Эпигенетические механизмы в лечении рака молочной железы и устойчивости к терапии

Рак — группа заболеваний, имеющих как генетическую, так и эпигенетическую природу (см. что такое рак). Эпигенетические механизмы регулируют многие аспекты биологии рака — от канцерогенеза до модуляции иммунного ответа в микроокружении опухоли. В отличие от генетических мутаций, которые трудно исправить, нарушенные эпигенетические механизмы могут быть удобными мишенями для низкомолекулярных соединений. Кроме того, модуляция эпигенома при различных солидных (органных) опухолях делает раковые клетки доступными для атак иммунной системы и повышает чувствительность к иммунотерапии. Эти преимущества в последнее десятилетие способствовали разработке эпигенетических стратегий лечения рака.

Эпигенетические методы лечения рака

Диагностические и прогностические инструменты, основанные на эпигенетике, вносят большой вклад в онкологию. В частности, несколько методов "анализа метилирования ДНК " и диагностической визуализации проходят клинические исследования или уже используются. Кроме того, усилия онкологии по борьбе с нарушенными эпигенетическими механизмами привели к разработке эпипрепаратов — лекарств, направленных на эпигенетическую модуляцию.

- По теме: Генам тоже нужно обучение! Эпигенетические методы лечения рака

В настоящее время для лечения солидных и гематологических опухолей применяются ингибиторы гистондеацетилаз (HDACis), ДНК-метилтрансфераз (DNMTs), EZH2 и IDH; в общей сложности существуют 8 эпигенетических методов терапии, одобренных FDA, а также множество эпипрепаратов, испытываемых в клинических исследованиях.

При ER+ (эстроген-рецептор-положительном) раке молочной железы эпипрепараты, исследуемые в сочетании с традиционными методами лечения и уже достигшие фазы II, отражают последние достижения в понимании эпигенетических механизмов, управляющих ростом ER+ рака молочной железы, метастазированием и устойчивостью к терапии.

Заболеваемость инвазивным раком молочной железы продолжает расти с 2004 года. В 2018 году во всём мире было зарегистрировано более 2 миллионов случаев. Около 80% всех случаев рака молочной железы относят к категории ER+ вследствие экспрессии рецептора ERα, а 5-летняя общая выживаемость этих пациентов составляет примерно 90%.

- По теме: Статистика рака в Турции 2020

Поскольку ERα является основным онкогенным фактором большинства ER+ опухолей, существующие варианты эндокринной терапии включают блокаду ERα, подавление синтеза эстрогенов и избирательную деградацию ERα. Хотя эндокринная терапия увеличивает общую выживаемость, у трети всех пациентов с ранним ER+ раком молочной железы наблюдается устойчивость к терапии. Воздействие низкомолекулярными соединениями на регуляторы хроматина для перестройки эпигенома опухоли может вновь сделать устойчивые клетки чувствительными к эндокринной терапии или новым методам лечения.

Подтипы эстрогенов и механизмы передачи сигналов ERα

Эстроген стимулирует многие процессы развития, включая репродуктивное созревание и рост костей, а также энергетический гомеостаз организма, модулируя чувствительность к инсулину, потребление пищи и расход энергии посредством терморегуляции. Эстроген также координирует митогенные и эпигенетические механизмы, регулирующие развитие молочной железы.

Существуют пять основных подтипов эстрогенов:

• эстрон (E1),
• 17-β эстрадиол (E2),
• эстриол (E3),
• эстетрол (E4),
• эстрон-сульфат (E1s)

E1 обратимо превращается в биологически более активную форму E2; оба являются основными эстрогенами организма. Однако E3 и E4 определяются только во время беременности, причём E3 преобладает. E1 в основном служит резервуаром эстрогенов, поскольку в своём естественном состоянии легко превращается стероидными сульфатазами в активные формы E1 и E2.

