Imunogénna smrť nádorovej bunky

Imunogénnou bunkovou smrťou (ICD) je označovaná forma apoptózy, v rámci ktorej imunitný systém dokáže navodiť špecifickú imunitnú odpoveď voči antigénom, ktoré sú uvoľnené z takto umierajúcich buniek. Imunogénna smrť nádorových buniek vyvolaná induktormi imunogénnej bunkovej smrti, predstavuje pomerne nový spôsob protinádorovej terapie založenej na vyvolaní účinnej protinádorovej imunitnej odpovedi, ktorá môže viesť k úspešnej eliminácii nádoru.

 Mechanizmy imunogénnej bunkovej smrti

Väčšina látok indukujúcich imunogénnu bunkovú smrť pôsobí na endoplazmatické retikulum (ER), čo vedie k vyvolaniu reakcie endoplazamtického retikula na stres a k produkcii reaktívnych foriem kyslíka (ROS). Reaktívne formy kyslíka sú kľúčovou súčasťou intracelulárnych signálnych dejov, ktoré regulujú imunogénnu smrť. Imunogénna smrť bunky je taktiež charakterizovaná sekréciou molekúl, ktoré sa označujú ako molekulárne vzory asociované s poškodením (DAMPS; „damage-associated molecular patterns“). Ide o molekuly, ktoré nie sú za normálnych podmienok prístupné bunkám imunitného systému, ale vplyvom stresu, alebo bunkovej smrti dochádza k ich premiestneniu z cytoplazmy, alebo jadra na vonkajšiu stranu plazmatickej membrány, kde sa stávajú prístupnými pre všetky bunky okolitého prostredia vrátane buniek imunitného systému. Expozícia týchto molekúl na povrchu umierajúcich buniek určuje aktiváciu dendritických buniek (DC). Dendritické bunky predstavujú najprofesionálnejšie bunky prezentujúce antigény, ktoré sú nevyhnutné pre iniciáciu a moduláciu T buniek, ktoré sprostredkúvajú protinádorové imunitné reakcie.Táto schopnosť eliminácie nádoru vyvolaná umierajúcimi nádorovými bunkami v neprítomnosti akejkoľvek pomocnej látky sa považuje za nevyhnutnú vlastnosť induktorov imunogénnej bunkovej smrti.

Molekulárne vzory asociované s poškodením (DAMPs)

DAMPs iniciujú a udržiavajú imunitnú odpoveď v odozve na poranenie, ischémiu, rakovinu a poškodenia tkanív v neprítomnosti zjavnej patogénnej infekciie. Sú lokalizované v jadre a cytoplazme (HMGB1), alebo len v samotnej cytoplazme (S100 proteíny), v exozómoch (proteíny tepelného šoku), v extracelulárnom matrixe (kyselina hyalurónová) a taktiež aj v plazmatických zložkách ako komplementy. Medzi neproteínové DAMPs patrí napríklad ATP, kyselina močová, heparín, RNA a DNA. DAMPs sú rozpoznávané receptormi rozpoznávajúcimi vzory (PRRs). Medzi kľúčové molekulárne vzory súvisiacie s poškodením tkanív imunogénnej bunkovej smrti patria kalretikulín (CRT), proteíny tepelného šoku HSP90 a HSP70 a skupina proteínov s vysokou mobilitou B1 (HMGB1).

Kalretikulín (CRT)

Kalretikulín sa podieľa na správnom zbaľovaní proteínov a na regulácii homeostázy Ca²⁺. Jadrový CRT reguluje transport jadrových proteínov a signalizáciu pomocou nukleárnych steroidných receptorov a integrínov.  Cytoplazmatický CRT reguluje bunkovú adhéziu, transláciu, génovú expresiu a podieľa sa aj na srdcovom vývoji a diferenciácii adipocytov. V rámci imunogénnej bunkovej smrti  zohráva dôležitú funkciu v tom, že na plazmatickej membráne označí bunku pre ICD.

