эпителиальная дифференциация появляется в раннем онтогенезе на стадии морулы, когда каждый бластомер поляризуется, что ведет к формированию эпителиально-подобного фенотипа. Е-кадгерин играет важную роль в адгезии бластомеров и ранней способности эмбриона к компактности. Е-кадгерин начинает экспрессироваться на мембране еще до того, как морула становится компактной, не выполняя при этом адгезивной функции. Механизм, который заставляет Е-кадгерин функционировать, до конца не ясен, но известно, что он связан с фосфорилированием протеина [12].

Контролируемый эпителиально-мезенхимальный переход (ЭМП) — наиболее важное событие, в котором принимает участие Е-кадгерин во время эмбрионального развития. Этот процесс был впервые описан E. Hay в 1980 г. как центральный механизм раннего эмбрионального морфогенеза [22—24]. Потеря эпителиальной адгезии и полярности происходит во время формирования мезодермы и обеспечивает клеткам морфологию и свойства мезенхимальных клеток [25—28]. Первым этапом ЭМП является снижение экспрессии эпителиальных маркеров, таких как Е-кадгерин, за счет подавления транскрипции и увеличение экспрессии мезенхимальных маркеров, таких как виментин [29—31].

В тканях взрослого организма Е-кадгерин участвует в формировании эпителиального пласта. Две молекулы Е-кадгерина прилегающих друг к другу клеток соединяются друг с другом посредством внеклеточного домена, функционирующего только в присутствие ионов Ca²⁺, и образуют адгезионные контакты между двумя эпителиальными клетками [8, 13, 32, 33].

Проведенные исследования на мышах показали, что роль Е-кадгерина и катенинов заключается не только в поддержании межклеточной адгезии, но и в обеспечении клеточной пролиферации и дифференцировки. Несмотря на то что Е-кадгерин главным образом вовлечен в процесс поддержания эпидермальной целостности и защиты от апоптоза, связанные с ним катенины играют двоякую роль, участвуя в формировании межклеточных контактов, с одной стороны, и выступая как регуляторы клеточных сигнальных путей — с другой [9].

Адгезия, опосредованная Е-кадгерином, является динамическим процессом, который регулируется несколькими сигнальными путями [23, 34]. Подавление экспрессии Е-кадгерина, характерное для эмбриогенеза и развития эпителиальных опухолей, приводит не только к снижению прочности межклеточной гомофильной адгезии, способствующей увеличению клеточной подвижности, но и к дезинтеграции Е-кадгерин-катенинового комплекса, результатом которой служат высвобождение сигнальных молекул, таких как β-, р120-катенин, из комплекса и запуск ряда сигнальных путей [2, 34, 35].

Одним из главных сигнальных механизмов с участием Е-кадгерина и β-катенина является канонический сигнальный путь Wnt. При его активации белок Wnt связывается с рецептором Фрайзлед (Frizzled), что приводит к транскрипции генов, которые регулируют клеточный рост и дифференцировку. В основе данного сигнального пути лежит стабилизация цитозольной формы β-катенина. В норме Е-кадгерин связан с β-катенином и образует прочный Е-кадгерин—β-катениновый комплекс. При отсутствии экспрессии Е-кадгерина свободная цитозольная форма β-катенина связывается с аксином, фосфорилируется гликогенсинтазакиназой 3β (GSK-3β) сигнального комплекса APC—аксин—казеинкиназа I и впоследствии утилизируется при помощи убиквитин-протеосом. Активированный сигнальный путь Wnt блокирует активность GSK-3β, что приводит к транслокации β-катенина в ядро, его связыванию с семейством транскрипционных факторов TCF/LEF (Т-клеточный фактор/лимфоидный энхансерный фактор) и активации экспрессии таргетных генов, таких как c-myc, циклин D1/D2, фибронектин, MMP7 (матриксная металлопротеиназа 7), CD44 и других TCF/LEF-чувствительных генов, ответственных за пролиферацию клеток. Активация канонического сигнального пути характерна при развитии злокачественной опухоли, способствуя инвазии опухолевых клеток в соединительную ткань и последующей миграции [5, 19, 36] (рис. 2).