Рисунок 1: ERα опосредует эпигенетические изменения, взаимодействуя и обмениваясь сигналами с пионерными факторами и корегуляторами.

a. Схематическое изображение различных структурных доменов ERα. LBD (лиганд-связывающий домен) содержит поверхность для димеризации и связывания коактиваторов. После связывания E2 спираль helix-12 в LBD принимает активную конформацию, способствующую взаимодействию ERα с коактиваторами.

b. Пионерные факторы, такие как FOXA1, GATA3, PBX1 и AP-2γ, преимущественно связываются с гипометилированными участками генома, несущими соответствующие мотивы. Важно, что эти участки обычно отмечены низкими уровнями H3K4me1/2, которые повышаются при привлечении пионерных факторов, таких как FOXA1. После стимуляции лигандом E2 пионерные факторы облегчают локализацию связанного с лигандом Erα в хроматине. Это активирует экспрессию генов, поскольку ERα привлекает эпигенетические активаторы, такие как P300 / CBP, комплекс SWI / SNF, PRMT и EZH2 (при прямом контакте либо через коактиваторы, например SRC-1/2/3 и Mediator), для накопления активирующих эпигенетических меток, таких как H4R3me1 и H3K27Ac (насыщенные цвета). Вместе с тем посредством взаимодействия с корепрессорами, такими как LCOR и NCoR1/2, связанный с лигандом ERα и связанный с тамоксифеном ERα могут привлекать и эпигенетические репрессоры, включая HDAC и комплекс NuRD, для подавления генов путём удаления активных эпигенетических меток (бледные цвета).

ERα также участвует в негеномных сигнальных путях E2. Он непосредственно поддерживает пролиферацию клеток ER+ рака молочной железы. Геномные механизмы после стимуляции E2 начинаются с гомодимеризации ERα либо его привлечения к хроматину посредством прямого связывания с ERE (элементами ответа на эстроген) или косвенного связывания с факторами транскрипции (TF) через домены AF (функции активации). Предполагается, что для экспрессии до 75% генов, отвечающих на эстроген, необходимо связывание ERα с ERE или ERE-подобными последовательностями. При ER+ раке молочной железы пионерные TF, такие как FOXA1, GATA3, PBX1 и AP-2γ, связывают специфические последовательности-мишени ДНК в уплотнённом хроматине и облегчают связывание ERα с хроматином в ответ на стимуляцию E2. Активированный ERα также может использовать группу коактиваторов или корепрессоров для активации либо подавления транскрипции генов (рисунок 1b).

Эпигенетические механизмы, лежащие в основе передачи сигналов ERα

Важными корепрессорами транскрипционной активности ERα (веществами, препятствующими синтезу ферментов) являются NCoR1, NCoR2 и LCoR (рисунок 1b). BRCA1 — наиболее известный корепрессор ERα. После связывания с доменом AF2 BRCA1 направляет Erα на деградацию и тем самым снижает транскрипционную активность ERα.

Пионерные TF необходимы для E2-зависимого привлечения ERα к хроматину. Они связываются с хроматином независимо от E2, а их истощение значительно уменьшает индуцированное E2 связывание ERα с хроматином. Эпигенетические и онкогенные роли пионерных TF изучались при ER+ раке молочной железы. Хотя GRHL2 ещё не считается пионерным TF, предполагается, что он обладает потенциальной ролью такого фактора, поскольку имеет много функциональных сходств с FOXA1 и GATA3, например независимое от E2 привлечение к хроматину и регуляцию генов-мишеней ERα. Наконец, установлено, что компоненты PRC1 и PRC2 демонстрируют E2-зависимое привлечение к хроматину и способствуют индуцированной E2 экспрессии генов-мишеней ERα в клетках рака молочной железы.

При раке молочной железы нарушаются эпигенетические процессы её нормального развития

В развитии молочной железы, помимо гормональных факторов, участвуют многочисленные сигнальные пути и регуляторы хроматина, координирующие баланс между самообновлением, дифференцировкой и целостностью ткани. Молочная железа развивается в три основных этапа: эмбриональный, пубертатный и репродуктивный. Эмбриональное развитие молочной железы координируется сигнальными путями, такими как WNT и Hedgehog (HH), тогда как пубертатный и репродуктивный этапы находятся под гормональным контролем.

Реактивация путей развития — общая черта различных видов рака; при раке молочной железы она тесно связана с поддержанием популяции стволовых клеток молочной железы (рисунок 2). Исследования последнего десятилетия с использованием новых технологических достижений, таких как секвенирование нового поколения, показали, что нарушение эпигенетических процессов, важных для развития молочной железы, также играет существенную роль в прогрессировании её рака. В связи с этим изучалось функциональное взаимодействие эпигенетических процессов и путей развития, вызывающих рак молочной железы.