Proteíny tepelného šoku (HSP)

Ide o indukovateľné proteíny tepelného šoku patriace ku skupine šaperónov, ktoré zaisťujú správne priestorové usporiadanie a transport novo syntetizovaných proteínov a ich zbaľovanie, alebo degradáciu v prípade prítomnosti chybných proteínov.  Zmena bunkovej lokalizácie HSP70 a HSP90 zohráva v priebehu rakoviny dvojakú úlohu. Nadmerne exprimované proteíny HSP70 a HSP90 lokalizované v cytoplazme alebo na organelách plnia ochrannú funkciu pri inhibícii apoptózy tým, že podporujú prežitie rakovinových buniek. Na druhej strane expozícia HSPs na bunkovom povrchu prispieva k eliminácii nádoru tým, že aktivuje vrodený imunitný systém. Pri prechode proteínov HSP70 a HSP90 z vnútra bunky na plazmatickú membránu za stresových podmienok, akými sú napríklad oxidačný stres, ožarovanie alebo chemoterapeutiká, dochádza k vyvolaniu silnej imunostimulačnej aktivity.

Proteín B1 zo skupiny proteínov s vysokou mobilitou (HMGB1)

Jedná sa o proteín viažuci DNA, pôvodne známy ako nukleárny nehistónový proteín viažuci chromatín. Extracelulárny HMGB1 sa uvoľňuje z jadra predovšetkým počas nekrózy, ale aj z buniek podstupujúcich neskorú fázu apoptózy a autofágiu. Ovplyvňuje rozličné funkcie, akými sú napríklad transkripcia a tvorba nukleoproteínových komplexov. Je aktívne vylučovaný zápalovými bunkami, alebo pasívne nekrotickými bunkami. Ďalšie typy proteínov s vysokou mobilitou HMGB2 a HMGB3 sú väčšinou vylučované v priebehu embryogenézy alebo v štádiu dospelosti.

Induktory imunogénnej bunkovej smrti v protinádorovej terapii

Induktory imunogénnej bunkovej smrti sú súčasťou viacerých protinádorových terapeutických metód. Schopnosť induktorov stimulovať protirakovinové imunitné odpovede je založená na ich schopnosti zabíjať malígne bunky spôsobom, ktorý je hostiteľom vnímaný ako imunogénny. Induktory ICD sú klasifikované do dvoch hlavných kategórií na základe ich odlišných akcií, ktorými indukujú reakciu endoplazmatického retikula na stres vedúcu k apoptotickej bunkovej smrti: induktory typu I a induktory typu II.

ICD induktory typu I

Induktory typu I primárne pôsobia na proteíny cytosolu, plazmatické membrány alebo na jadrové proteíny. Takiež majú schopnosť vyvolať reakciu endoplazmatického retikula na stres pomocou svojich vedľajších účinkov. Patrí k nim napr. rádioterapia a šikonín.

Rádioterapia

Ionizujúce žiarenie X- lúčmi alebo γ-lúčmi uplatňuje svoj protirakovinový účinok prostredníctvom svojej schopnosti indukovať zlomy v dvojzávitnici DNA. Myšlienka, že rádioterapia môže mať dopad na imunitný systém, vychádza z pozorovania, že tento typ terapie má schopnosť indukovať zadržanie rastu nádoru prostredníctvom T buniek v neožiarenej lézii Spolu s antracyklínmi a γ-žiarením patrí rádioterapia k jednej z prvých liečebných metód, u ktorých bola objavená schopnosť indukovať ICD. Aj keď tento ICD induktor typu I je známy tým, že indukuje ROS, jeho schopnosť vyvolať ER stres zostáva z veľkej časti nepreskúmaná. DAMPs, ktoré sú vyvolané rádioterapiou nádorových buniek, zahŕňajú vystavenie CRT HSP70 na povrch bunky a uvoľnenie HMGB1.

