Vähi-testise antigeenid

Vähi-testise antigeenideks (VTA) nimetatakse vähiga seotud antigeene, mis ei ekspresseeru tavalistes kudedes, kuid teevad seda erinevates vähkides. Lisaks on nende ekspressioon tavaline munandites, platsentas ja embrüonaalsetes munasarjades. Esimesena tuvastasid Boon ja teised vähi-testise antigeenid aastal 1991 melanoomi rakkudes, kuid nüüdseks on neid leitud ka paljudest teistest vähkkasvajate rakkudest. Nende funktsioon pole veel täpselt teada, kuid arvatakse, et vähi-testise antigeenide ebatavaline ekspressioon võib olla seotud vähkkasvajate tekkega. Seni on identifitseeritud umbes 140 vähi-testise antigeeni, mis jaotatakse 70 perekonda. Kõik seni avastatud VTAd on leitavad Ludwigi Vähiuuringute Instituudi (Ludwig Institute for Cancer Research) loodud andmebaasist CTDatabase. Vähi-testise antigeene saab jaotada nende asukoha põhiselt X-VTAdeks ja X-välisteks VTAdeks, mis paiknevad vastavalt X-kromosoomil ja teistel kromosoomidel. Arvatakse, et umbes 10% X-kromosoomi geenidest on VTA perekondadesse kuuluvad. Allpool on toodud valik vähi-testise antigeenidest ja nende perekondadest. X-VTAde alla kuuluvad üle poole kõikidest vähi-testise antigeenidest (30 geeni või geeniperekonda). Need moodustavad tihtipeale X-kromosoomil multigeenseid perekondi, mis paiknevad selgelt välja joonistunud kobarates, kus erinevad geenid on paigutunud keerulistesse otsestesse ja pööratud kordusjärestustesse. Headeks näideteks on siinkohal Xp11 ja Xq24-q28 regioonid, milles sisalduvad vastavalt geeniperekonnad SSX, GAGE/PAGE/XAGE ning MAGE-A, MAGE-C, NY-ESO-1. Lühend MAGE tuleneb ingliskeelsest väljendist melanoma-associated antigens (melanoomiga seostatud antigeenid). MAGE perekond on üks suurimaid vähi-testise antigeenide perekondi. Praeguseks on tuvastatud 60 sellesse perekonda kuuluvat geeni, millest osa on arvatavasti pseudogeenid. Kõikidel MAGE antigeenidel on 165 kuni 171 aminohappe jäägist koosnev konserveerunud ala, mida nimetatakse MAGE homoloogiadomeeniks (MHD, MAGE homology domain). See on ala, mis on homoloogne kõikides MAGE geenides, kuid selle bioloogiline funktsioon on veel teadmata. MAGE-A perekonda kuulub 12 geeni, mis asuvad X-kromosoomi pikas õlas (asukoht Xq28), nende seas esimesena tuvastatud vähi-testise antigeen MAGE-A1 (eelnevalt MAGE-1). Kõik selle rühma geenid, välja arvatud MAGE-A7, avalduvad mitmetes vähkkasvajates. Kuna MAGE-A7 ekspressiooni pole täheldatud, siis arvatakse, et tegemist on pseudogeeniga. MAGE-B perekonda kuulub 6 geeni, mis asuvad X-kromosoomi väikeses õlas (asukohtades Xp21.3 ja Xp22). MAGE-B1 geeni on eelnevalt nimetatud ka MAGE-Xp ja DAM-10 ning MAGE-B2 on kandnud nime DAM-6. Sellest perekonnast avalduvad suuremas osas vähkkasvajates vaid MAGE-B1 ja MAGE-B2. Geenide MAGE-B5 ja MAGE-B6 ekspressiooni on täheldatud väikses hulgas vähkkasvajates ning MAGE-B3 ja MAGE-B4 avaldumist pole siiani avastatud üheski pahaloomulises kasvajas. Seega võib arvata, et MAGE-B3 ja MAGE-B4 puhul on tegemist pseudogeenidega. MAGE-C perekonda kuulub 3 geeni, mis asuvad X-kromosoomi pikas õlas (asukoht Xq26-q27). MAGE-C1 antigeen erineb teistest MAGE valkudest, kuna lisaks MHDle on sellel valgul veel N-terminaalse otsa pool 867 aminohappe jäägi pikkune ala, mis sisaldab tandeemseid