Рисунок 2: Развитие эмбриональных молочных желёз

В нормальном эпителии молочной железы DKK3 связывается с LRP — коактиватором рецептора Frizzled в пути WNT, предотвращая активацию пути в присутствии лиганда WNT. E-кадгерин связывается с цитоплазматическим β-катенином, который при отсутствии активации WNT разрушается GSK3β. Промотор SHH (кодирующего лиганд Hedgehog SHH) гиперметилирован, а путь Hedgehog подавлен. Однако при раке молочной железы промотор DKK3 гиперметилируется, что приводит к снижению его экспрессии. В отсутствие DKK3 LRP коактивирует Frizzled в присутствии лиганда WNT, вызывая фосфорилирование DSH и подавляя разрушение катенина посредством GSK3β. Экспрессия E-кадгерина также снижается вследствие метилирования промотора. Кроме того, промотор SHH гипометилируется, повышая экспрессию SHH и активируя путь Hedgehog через GLI1. Активация путей WNT и Hedgehog приводит к самообновлению стволовых клеток, EMT, метастазированию и устойчивости к тамоксифену.

Эпигенетическая модуляция передачи сигналов WNT при ER+ раке молочной железы

Аномальная активация передачи сигналов WNT приводит к возникновению и прогрессированию различных видов рака, включая рак молочной железы. Эпигенетическое подавление генов-антагонистов WNT, включая SFRP и DKK, вызывает образование опухолей молочной железы. Механистически подавление этих генов посредством метилирования ДНК является основной причиной постоянной передачи сигналов WNT при раке молочной железы и связано с плохим прогнозом. Эти изменения приводят к конститутивной активации β-катенина, усиливая пролиферацию, связанную с самообновлением стволовых клеток и рецидивированием заболевания (рисунок 2).

Интересно, что в исследовании с участием 96 пациентов с раком молочной железы метилирование промотора DKK3, представителя семейства DKK, было повышено в опухолях пациентов с поздними стадиями, метастазами в лимфатических узлах и положительным ERα (42 из 47 пациентов имели ER+ опухоли). Учитывая связь путей WNT и ERα, особенно через белок Polycomb EZH2, предполагается, что отсутствие ингибирования WNT посредством DKK может воздействовать на путь ERα, стимулируя рост и выживание, и тем самым связывать метилирование промотора DKK3 с положительным ERα. Тем не менее попытки восстановить экспрессию ERα с помощью гипометилирующих агентов в клинике не увенчались успехом. Продолжаются исследования воздействия на нарушенные эпигенетические регуляторные цепи, приводящие к активации программ развития, таких как передача сигналов WNT.

Передача сигналов HH и комплексы Polycomb

Передача сигналов HH — ещё один важный путь развития, нарушаемый эпигенетическими механизмами при образовании опухолей молочной железы. Гипометилирование промотора лиганда HH, SHH или расположенного ниже по пути рецептора приводит к усилению лиганд-зависимой активации пути и неконтролируемому делению клеток, вызывающему прогрессирование рака (рисунок2). Кроме того, передача сигналов HH индуцирует экспрессию PCGF4 (BMI1), компонента комплекса PRC1, способствуя самообновлению нормальных и опухолевых стволовых клеток молочной железы. Стволовые клетки рака молочной железы связаны с устойчивостью к эндокринной терапии, однако до сих пор обсуждается, обусловлено ли появление стволоподобных свойств устойчивых клеток расширением уже существующих скрытых опухолевых клеток или динамическим перепрограммированием, опосредованным эпигенетическими изменениями. Предполагается, что воздействие на эпигенетические агенты, такие как DNMT, для восстановления антагонистической регуляции HH в сочетании с препаратами, непосредственно направленными на передачу сигналов HH, потенциально может модулировать выживание и дифференцировку раковых стволовых клеток.