Šikonín

Fytochemický šikonín ako hlavná súčasť čínskej bylinnej medicíny, je známy tým, že inhibuje aktivitu proteazómu. Má viac biologických funkcií a môže byť aplikovaný v rámci antibakteriálnej, antivírusovej, protizápalovej a protinádorovej liečby. Apoptotická bunková smrť vyvolaná týmto typom ICD induktora môže byť inhibovaná antioxidantmi, čo naznačuje úlohu reaktívnych foriem kyslíka, ktoré sú indukované šikonínom. Súvislosť medzi šikonínovou liečbou a ER stresom nie je doteraz preskúmaná. Imunogénna bunková smrť indukovaná v rakovinových bunkách šikonínom je charakterizovaná skorou indukciou uvoľnovania HSP70, HSP90 a HMGB1.

ICD induktory typu II

Induktory typu II sa prednostne zameriavajú na endoplazmatické retikulum. Zahŕňajú fotodynamickú terapiu (PDT) a onkolytické vírusy B3 (CVB3).

Fotodynamická terapia (PDT)

PDT je jedna zo súčasných alternatívnych terapeutických metód, ktorá je úspešná v liečbe viacerých malígnych aj nemalígnych ochorení a je schopná indukovať niekoľko molekúl DAMPs. PDT má rad výhod oproti "klasickým" protirakovinovým metódam, ako je chirurgia, ionizujúce žiarenie a chemoterapia. Vyznačuje sa tým, že je minimálne invazívna, má nízky mutagénny potenciál, nízku systémovú toxicitu a je selektívna voči nádorovému tkanivu. Ide o dvojfázovú terapiu zahŕňajúcu podanie fotosenzibilizátora (PS), ktorý sa lokalizuje v nádore a jeho aktiváciu svetlom so špecifickou vlnovou dĺžkou. PDT využíva ničivú silu reaktívnych foriem kyslíka (ROS), ktoré sú produkované prostredníctvom fotofyzikálnych a fotochemických reakcií vzájomnou interakciou 3 hlavných zložiek: (1) viditeľného svetla, (2) PS a (3) molekulárneho kyslíka, čo následne vyvolá rozpad rakovinových buniek.Proteín HSP70, ktorý je jedným z najlepšie preštudovaných DAMPs asociovaných s PDT, je vystavený na povrchu buniek ovplyvnených viacerými fotosenzibilizátormi. Najviac preštudovaným fotosenzibilzátorom z pohľadu imunogenicity je hypericín, ktorý je schopný indukovať ICD u viacerých nádorových buniek. Hypericín je predominante lokalizovaný v ER a pôsobením PDT vyvoláva ER stres prostredníctvom voľných kysíkových radikálov, čím sa radí medzi induktory ICD typu II. V preapoptotickom štádiu hypericín indukuje aktívne uvoľňovanie troch rozhodujúcich DAMPs, a to CRT, HSP a ATP, čoho dôsledkom je pasívne uvoľňovanie HSP70 a HMGB1. Tento typ ICD bol efektívnejší v porovnaní s ICD indukovanou chemoterapiou a rádioterapiou.

Onkolytické vírusy

Onkolytické vírusy predstavujú samoreplikačné, tumor selektívne vírusové kmene, ktoré môžu spôsobiť priamy rozpad nádorových buniek a vyvolať tak imunogénnu bunkovú smrť. Tieto vírusy dokážu priamo ovplyvniť dozrievanie a aktiváciu dendritických buniek prostredníctvom interakcie s receptormi rozpoznávajúcimi patogén lokalizovanými na nádorových bunkách. Majú vyvinutý sofistikovaný mechanizmus, ktorým sa môžu vyhnúť apoptotickej bunkovej smrti a zasahovať do stresu ER a do procesov autofágie dôležitých pre ich prežitie. ICD zohráva zásadnú úlohu v boji medzi vírusmi a ich hostiteľmi. Mnohé protirakovinové vírusy môžu vyvolať apoptotickú smrť buniek alebo nekrózu v rakovinových bunkách, čo podporuje imunostimulačný potenciál ich protinádorovej účinnosti. Medzi najznámejšie onkolytické vírusy patrí onkolytický coxsackievirus B3 (CVB3). Infekcia CVB3 vyvoláva uvoľnenie početných DAMPs vrátane CRT, HMGB1 a ATP, a taktiež mobilizuje NK bunky, granulocyty a zrelé dendritické bunky na miesto, kde je lokalizovaný nádor.