kordusjärjestusi. MAGE-C2 valgus, mis on C-terminaalse otsa poolt MAGE-C1-ga väga sarnane, neid kordusjärjestusi pole. MAGE-C3 valgu kohta vastav info puudub. GAGE geeniperekond asub X-kromosoomi väikeses õlas (asukoht Xp11.23) ning sellesse kuulub 16 geeni. GAGE valgud on väikesed ja happelised ning on arvatavasti antiapoptootiliste omadustega. PAGE geeniperekond asub X-kromosoomi väikeses õlas (asukoht Xp11.23) ning sellesse kuulub 7 geeni. PAGE mRNAd on 55% ulatuses identsed GAGE mRNAdega. XAGE geeniperekond asub X-kromosoomi väikeses õlas (asukoht Xp11.21–11.22) ning sinna kuulub 14 geeni. XAGE mRNAd on 65% ulatuses identsed GAGE mRNAdega. SSX geeniperekond asub X-kromosoomi väikeses õlas (asukoht Xp11.2) ning sellesse kuuluvad 9 geeni (SSX-1-9). CTAG geen asub X-kromosoomi pikas õlas (asukoht Xq28) ning kodeerib valku NY-ESO-1, mis koosneb 180 aminohappe jäägist. NY-ESO-1 on üks immunogeensematest vähi-testise antigeenidest, mis teeb sellest paljulubava sihtmärgi vähi immunoteraapias. LAGE-1 geen asub X-kromosoomi pikas õlas (asukoht Xq28) ning sellel on tänu alternatiivsele splaissingule kaks produkti: üks koosneb 180 ja teine 210 aminohappe jäägist. Lühem geeniprodukt on 84% ulatuses identne NY-ESO-1 valguga. CAGE geen asub X-kromosoomi väikeses õlas (asukoht Xp22.11). HOM-TES-85 vähi-testise antigeeni kodeeriv geen asub X-kromosoomi pikas õlas (asukoht Xq23). SAGE valku kodeeriv geen asub X-kromosoomi pikas õlas (asukoht Xq26). X-väliseid vähi-testise antigeene võib leida kogu genoomist. Need esinevad peamiselt ühe koopiana ega moodusta geeniperekondi. BAGE antigeen oli esimene kirjeldatud mitte-MAGE VTA. BAGE geen asub 21. kromosoomi väikeses õlas (asukoht 21p11.1) ning kodeerib oletatavat 43 aminohappe jäägi pikkust valku. Geeni avaldumine sarnaneb märgatavalt MAGE antigeenide omaga, kuid avaldumise tase on tunduvalt madalam. BORIS (brother of the regulator of imprinted sites) asub 20. kromosoomi pikas õlas (asukoht 20q13.2). CT9/BRDT (bromodomeeniga testisespetsiifiline geen, bromodomain testis-specific gene) valku kodeeriv geen asub 1. kromosoomi väikeses õlas (asukoht 1p22.1). BRDT avaldub munandites ja on transkriptsiooniregulaator. BRDT ekspressiooni täheldati ka kopsuvähis ning naha ja söögitoru epiteeli kartsinoomis ning valk sai lisanime CT9. HAGE geen asub 6. kromosoomi pikas õlas (asukoht 6q12-13). OY-TES-1 vähi-testise antigeeni kodeeriv geen asub 12. kromosoomi väikeses õlas (asukoht 12p12-13). OY-TES-1 valk on sea ja hiire valgu sp32 (proakrosiini siduv valk) homoloog. SCP-1 (tuntud veel kui HOM-TES-14) ehk sünaptonemaalse kompleksi valk 1 (synaptonemal complex protein 1) ekspresseerub spermatotsüütide meioosi profaasis ning osaleb homoloogiliste kromosoomide paardumises. SCP-1 valgu geen asub 1. kromosoomis (asukoht 1p12-p13). Geen avaldub pahaloomulistes glioomides (ajukasvaja), rinna-, neeru- ja munasarjavähis. Seda on leitud ka pahaloomulistest verevähkidest, mis on VTAde puhul ebatavaline. SPO11 geen asub 20. kromosoomi pikas õlas (asukoht 20q13.2–13.3). Vähi-testise antigeenide ekspressioon jaotub suures laastus kaheks: Avaldumine mRNA tasemel normaalkudedes, tavaliselt munandites, embrüonaalsetes munasarjades ja platsentas. Avaldumine mRNA tasemel erinevates vähkkasvajates. Tavalistest