Последние данные показывают, что ингибиторы EZH2, ферментативного ядра комплекса PRC2, находящиеся на продвинутых стадиях клинических исследований при многих типах опухолей, включая тройной негативный рак молочной железы, опосредуют подавление пути GATA3- ERα, индуцирующего люминальный фенотип, чувствительный к эндокринным препаратам, таким как фулвестрант. Эти результаты указывают на терапевтическую аналогию воздействия на белки Polycomb, особенно PCGF4, для направления фенотипического перехода эндокринно-резистентных стволовых клеток рака молочной железы в состояние, чувствительное к эндокринной терапии.

В целом эти наблюдения показывают, что эпигенетические механизмы, жизненно важные для нормального развития, изменяются в неопластических тканях и поэтому являются привлекательными кандидатами в качестве биомаркеров и терапевтических мишеней.

Эндокринная терапия направлена на онкогенный путь E2-ERα

Передача сигналов стероидными гормонами впервые была связана с прогрессированием рака молочной железы в 1896 году, когда хирургическое удаление обоих яичников у пациенток с этим заболеванием приводило к регрессии опухоли. Эндокринная терапия, стандарт при ER+ раке молочной железы, включает вмешательства, подавляющие выработку эстрогенов, и стратегии прямого воздействия на ERα. Она подразделяется на три основные категории: селективные модуляторы эстрогеновых рецепторов (SERMs), селективные деградаторы эстрогеновых рецепторов (SERDs) и ингибиторы ароматазы (AIs).

Тамоксифен — первый клинически одобренный препарат, направленный на ERα, и уже более тридцати лет является основным вариантом лечения как раннего, так и распространённого рака молочной железы. Тамоксифен — SERM, конкурирующий с E2 за связывание с ERα и препятствующий привлечению коактиваторов, опосредованному LBD ERα. Несмотря на успех лечения тамоксифеном, ожидается, что у трети женщин, получавших его в течение 5 лет, заболевание рецидивирует в течение 15 лет. Однако большинство этих пациентов сохраняют экспрессию ERα и потому остаются чувствительными к SERD, таким как фулвестрант.

У женщин в постменопаузе E2 больше не синтезируется в яичниках. Вместо этого он образуется при ароматизации тестостерона и андростендиона в различных тканях, включая печень, подкожную жировую клетчатку и строму, окружающую нормальные клетки молочной железы, а также в эпителиальных клетках молочной железы и фибробластах первичных опухолей. AI снижают высокие уровни E2 в ткани рака молочной железы посредством ингибирования активности ароматазы и подразделяются на стероидные и нестероидные. Стероидные AI связываются с ароматазой необратимо, а нестероидные — конкурентно и обратимо. По сравнению с тамоксифеном, обычно назначаемым пациентам с раком молочной железы до менопаузы, фулвестрант и AI преимущественно предназначены для случаев после менопаузы — отдельно либо в сочетании с другими эндокринными или таргетными препаратами, такими как ингибиторы CDK4/6.

- По теме: Рекомендации при симптомах менопаузы после рака молочной железы

ERα является основным онкогенным фактором ER+ рака молочной железы. Другие генетические изменения, такие как избыточная экспрессия циклина D1 в 50% случаев рака молочной железы (рисунок 3a) и потеря CDKN2A, влияют на прогрессирование заболевания и ответ на терапию. Например, избыточная экспрессия циклина D1 стимулирует прохождение клеточного цикла через G1 / S, усиливая активацию CDK4/6 и фосфорилирование RB. После многолетнего применения эндокринной монотерапии одобрение таргетных препаратов против mTOR (everolimus), PI3K (alpelisib) и CDK4/6 (palbociclib, ribociclib, abemaciclib) привело к значительному прогрессу в ведении заболевания. Многочисленные клинические исследования показали эффективность ингибирования CDK4/6; в результате ингибиторы CDK4/6 отдельно или в сочетании с AI либо фулвестрантом стали стандартными вариантами лечения как эндокринно-чувствительного, так и эндокринно-резистентного ER+/HER2- метастатического рака молочной железы.

