AKTUÁLIS KÉRDÉSEK A metasztázisgének dialektikája Tímár József

Érkezett: 1999. június 25.
Elfogadva: 1999. november 29.

A munkát az ETT (100/93 és 542/96), illetve a Semmelweis Orvostudományi Egyetem rektora támogatta.

Az elmúlt tíz évben két gént hoztak ismételten kapcsolatba a daganatok metasztatikus fenotípusának kialakulásával: az egyik gén a CD44 v6 variánsa, a másik az NM23 volt. Az előbbit mint az áttétképzés előmozdítóját, míg az utóbbit mint metasztázisszuppresszort ismertük meg a különböző kísérletes daganatmodellekben. A két gén RNS- és fehérjeszintű expressziójának tanulmányozása emberi daganatokon azonban igen ellentmondásos eredményekre vezetett. A tumorok egy kisebb csoportjában az eredetileg megfigyelt funkciót észlelték, a daganatok egy másik - nagyobb - csoportjában viszont vagy nem következett be változás, vagy a korábban megfigyeltekkel éppen ellentétes tendenciák érvényesültek. Az ellentmondások egyrészt azzal magyarázhatók, hogy számos nem daganatos szövetben expresszálódik a CD44v6, illetve hiányzik az NM23. Másrészről a karcinogenezis folyamán bekövetkező génkárosodások igen sokrétűek lehetnek, amelyek a különböző szövetekben eltérő következményekkel járhatnak. Érdekes és egyelőre nem vizsgált jelenség a két gén expressziójának reciprocitása a nem daganatos és daganatos szövetekben.

CD44v6, NM23, tumormetasztázis

Az elmúlt tíz év a metasztáziskutatásban is nagy fejlődést hozott. Ebben az évtizedben ismertünk meg két olyan gént, amelyeknek megjelenése vagy hiánya a rosszindulatú daganatokra legjellemzőbb sajátosság, az áttétképző képesség elnyerését, illetve elvesztését eredményezi. Sok közös vonása van a két génnek abban a tekintetben, hogy kezdetben "mindenható" szereppel ruházta fel az irodalom, és bennük látta az áttétképző képesség problémájának végleges megoldását. Ennek megfelelően azután nagy volt a kiábrándulás, amikor a sorozatos utánvizsgálatok mindkét gén esetében egyre több kételyt támasztottak mindenhatóságukkal szemben.
 

Az első metasztázisgén: a CD44v6 variáns

Érdekes analógiát lehet felfedezni az onkogének és onkoszuppresszor gének, valamint a metasztázisgének vonatkozásában. Először arra gondoltak, hogy egy vagy néhány gén tehető felelőssé az áttétképző sajátosságért. Ez a gén a CD44 lett volna, amely több - legalább tíz - exon bizonyos szabályok szerinti variációjával számos fehérjevariánst kódol (1). A molekulákban egy úgynevezett standard szakasz mellett különböző kiegészítő elemek lehetnek jelen. A gén termékét először mint a lymphocyták homing receptorát ismertük meg (2), de hamarosan kiderült, hogy más sejttípusokban is jelen van, és a sejt-sejt, illetve sejt-mátrix kölcsönhatások egyik gyakran felismert membránreceptora. Legjellemzőbb sajátosságának sokáig hialuronsav-kötő képessége tűnt, de ez nem magyarázta meg kellőképpen sokrétű fiziológiás funkcióit. Később kiderült, hogy CS glikanációt is mutat a fehérje (3), de ez sem számít különlegességnek, hiszen számos más transzmembrán proteoglikán is rendelkezik ilyennel, bár azok malignitással való kapcsolata nem mutatható ki. A tudományos bomba akkor robbant, amikor patkány adenocarcinoma-sejtvonalak tanulmányozása során kiderült, hogy a CD44v6 variáns megjelenése a daganatsejtekben az áttétképző képesség megjelenését eredményezte (4). Ugyanebben a rendszerben sikerült a gén kulcsszerepét molekuláris biológiai (géntranszfekció, antiszenz) módszerekkel is igazolni. Mindezek alapján nagy volt a várakozás a CD44v6-fehérjével szemben, hiszen úgy tűnt, hogy a régen várt áttörés következett be a daganatkutatásban, amelynek eredményeként az áttétképzés egyik kulcsát sikerült azonosítani, és egy új terápiás, illetve diagnosztikus célpontot ismertünk fel. A sorozatos utánvizsgálatok azonban nem erősítették meg minden tekintetben ezeket a várakozásokat. A gastrointestinalis daganatok esetében úgy tűnik, a gén expressziója valóban párhuzamos az áttétképző képesség megjelenésével (5). Ugyanakkor az is kiderült, hogy a gén normális, nem daganatos szövetekben is kifejeződik, mint amilyenek a laphámok (6). Még nagyobb volt a meglepetés és értetlenség, amikor kiderült, hogy a laphámrákokban a CD44v6 gén expressziója a malignus progresszió és az áttétképző képesség megjelenésével párhuzamosan fokozatosan csökken (7). Ez pontosan ellenkező jellegű funkcionális szerepet mutat ezekben a daganatokban, mint amit korábban megismertünk a CD44v6-tal kapcsolatban. Arra is fény derült, hogy számos normális szövetben is sejtaktiváció során jelenik meg a v6 splice variáns (T-sejtek, macrophagok) (1), tehát egyáltalán nem tekinthető metasztázisspecifikus jelenségnek a gén expressziója. A gén funkcióira vonatkozó kutatások igen szerteágazóak, de eredményeik meglehetősen semmitmondóak. Ebből a szempontból a legérdekesebb megfigyelés az, hogy az egyik CD44-variáns, a v3 az egyetlen olyan CD44-forma, amely a sejtproliferáció szabályozásával szorosabb kapcsolatba hozható, mivel ez az egyetlen forma, amely citokineket, illetve növekedési faktorokat tud kötni (8). Ugyanakkor ennek a variánsnak az expresszióját eddig még nem hozták összefüggésbe az áttétképzéssel. Az első olyan adat, amely arra utal, hogy a CD44v3-expresszió az áttétképzéssel kapcsolatos lehetne, saját, emberi melanomákon folytatott vizsgálatainkból származik (9). Kimutattuk, hogy a bőr melanomáiban a CD44v3 csak a szervi áttéteket képző daganatokban jelenik meg. Természetesen ezeket a vizsgálatokat még sokféle módon kell ellenőrizni, mielőtt a molekula "sentinel", azaz "őrszem" szerepét (legalább) egyértelműen kijelentjük.
 