Е-кадгерин также принимает участие в реализации сигнального пути с участием RhоGTFаз, которые представляют собой семейство клеточных сигнальных белков, относящихся к семейству Ras. К ним относятся белки RhoA, Rac1 и Cdc42 [36]. Дестабилизация Е-кадгерин—β-катенинового комплекса приводит к цитоплазматической аккумуляции p120-катенина, который в норме плотно связан с ЮМД. Гиперэкспрессия р120-катенина приводит к дезактивации белка RhoA, регулирующего стабильность актинового цитоскелета, а также к активации белков Rac1 и Cdc42, отвечающих за выработку ламмелоподий и филлоподий соответственно. Актиновые филаменты, содержащиеся в указанных органеллах, обеспечивают подвижность клеток [23, 34, 37, 38].

β-Катенин комплекса Е-кадгерин—β-катенин связан с α-катенином, который в свою очередь взаимодействует с актиновым цитоскелетом, обеспечивая стабильность клеточной адгезии. Некоторые исследования показывают роль α-катенина в эмбриональном развитии и при развитии опухоли в его взаимодействии с сигнальным путем Ras-MAPK (митогенактивируемая протеинкиназа) [2, 39], приводящим к транслокации молекулы Erk (внеклеточная сигналрегулируемая киназа, относится к группе MAPK) в ядро, действующей как транскрипционный фактор, и активации пролиферации клетки [29]. Активированная молекула RAS также приводит к запуску сигнального пути PI3K/AKT, который обеспечивает антиапоптотичеcкую активность, рост и пролиферацию клеток [40].

N-кадгерин кодируется геном CDH2, его экспрессия отмечена на стадии гаструляции эмбриогенеза. В мезодермальных клетках, формирующихся на этой стадии, отмечается снижение экспрессии Е-кадгерина и повышение экспрессии N-кадгерина. Этот феномен был назван «переключение кадгеринов», при котором экспрессия одного кадгерина замещается экспрессией другого. N-кадгерин также участвует в формировании сердца, сосудистой и нервной систем на этапе органогенеза [9]. В тканях взрослого организма N-кадгерин является компонентом мезенхимальных тканей, эндотелия сосудов и нервной ткани, выполняя свои адгезионные функции [5]. N-кадгерин принимает участие в реализации ряда сигнальных путей, главным образом в сигнальном пути с участием рецепторов фактора роста фибробластов (FGFR). Показано, что N-кадгерин способствует димеризации FGFR и активации сигнала, не зависящего от участия факторов роста. Комплекс N-кадгерин—FGFR способствует росту числа нейритов в здоровых тканях, а также увеличению миграции и инвазии клеток благодаря запуску сигналов с участием MAPK и PI3K при развитии злокачественной опухоли [36, 41, 42] (рис. 3).

Р-кадгерин кодируется геном CDH3, расположенным на хромосоме 16q22.1, в регионе, который содержит кластер нескольких генов кадгеринов, в 32 килобазах от гена, кодирующего Е-кадгерин. Р-кадгерин схож по строению с другими классическими кадгеринами и содержит три домена (внеклеточный, трансмембранный и внутриклеточный), необходимых для осуществления гомофильных взаимодействий. На клеточной мембране молекулы Р-кадгерина образуют латеральные димеры, которые взаимодействуют по типу молнии, соединяя соседние клетки [43].

Функция и сила Р-кадгеринассоциированной адгезии зависит от динамического взаимодействия с катенинами, которые связывают кадгериновый цитоплазматический конец с актиновым цитоскелетом и способствуют формированию кадгерин-катениновых комплексов [43, 44].