Рисунок 3: Избранные геномные изменения, опосредующие устойчивость к терапии при ER+ раке молочной железы

a. NF1 — GTPаза, ингибирующая активацию RAS в пути MAPK (1) и выполняющая функцию корепрессора ERα в гене CCND1, кодирующем циклин D1 (2). Потеря NF1 в устойчивых к терапии клетках усиливает активацию пути MAPK и вызывает избыточную экспрессию циклина D1, который активирует CDK4/6 и поддерживает переход G1 / S. Ингибиторы MEK и ингибиторы CDK4/6 могут преодолевать избыточную экспрессию соответственно MAPK и CDK4/6. Фулвестрант также может использоваться при потере NF1.

b. При чувствительном к терапии ER+ раке молочной железы ERα димеризуется при связывании с E2 и фосфорилируется CDK7. Мутации ESR1 часто возникают в LBD устойчивых клеток и приводят к конститутивно активным мутантным формам ERα, опосредующим экспрессию генов через независимые от E2 взаимодействия с коактиваторами. Предлагаемые терапевтические стратегии включают ингибирование CDK7 посредством THZ1 и ингибирование коактиваторов SRC.

c. CYP19A1 кодирует ароматазу — фермент, превращающий тестостерон в эстроген. У пациентов с рецидивом после терапии AI часто возникает избыточная экспрессия CYP19A1, повышающая уровень эстрогенов и устойчивость к терапии. Пациентов с избыточной экспрессией CYP19A1 можно лечить необратимыми стероидными AI вместо обратимых AI, а также фулвестрантом.

d. При устойчивом к терапии ER+ раке молочной железы FOXA1 часто амплифицирован или мутирован, что усиливает активность FOXA1 и перераспределяет FOXA1 к повторным энхансерам. Эти повторные участки усиливаются вблизи мотивов TF, таких как AP-1, STAT5 и SOX9, и способствуют метастатической транскрипции. Непосредственно воздействовать на FOXA1 трудно. Однако специфические ингибиторы могут воздействовать на расположенные ниже по пути гены FOXA1, опосредующие метастазирование, например HIF-2α.

Механизмы устойчивости к эндокринной терапии и потенциальные альтернативные стратегии

Несмотря на эффективность эндокринной терапии ER+ рака молочной железы, устойчивость возникает примерно у 25% пациентов с ранними стадиями и почти у всех пациентов с метастазами, приводя к неблагоприятному клиническому исходу. Устойчивость к эндокринной терапии подразделяют на внутреннюю (de novo — возникающую заново) и приобретённую. У пациентов с распространённым раком молочной железы обычно наблюдается прогрессирование в разных участках, клонально различающихся вследствие отбора генетических изменений под терапевтическим давлением. Это давление отбора приводит к расширению клонов, несущих мутации как в самой мишени препарата, так и в митогенных сигнальных путях и генах, кодирующих эпигенетические факторы. Кроме того, условия микроокружения, например гипоксия, могут менять эпигенетический ландшафт и способствовать эволюции заболевания, особенно поскольку эпигенетические ферменты также служат датчиками питательных веществ и кислорода. В частности, клоны с мутациями эпигенетического аппарата демонстрируют дефекты транскрипции, репарации и репликации ДНК, приводящие к самообновлению злокачественной опухоли, блокированию дифференцировки и уклонению от клеточной смерти; всё это усиливает инвазию в ткани. Преодоление этих последствий — серьёзная задача в лечении ER+ рака молочной железы.

Изменения клеточного цикла при эндокринно-резистентном раке молочной железы

Изменения контроля клеточного цикла часто связаны с лекарственной устойчивостью. Кроме того, амплификация CCND1 и высокие уровни CDK4 в опухолях связаны с устойчивостью к эндокринной терапии. Несмотря на эффективность ингибирования CDK4/6, %10-20 опухолей не чувствительны к нему, а значительная доля (%70-80) приобретает устойчивость после 12-36 месяцев лечения.

Устойчивость к ингибированию CDK4/6 характеризуется потерей опухолевых супрессоров, таких как RB и FAT1. В частности, мутации с потерей функции FAT1, рецептора пути Hippo, наблюдаются в 2% первичных и 6% метастатических опухолей соответственно. Кроме того, гиперактивация передачи сигналов RTK-RAS и аномальная активация CCNE1-CDK2, эффектора ниже CDK4/6 по пути, восстанавливают фосфорилирование RB, вызывают устойчивость и уменьшают ответ на палбоциклиб.