Az első metasztázisszuppreszor gén: az NM23

Elképzelhető, hogy léteznek olyan gének, amelyek fiziológiás körülmények között megakadályozzák a metasztatikus fenotípus kialakulását; ezek volnának a metasztázisszuppresszor gének. Ezt az elvet követve, 1988-ban Kopper és munkatársai, egérmelanomákban találtak molekuláris biológiai eszközökkel egy olyan gént (NM23), amelynek fehérjeterméke egy 17 kD G-protein-kötő fehérje, és metasztázisszuppresszor funkcióval bír (10). Közös vonás a CD44v6-tal, hogy az elmúlt tíz év ennek a génnek a szerepét sem tudta pontosan tisztázni. A legvalószínűbbnek az látszik, hogy egy, a jelátviteli utakban szereplő molekuláról lehet szó, hiszen az NM23 az NDP-kináz enzimnek felel meg, amely a GDP iránt mutatja a legnagyobb affinitást (11). A gén expressziójának elvesztése a tumorsejtek áttétképző képességének megjelenését eredményezte. Kísérleti daganatokban a megismert gén vizsgálata nagy lendülettel indult meg a legkülönbözőbb tumorrendszerekben, és igen ellentmondásos eredményeket hozott. Talán az emlőrákok maradtak azok a daganatok, ahol az ismételt vizsgálatok az NM23 metasztázisszuppresszor funkcióját a leginkább igazolták (12). A nyirokcsomó-pozitív emlőrákokban az NM23 elvesztése jellemzően bekövetkezik, amelynek hátterében a gén heterozigótaságának elvesztése áll. Ugyanakkor gyakorlatilag nincs más emberi daganatféleség, ahol hasonló szerepet tölt be az NM23 gén (13, 14). Egy ideje az NM23-expressziót megfelelő antitest birtokában fehérjeszinten is lehet tanulmányozni. Ezek a vizsgálatok egy különös jelenségre mutattak rá. Melanomákban az NM23-gén mRNS-szintű expressziója az egyre vastagabb tumorokban, illetve a nyirokcsomóáttétekben folyamatosan csökken, ami támogatja azt az elképzelést, hogy egy metasztázisszuppresszor génről lenne szó (15, 16). Ugyanakkor az NM23 fehérjeszintű vizsgálata ismételten ezzel ellentétes eredményeket produkált, mert az egyre vastagabb tumorokban, illetve a melanomaáttétekben az NM23-fehérje továbbra is kimutatható marad (10, 17, 18). A jelenségre egyelőre nincs magyarázat, bár az azért megjegyzendő, hogy egy adott gén mRNS-termékének mennyisége nem feltétlenül van összhangban a készülő fehérje mennyiségével (transzláció és transzkripció eltérő szabályozása). A képet tovább bonyolítja az, hogy az NM23-fehérje és -gén expressziója a normális laphámokban hiányzik, ugyanakkor a malignus transzformáció során megjelenik az NM23-expresszió és a progresszióval egyre fokozódik, pontosan ellentétes módon, mint például az emlőrákokban (19, 20).