Во время эмбриогенеза наибольшая экспрессия Р-кадгерина выявляется в плаценте, как в материнской, так и в плодной частях, что объясняет название Р-кадгерина («плацентарный»). Экспрессия Р-кадгерина в матке начинается с появления децидуальной оболочки, в которую мигрируют экстраэмбриональные клетки имплантированного эмбриона, экспрессирующие Р-кадгерин для формирования связи мать—плод [45]. В отличие от Р-кадгерина экспрессия Е-кадгерина отмечена только в плодной части плаценты. Данные наблюдения свидетельствуют о роли Р- и Е-кадгерина в эмбриогенезе. Р-кадгерин необходим для связи эмбриональных и материнских тканей во время поздней стадии имплантации, в то время как Е-кадгерин предотвращает смешивание этих тканей [45].

Показано, что Е- и Р-кадгерин экспрессируются в эктоплацентарном конусе, эктодерме, некоторых энтодермальных тканях и ткани почечного канальца, в то время как Р- и N-кадгерин экспрессируются во всех клетках латеральной пластинки мезодермы, эндотелии роговицы и радужной оболочке [43].

В тканях взрослого организма экспрессия Р-кадгерина обнаружена главным образом в базальном слое некоторых эпителиальных структур, таких как кожа, шейка матки, простата и легкие [43].

VE-кадгерин кодируется геном CDH5, расположенным на 16-й хромосоме. Экспрессия VE-кадгерина считается специфичной для эндотелиальных клеток. Роль VE-кадгерина заключается главным образом в контроле целостности и проницаемости сосудов [46]. Отмечено также существенное участие данной молекулы клеточной адгезии в ангиогенезе [47]. VE-кадгерин может связываться с рецептором эндотелиального фактора роста сосудов (VEGFR2) и модулировать сигнальный путь с его участием для обеспечения клеточной выживаемости и снижения пролиферации [46].

Считается, что все четыре группы кадгеринов могут играть существенную роль в патологии, в том числе при развитии злокачественной опухоли и метастазировании опухолевых клеток [3, 7, 15, 21, 27] (см. таблицу).

Метастазирование является многоступенчатым процессом. Одной из наиболее значимых особенностей этого процесса является деформация адгезивных способностей неопластических клеток, опосредованная нарушением экспрессии кадгеринов [8, 30]. Другой важной особенностью этого процесса является реализация ЭМП. Этот процесс схож с таковым, осуществляемым во время эмбрионального развития, но его важной отличительной особенностью является неконтролируемость [17, 28, 48]. ЭМП реализуется в эпителиальных опухолях, обеспечивая способность к инвазии и метастазированию [31, 36, 49].

Ген Е-кадгерина CDH1 считается геном-супрессором опухоли [12, 50]. Его утрата или аномальная экспрессия способствует инвазии неопластических клеток. При раке молочной железы снижение уровня Е-кадгерина выявляется приблизительно в 50% случаев при инвазивной протоковой карциноме, в то время как при инвазивной дольковой карциноме — до 90%, в первую очередь в опухолях с тройным негативным фенотипом (отсутствием экспрессии мембранного рецептора HER-2/neu, а также ядерных рецепторов эстрогена — ER и прогестерона — PR) [14, 28]. Некоторые авторы отмечают, что аберрантная экспрессия Е-кадгерина связана с более поздней стадией опухолевого процесса и развитием метастазов, а также часто сочетается с отсутствием экспрессии ER [51].

Вышеуказанные сигнальные механизмы играют роль при развитии злокачественной опухоли и формировании отдаленных метастазов. Помимо них, при осуществлении процесса инвазии опухоли был продемонстрирован β-катенинзависимый (но не зависимый от транскрипционной активности TCF) регуляторный процесс, предполагающий вовлечение в регуляцию инвазии неопластических клеток неизученного сигнального механизма, включающего β-катенин. Кроме этого, отсутствие Е-кадгерина приводит к индукции множественных транскрипционных факторов, один из которых — Twist — также имеет существенное значение при запуске ЭМП, играющего важную роль при метастазировании [10, 37, 52]. По данным ряда авторов, также существует сигнальный путь с участием эстрогена, подавляющий экспрессию Е-кадгерина в опухолевых клетках рака молочной железы [53]. Изучение указанных механизмов требует проведения дальнейших исследований.