Более 100 активных клинических исследований проверяют эффективность ингибиторов CDK4/6 при многих видах рака и терапевтических стратегиях; они рассматриваются как кандидаты для будущего лечения рака. В частности, при раке молочной железы активно изучается применение ингибиторов CDK4/6 отдельно либо в сочетании с эндокринной терапией или иммунотерапевтическими препаратами.

Изменения корегуляторов ERα

Генетические изменения могут нарушать баланс между коактиваторами и корепрессорами ERα; они связаны с плохим прогнозом и устойчивостью к эндокринной терапии. Тамоксифен вызывает конформационное изменение ERα, блокирующее привлечение коактиваторов и способствующее привлечению корепрессоров, таких как NCoR1 и NF1 (нейрофибромин). Инактивирующие мутации или делеции NCoR1 и NF1 относятся к наиболее частым генетическим изменениям при метастатическом ER+ раке молочной железы. Например, NF1 способствует устойчивости к эндокринной терапии посредством сочетанной потери GTPазной активности и роли транскрипционного корепрессора ERα; их уровни связаны с ответом на эндокринные препараты отдельно или в сочетании с ингибиторами CDK4/6 либо MEK (рисунок 3a).

Эпигенетические факторы, вызывающие эндокринно-резистентный рак молочной железы

Полногеномное секвенирование показало, что эпигенетические факторы входят в число наиболее часто мутирующих генов при раке человека. Инактивирующие мутации и потеря субъединиц SWI / SNF относятся к наиболее частым генетическим изменениям при многих видах рака. При раке молочной железы вызывающие потерю функции ARID1A мутации чаще встречаются при эндокринно-резистентном метастатическом заболевании; это отражается в слабом ответе на SERD у пациентов с мутантным ARID1A и позволяет предположить их участие в эндокринной устойчивости. Механистически потеря ARID1A уменьшает доступность хроматина и связывание TF, контролирующих судьбу люминальных клеток, а также связывание ERα и FOXA1 с хроматином (рисунок 4). Предполагается, что длительное подавление ERα может приводить к появлению клонов с инактивирующими мутациями ARID1A, вызывающих переход люминального фенотипа в базальный. В итоге повышенная частота мутаций ARID1A при эндокринно-резистентном раке молочной железы и их распространённость при других опухолях усиливают потребность в терапевтических стратегиях, направленных против опухолей с мутантным ARID1A.

При раке яичников мутации ARID1A и ингибирование EZH2 обладают синтетической летальностью, усиливаемой ингибированием HDAC2 (рисунок 4). В клетках с дефицитом ARID1A HDAC2 привлекается к общим генам-мишеням ARID1A / EZH2, являющимся ингибитором передачи сигналов PI3K/AKT, что приводит к аномальной активации этого митогенного пути. Оба события — потеря функции ARID1A и активированная передача сигналов PI3K/AKT — часто наблюдаются в эндокринно-резистентных клетках рака молочной железы. Поэтому предполагается, что воздействие на EZH2 при раке молочной железы с мутацией ARID1A может быть обоснованным терапевтическим вариантом для изучения (рисунок 4).

Рисунок 4: Различные нарушенные эпигенетические пути при устойчивом к терапии ER+ раке молочной железы как потенциальные мишени новых эпигенетических препаратов

Синие и жёлтые панели: путь PI3K/AKT может фосфорилировать DNMT1, стабилизируя его на хроматине и поддерживая гиперметилирование ДНК. EZH2 также фосфорилируется PI3K/AKT, что истощает геномные H3K27me3. Кроме того, фосфорилирование KMT2D посредством PI3K/AKT истощает H3K4me1 / 2, уменьшая связывание FOXA1 (и, следовательно, ERα) с хроматином и вызывая устойчивость к гормональной терапии. На эти аномальные эпигенетические пути можно воздействовать ингибиторами PI3K. Кроме того, стабилизация DNMT1 и ингибирование EZH2 могут быть мишенями соответственно для гипометилирующих ДНК агентов и ингибиторов HDAC.