Tehát ugyanazzal a problémával találkozunk az NM23-gén esetében is, mint azt a CD44 esetében láttuk: egy gén különböző daganattípusokban egymással homlokegyenest ellentétes funkciót tölt be. Mindezek alapján világos, hogy a két gén nem tekinthető metasztázisgénnek, ezek nem kulcsregulátorai a metasztatikus fenotípusnak. Hiszen a metasztázisképződés mechanizmusa meglehetősen hasonló a különböző daganatféleségekben, így elképzelhetetlen, hogy egy molekula ebben a folyamatban hol pozitív, hol negatív szereplő. Az áttétképzés során az agresszív mátrixkölcsönhatások, ha más-más adhéziós molekulák, más-más bontóenzimek segítségével is, de hasonló módon alakulnak ki. A tumorsejtek vándorlását igen hasonló mechanizmusok alakítják ki, ahol a folyamatok végső lépései univerzális formában valósulnak meg, itt tehát gyakorlatilag elképzelhetetlen egyes molekulák ellenkező szerepe.

Ez az ellentmondás csak akkor oldható fel, ha belátjuk, hogy a CD44v6, illetve az NM23 nem metasztázisgének, mivel a folyamatnak nem irányítói, hanem expressziójuk a metasztatikus fenotípus kialakulása során keletkező sokrétű génkárosodás és -instabilitás eredménye. Naivitás is volna egy-egy gén megjelenéséhez vagy elvesztéséhez kötni az áttétképző fenotípus megjelenését, amely az egyes daganatféleségekben igen sokrétű formában nyilvánul meg, s ahol nemigen lehet egy gén kulcsszerepét elhelyezni a bonyolult soklépcsős folyamatban. Ehhez járul még az a tény is, hogy az egyes szövetekben, szervekben specifikus gének expressziója valósul meg, így a malignus transzformáció folyamatai igen eltérő génkészleteket érinthetnek. Jól példázza ezt a laphám és annak rákja, ahol a CD44v6 metasztázisgén konstitutív módon expresszálódik az NM23 metasztázisszuppresszor azonban nincsen jelen. A laphámrákokban aztán a CD44v6-expresszió fokozatosan elvész, ugyanakkor megjelenik az NM23, azonban láthatóan egyikük sem befolyásolja a kialakuló progressziós folyamatot, csak jelzi a folyamatban bekövetkező genetikai szabályozási zavarokat, ezzel is bizonyítva e gének expressziójának dialektikáját.

A metasztáziskutatás tehát egy közel tízéves folyamat, amely kerülőúton visszajutott kiindulópontjához, s továbbra sem tudjuk pontosan körülhatárolni, hogy melyek azok a gének, amelyek igazán felelősek az invazív fenotípus kialakulásáért. Mindez nem kell, hogy kiábrándultsággal töltsön el bennünket, hanem éppen ellenkezőleg, inkább arra kell, hogy ösztönözzön, hogy az inváziós folyamatokat még mélyebben megismerjük és megértsük. Mindehhez a két "metasztázisgén" története számos hasznosítható tanulsággal szolgál.