В литературе описаны данные о том, что опухолевые клетки могут реэкспрессировать Е-кадгерин [12, 51]. Механизм и биологическая роль этого процесса в метастазах до конца не изучены, но его связывают с механизмом, называемым «мезенхимально-эпителиальный переход» (МЭП), при котором происходит обратная смена фенотипа клеток метастазирующей опухоли с мезенхимального на эпителиальный в дистантном очаге с соответствующей экспрессией эпителиальных маркеров, таких как Е-кадгерин [51, 54]. Значительное увеличение реэкспрессии Е-кадгерина, а также α- и β-катенина наблюдается в метастазах дольковых карцином, в то время как в первичной опухоли сохраняется полная потеря экспрессии этих белков. Считается, что для таких карцином характерны мутации Е-кадгерина, проявляющиеся потерей локуса гена даже на самом раннем этапе канцерогенеза на стадии опухоли in situ [31, 54].

N-кадгерин в норме слабо экспрессируется в эпителии молочной железы, но часто его экспрессия увеличивается одновременно со снижением экспрессии Е-кадгерина. Переключение кадгеринов с эпителиального на мезенхимальный тип — важная особенность ЭМП. Известно, что утрата экспрессии Е-кадгерина препятствует адгезии клеток опухоли молочной железы (эпителиального происхождения) с другими эпителиальными клетками, в то время как увеличение экспрессии N-кадгерина и потенциально остальных мезенхимальных кадгеринов (кадгерин-11) способствует адгезии со стромальными клетками и последующей инвазии опухолевых клеток в строму. N-кадгерин стимулирует миграцию клеток и метастазирование, несмотря на экспрессию и функцию Е-кадгерина. Стимулирующий миграцию эффект N-кадгерина отмечен в четвертом внеклеточном кадгериновом домене, который необходим для взаимодействия с рецептором фактора роста фибробластов 1 (FGFR1). При раке молочной железы N-кадгерин взаимодействует с FGFR1 и ингибирует его интернализацию, что сопровождается стимуляцией FGF2 (фактор роста фибробластов 2) и затем активацией каскада сигнальных путей PLCγ, PI3K и MAPK. Сигнальный путь PLCγ/PI3K стимулирует миграцию опухолевых клеток, в то время как сигнальный путь MAPK увеличивает экспрессию MMP-9 (матриксная металлопротеиназа 9) и активацию ERK½, которые способствуют инвазии опухолевых клеток. Кроме экспрессии в эпителиальных опухолевых клетках, N-кадгерин также в большом количестве экспрессируется в клетках эндотелия сосудов. Через гомофильные взаимодействия N-кадгерин опухолевых клеток и клеток эндотелия сосудов взаимодействуют между собой, что приводит к сосудистой адгезии опухолевых клеток. В дальнейшем в эпителиальных клетках активируется сигнальный путь Src-киназы, что приводит к фосфорилированию β-катенина, который связан как с N-, так и E-кадгерином. Фосфорилирование β-катенина в клетках эндотелия подавляет межклеточное взаимодействие соседних эндотелиальных клеток и позволяет опухолевым клеткам проникать в сосудистое русло [4, 5, 8, 37] (рис. 4).

В нормальной ткани молочной железы Р-кадгерин экспрессируется в миоэпителиальных базальных клетках. При раке молочной железы его избыточная продукция обнаруживается как при инвазивных карциномах, так и при протоковых карциномах in situ [10, 43]. Клинический интерес к Р-кадгерину появился несколько лет назад, когда группа ученых исследовала серию случаев карциномы легких и обнаружила, что Е- и Р-кадгерин коэкспрессировались в каждом из них. Полученные данные позволили предположить, что экспрессия Р-кадгерина тесно связана с дифференцировкой карцином. В отличие от Е-кадгерина экспрессия Р-кадгерина, которая, как считается, обычно увеличивается при развитии опухоли, была снижена в более дифференцированных опухолевых клетках [10]. Аберрантная экспрессия Р-кадгерина считается негативным прогностическим фактором и часто связана с нарушениями в сигнализации пути эстрогенового рецептора α (Erα), а также повышенной экспрессией HER-2/neu и p53, ассоциированной с высокой пролиферацией клеток опухоли [10, 43].