Фиолетовая панель: привлечение HDAC к промотору ESR1 снижает H3K27ac, что вызывает опосредованное DNMT1 гиперметилирование промотора и лекарственную устойчивость через снижение экспрессии ESR1. Ингибирование HDAC (entinostat) можно использовать для обращения вспять опосредованного HDAC снижения экспрессии ESR1.

Оранжевая панель: KDM5 (KDM5A / B) — семейство деметилаз лизина 4 гистона H3, связанное с устойчивостью к терапии при различных видах рака. Повышенная активность ферментов KDM5 снижает уровни H3K4me3 и тем самым усиливает транскрипционную гетерогенность. В частности, высокие уровни экспрессии KDM5B связаны с плохим прогнозом при ER+ раке молочной железы. Ингибиторы, модулирующие активность членов семейства KDM5, могут улучшать ответ на эндокринные препараты, такие как фулвестрант.

Зелёная панель: потеря KMT2C перераспределяет ERα к генам, регулируемым AP-1, и способствует независимой от гормонов, но Erα-зависимой транскрипции, что позволяет предположить возможность применения SERD (фулвестранта) и ингибирования CDK4/6 в качестве терапевтических вариантов.

Красная панель: ARID1A — компонент комплекса SWI / SNF; его мутация ограничивает доступность хроматина для ERαα и FOXA1 в генах, регулирующих судьбу люминальных клеток, и одновременно способствует переходу люминального фенотипа в базальноподобный. Мутации ARID1A могут быть мишенями ингибиторов EZH2, HDAC, BET и PI3K/AKT.

Эпигенетические пути в эндокринной терапии

Эпигенетические нарушения — важный фактор опухолеобразования и лекарственной устойчивости. До настоящего времени эпипрепараты в основном ограничивались гематологическими злокачественными заболеваниями и имели лишь небольшой успех при солидных опухолях. Пластичность, связанная с эпигенетическим перепрограммированием, повышает общую приспособленность раковых клеток и усложняет персонализированное лечение рака. Различные доклинические и клинические данные подтверждают синергическое действие эпипрепаратов с разными методами лечения, включая иммунотерапию, лучевую и эндокринную терапию. Действительно, разработка низкомолекулярных соединений, направленных на регуляторы хроматина, — одно из наиболее активных направлений современного поиска лекарств. Интересно, что последние исследования позволяют предположить, что механизмы модификации РНК важны для прогрессирования рака и устойчивости к терапии, и выявляют их потенциал в качестве мишеней новых методов лечения.

Кроме того, эпигенетические нарушения часто встречаются при эндокринно-резистентном раке молочной железы. Например, гиперметилирование промотора ESR1 приводит к потере экспрессии ERα примерно у 20% пациентов, у которых заболевание прогрессирует на тамоксифене. Энтиностат (HDACi) и летрозол (AI) могут восстанавливать экспрессию ERα и ароматазы в ER− клеточных линиях рака молочной железы, вызывая подавление роста и демонстрируя эффективность эпигенетического вмешательства для индукции чувствительности к эндокринной терапии (рисунок 4). Однако восстановленная экспрессия ERα никогда не наблюдалась в клинических условиях, что позволяет предположить участие других подавляющих механизмов в подавлении ESR1.

Клетки, устойчивые к тамоксифену, также характеризуются повышенным ацетилированием гистонов, TF и белков теплового шока, катализируемым HAT, такими как P300 / CBP. Интересно, что при кастрационно-резистентном раке предстательной железы A-485, селективный каталитический ингибитор p300 / CBP, подавляет транскрипционную программу андрогенового рецептора. Необходимо проверить, столь же эффективно ли воздействие на баланс активности HAT и HDAC против опосредованной ERα транскрипции при раке молочной железы.

Эпигенетические препараты также активируют механизмы клеточной смерти в ответ на эндокринную терапию. Лечение тамоксифеном индуцирует аутофагию ER+ клеток рака молочной железы, поддерживающую их выживание и способствующую возникновению устойчивого к тамоксифену рака. С этим фенотипом можно бороться сочетанием HDACi и тамоксифена, которое направляет клетки к апоптозу, снижая экспрессию BCL2 и индуцируя экспрессию проапоптотических белков BAX и BAK. Кроме того, эпигенетические препараты, такие как HDACi, показывают обнадёживающие результаты в сочетании с тамоксифеном для восстановления эндокринной чувствительности и сейчас проходят клинические исследования в комбинации с ингибиторами CDK4/6 и AI.