Irodalom

1. Herrlich P, Zoller M, Pals ST, Ponta H. CDE44 splice variants: metastases meet lymphocytes. Immunol Today 1993;14(8):395-9.
2. Jalkanen S, Jalkanen M, Bargatze R, Tammi M, Butcher EC. Biochemical properties of glycoproteins involved in lymphocyte recognition of high endothelial venules in man. J Immunol 1988;141(5):1615-23.
3. Jalkanen S, Jalkanen M. Lymphocyte CD44 binds the COOH-terminal heparin-binding domain of fibronectin. J Cell Biol 1992;116(3):817-25.
4. Günthert U, Hofmann M, Rudy W, Reber S, Zoller M, Haussman I, et al. A new variant of glycoprotein CD44 confers metastatic potential to rat carcinoma cells. Cell 1991;65:13-24.
5. Matsumura Y, Tarin D. Significance of CD44 gene products for cancer diagnosis and disease evaluation. Lancet 1992;340(8827):1053-8.
6. Brown TA, Bouchard T, St John T, Wayner E, Carter WG. Human keratinocytes express a new CD44 core protein (CD44E) as a heparan-sulfate intrinsic membrane proteoglycan with additional exons. J Cell Biol 1991;113(1):207-21.
7. Spafford MF, Koeppe J, Pan Z, Arcker PG, Meyers AD, Franklin WA. Correlation of tumor markers p53, bcl2, CD34, CD44H, CD44v6 and ki-67 with survival and metastasis in laryngeal squamous cell carcinoma. Arch Otolaryngol Head Neck Surg 1996;122:627-32.
8. Jackson DG, Bell JI, Dickinson R, Timans J, Shields J, Whittle N. Proteoglycan forms of the lymphocyte homing receptor CD44 are alternatively spliced variants containing the v3 exon. J Cell Biol 1995;128:673-85.
9. Döme B, Somla B, Tamássy A, Péter L, Tóvári J, Horváth A, et al. A cutan melanoma prognózisa és inváziós marker expressziója. Metasztázis asszociált gének (nm23, CD44v3, MMP2). Orv Hetil 1999;140(5):235-43.
10. Steeg PS, Bevilaqua G, Kopper L, Thorgersson UP, Talmagde JE, Liotta LA, et al. Evidence for a novel gene associated with low tumour metastatic potential. J Natl Canc Inst 1988;80:200-204.
11. Liotta LA, Steeg PS, Stetler-Stevenson WG. Cancer metastasis and angiogenesis: an imbalance of positive and negative regulation. Cell 1991;64:327-36.
12. Tokumaga Y, Urano T, Furukawa K, Kondo H, Kanematsu T, Shiku H. Reduced expression of nm23-H1, is concordant with the frequency of lymph-node metastasis of human breast cancer. Int J Cancer 1993;55:66-71.
13. Hailat N, Keim DR, Melhem RF, Zhu XX, Eckerskorn C, Brodeuer GM. High levels of p19/nm23 protein in neuroblastoma are associated with advanced stage disease and with n-myc gene amplification. J Clin Invest 1991;88:341-5.
14. Shina H, Igawa M, Urakami S, Shirakawa H, Ishibe T. Immunohistochemical analysis of nm23 protein in transitional cell carcinoma ot the bladder. Br J Urol 1995;76:708-13.
15. Caligo MA, Grammatico P, Cipollini G, Varescol L, Del Porto G, Bevilacgua G. A low nm23-H1 expression identifying high malignancy human melanomas. Melanoma Res 1994;3:79-84.
16. Easty DJ, Maung K, Lascu I, Veron M, Fallowfield ME, Hart IR, et al. Expression of nm23 in human melanoma progression and metastasis. Br J Cancer 1996;1:109-114.
17. Saitoh K, Takahashi H, Yamamoto M.  Expression of metastasis gene product, nm23 protein, is not correlated with tumor progression in human malignant melanomas. Histopathology 1996;6:497-505.
18. Van den Oord JJ, Maes A, Stas M, Nuyts I, De Wever I, De Wolf-Peeters C. Prognostic significance of nm23 protein expression in malignant melanoma. Melanoma Res 1997;2:121-8.
19. McDonald JS, Gartside PS, Pavelic LJ, Gluckman JL, Pavelic ZP. NM23-H1 expression in squamous cell carcinoma of the head and neck. Pathol Oncol Res 1996;2:34-6.
20. Répássy G, Forster-Horváth Cs, Juhász A, Ádány R, Tamássy A, Tímár J. Expression of invasion markers CD44v6/v3, NM23 and MMP3 in laryngeal and hypopharyngeal carcinoma. Pathol Oncol Res 1998;4(1):14-21.

In the past decade, two genes were repeatedly found to be associated with tumor metastasis: the v6 variant of CD44 and NM23. The former was described as metastasis-promoter while the later was considered as metastasis suppressor. Analysis of the expression of these genes at mRNA and protein level in various human malignancies gave controversial results. In a smaller proportion of the tumors the data corresponded the ones observed in experimental models while in the major proportion of tumors either no change or alterations into the opposite direction were observed in the expression. On one hand these controversies can be explained by the fact that several human tissues express CD44v6 but do not express Nm23. On the other hand, genetic alterations which develop during carcinogenesis are variable and may be different in various tissues. Reciprocal expression of the two genes is still an unexplained phenomenon.

Correspondence: József Tímár, MD, National Institute of Oncology
H-1122 Budapest, Ráth Gy. u. 7-9.
E-mail: jtimar@oncol.hu

CD44v6, NM23, tumor metastasis