Функция и прочность Р-кадгеринассоциированной адгезии зависит от взаимодействия Р-кадгерина с α-, β-, γ- и p120-катенином. Эти молекулы обеспечивают соединение кадгеринового цитоплазматического домена с актиновым цитоскелетом и способствуют формированию комплексов кадгерин—катенин. Этот домен содержит два главных участка, один из которых, катенинсвязанный, необходим для выполнения Р-кадгерином своей адгезионной функции, а второй, юкстамембранный, как предполагается, играет существенную роль в способности клеток к перемещению и инвазии [10].

Аберрантная экспрессия Р-кадгерина при раке молочной железы связана с дестабилизацией нормального комплекса кадгерин—катенин и цитоплазматической экспрессией р120-катенина [10, 55]. ЮМД цитоплазматического конца Р-кадгерина связывается с р120-катенином и способствует его накоплению в цитоплазме, стимулируя активацию RhoGTFаз, Rac1 и Cdc42, обеспечивая опухолевым клеткам повышенную подвижность и способность к инвазии [43].

Было также показано, что экспрессия Р-кадгерина связана с повышенной экспрессией ММР, которые ответственны за инвазию и являются критериями неблагоприятного прогноза при раке молочной железы. Повышение экспрессии Р-кадгерина индуцирует секрецию MMP1 и MMP2, которая приводит к высвобождению внеклеточного домена, обладающего проинвазивной активностью [8, 10, 43]. Кроме того, гиперэкспрессия Р-кадгерина стимулирует активацию GSK-3β, способствующую фосфорилированию молекулы Snail и ее цитоплазматической транслокации, что является одним из факторов, активирующих ЭМП [31, 56] (см. рис. 4).

VE-кадгерин является главной молекулой клеточной адгезии, ответственной за взаимосвязь эндотелиальных клеток, и играет ключевую роль в формировании целостности и проницаемости сосудов. В дополнение к выполнению адгезивной функции VE-кадгерин может связываться с VEGFR2 (рецептором сосудистого эндотелиального фактора роста 2) в ответ на стимуляцию VEGF, что, как было показано, является важным механизмом, участвующим как в ингибировании клеточной пролиферации, так и в повышении клеточной выживаемости [37].

При инвазивном раке молочной железы повышенная экспрессия VE-кадгерина обнаруживается как в эндотелиальных клетках, так и в опухолевых эпителиальных клетках, что приводит к адгезии между ними, проникновению опухолевых клеток в кровоток и их метастазированию. Полученные данные позволяют предположить, что VE-кадгерин имеет значение в метастазировании при раке молочной железы на стадии интравазации [5, 37].

Аберрантная экспрессия VE-кадгерина приводит к последующей активации сигнального пути TGF-β, что стимулирует клеточную пролиферацию (см. рис. 4). Также было показано, что выработка VE-кадгерина увеличивается в процессе ЭМП [10, 27].

Таким образом, VE-кадгерин имеет значение не только при ангиогенезе и интравазации в клетках эндотелия сосудов, но также играет роль в стимуляции опухолевых клеток к опухолевой прогрессии.

Анализ данных литературы показал изученные механизмы участия основных групп кадгеринов в развитии злокачественной эпителиальной опухоли на примере рака молочной железы. Изучение кадгеринов и связанных с ними молекул, несомненно, является важным шагом в понимании механизмов опухолевой прогрессии и метастазирования.

Конфликт интересов отсутствует.