Новые данные также показывают, что мутации эпигенетических факторов, таких как гистонметилтрансферазы, распространены; растёт интерес к созданию других эпипрепаратов, направленных на широкий круг регуляторов хроматина. Например, гистонметилтрансфераза KMT2C считается одним из девяти наиболее часто мутирующих драйверных генов при гормон-рецептор-положительном метастатическом раке молочной железы. Потеря KMT2C снижает ERa-зависимую экспрессию генов и перемещает ERα к генам, регулируемым AP-1, поддерживая независимый от гормонов рост (рисунок 4).

Онкогенная передача сигналов через PI3K/AKT непосредственно влияет на эпигенетический баланс, что позволяет рассматривать комбинацию ингибиторов PI3K/AKT с эпигенетическими препаратами как потенциальную терапевтическую стратегию.

Последние достижения клеточных технологий позволяют рассматривать важные вопросы, например вклад межклеточной изменчивости в устойчивость. При ER+ раке молочной железы деметилаза H3K4me3 KDM5B регулирует клеточную транскриптомную гетерогенность. KDM5B часто амплифицирован и избыточно экспрессируется в люминальных ER+ опухолях молочной железы, усиливая транскриптомную гетерогенность, вызывающую устойчивость к эндокринной терапии. Показано также, что ингибиторы этого фермента повышают чувствительность гормоночувствительных и эндокринно-резистентных клеточных линий к фулвестранту, что указывает на их потенциальную эффективность в клинических условиях.

Эндокринная терапия снижает смертность и частоту рецидивов ER+ рака молочной железы, но, к сожалению, в большинстве случаев заболевание прогрессирует до неизлечимого состояния. Генетические изменения, накапливающиеся после эндокринной терапии, поддерживают использование комбинированных стратегий с такими препаратами, как ингибиторы CDK4/6 или mTOR, что также приводит к устойчивости. Эпипрепараты дают возможность вернуть покоящиеся клетки в пролиферативное и чувствительное к терапии состояние. Несмотря на большой энтузиазм по поводу этих препаратов, на пути к их клиническому применению остаётся несколько препятствий. К сожалению, клинические результаты по эффективности и токсичности не соответствуют ожиданиям, сформированным доклиническими исследованиями. Это можно объяснить многочисленными субстратами эпигенетических регуляторов, включая гистоновые и негистоновые белки. Для увеличения пользы комбинированных подходов и уменьшения токсичности необходимы подробные исследования режимов и дозирования эпипрепаратов. Обратимость эпигенетических изменений также остаётся важной проблемой, поскольку повторная экспрессия генов-супрессоров опухолей может происходить в отсутствие эпипрепаратов или при избыточности механизмов.

Итоги и вопросы, ожидающие ответа

Неоспоримо доказано, что эндокринная терапия — незаменимый вариант лечения гормоночувствительного рака молочной железы. Однако сохраняется серьёзная потребность в разработке подходов к воздействию на, по-видимому, неизбежный устойчивый фенотип. Последние достижения в области эпипрепаратов свидетельствуют о начале новой эры эпигенетических методов скрининга и лечения нескольких заболеваний, включая рак молочной железы. Как и любое новое направление исследований, работы в этой области принесли не только открытия, но и новые вопросы. Вот несколько важных вопросов, ожидающих ответа:

1. Каковы свойства клетки, из которой возникает опухоль молочной железы?
2. Опосредуют ли эпигенетические механизмы клональный отбор в разных метастатических очагах?
3. Какова роль мезенхимального пространства в прогрессировании рака молочной железы? Какие эпигенетические механизмы поддерживают микроокружение опухоли молочной железы?
4. Можем ли мы использовать динамическую природу эпигенетических изменений для разработки краткосрочных терапевтических стратегий, позволяющих избежать отбора устойчивого фенотипа, или механизмы, лежащие в основе эпипрепаратов, также вызывают возникновение устойчивости?
5. Можем ли мы использовать эпигенетические сигнатуры для наблюдения за прогрессированием заболевания и ответом на терапию?