kudedest ekspresseruvad vähi-testise antigeenid munandites. Tervetes munandites avalduvad X-VTAd üldjuhul spermatogoonides ehk meessugurakkude eellasrakkudes ja X-välised VTAd pigem spermatogeneesi hilisemates arenguetappides. Samuti on täheldatud mõne VTA geeni avaldumine naiste suguelundites ja trofoblastides (platsenta eellasrakkudes). Naiste puhul peatub VTAde ekspressioon arengu käigus. Neid on leitud ovogoonidest ehk naissugurakkude eellasrakkudest ja primaarsetest ootsüütidest ehk esimeses arengujärgus olevatest munarakkudest, mis on olemas embrüonaalsetes munasarjades. Hilisemates munaraku arengustaadiumites VTAde olemasolu täheldatud pole. Platsentarakkudes (tsütotrofoblastides ja süntsüütiotrofoblastides) avalduvad mõned üksikud vähi-testise antigeenid. VTAde ekspressioon nendes rakkudes ei ole ilmtingimata sarnane sugurakkude eellasrakkude VTAde ekspressiooniga. Erinevates vähkkasvajates on VTAde ekspressioon erinev. Suurima VTAde avaldumissagedusega on kusepõie-, kopsu-, munasarjavähi, hepatotsellulaarse kartsinoomi (maksavähi vorm) ja melanoomi rakud. X-VTAd avalduvad enamasti mitmekaupa, mistõttu VTAsid ekspresseerivad vähivormid kipuvad ekspresseerima korraga mitut vähi-testise antigeeni. VTAde ekspressioonimäära alusel saab vähkkasvajad jaotada kolmeks: Kõrge VTAde ekspressioonimääraga vähkkasvajad (avaldub üle 50% VTAdest). Siia kuuluvad näiteks melanoom ja mõne kopsuvähi vormid. Keskmise VTAde ekspressioonimääraga vähkkasvajad (avaldub 30–50% VTAdest). Siia kuuluvad näiteks rinna- ja eesnäärmevähk. Madala VTAde ekspressioonimääraga vähkkasvajad (avaldub alla 30% VTAdest). Siia kuuluvad näiteks neeru- ja pärasoolevähk. Vähi-testise antigeenide üldised funktsioonid pole täpselt teada, kuid üksikute VTAde potentsiaalseid funktsioone uuritakse pidevalt. Uuringute põhjal on järeldatud, et vähi-testise antigeenidel, eriti MAGE geeniperekonda kuuluvatel, võib olla oma osa vähkkasvajate tekkemehhanismides. Vähi-testise antigeenide arvatavad funktsioonid võib jaotada kaheksaks: spermatosoidide struktuurielemendid (TSGA10); transkriptiooniregulaatorid (MAGE-A, SSX, HOM-TES-85, E2F-laadne/HCA661, TAF7L, BRDT, PLU-1, BORIS, NXF2); osalus signaalide edasikandmises (LIP1, SGY1, MAGE); helikaasidega sarnased omadused (CAGE, HAGE); rakkude omavaheline seondumine (SPA17, TPX1, ADAM2); ensümaatiline aktiivsus (ADAM2, LIP1, TSP50, LDHC, TPTE); apoptoosi inhibiitorid (CAGE); sünaptonemaalse kompleksi komponendid (SCP1, SPO11). MAGE perekonna esindajate puhul on arvatud, et nende geenide avaldumine vähirakkudes tekitab teatavat resistentsust keemiaravile. Katselised andmed on näidanud, et kui sisestada munasarjavähi rakkudele funktsionaalsed ja ekspresseeruvad MAGE-A2 ja MAGE-A6 geenid, siis vastavad rakud omistasid mõõduka resistentsuse keemiaravimite paklitakseeli ja doksorubitsiini vastu. MAGE-A1 valgu puhul näitavad katselised andmed pärmidega, et valk käitub transkriptsiooni repressorina. Sellest järeldati, et MAGE-A1 võib takistada rakkude diferentseerumist mõjutavate geenide avaldumist spermatogeneesis. Samas võib MAGE-A1 takistada rakkude difenrentseerumist ka vähirakkudes, mis omakorda viib vähkkasvaja tekkeni. CAGE antigeenil tõestati olevat vähirakkude liikuvust suurendav mõju, mistõttu arvatakse, et sellel VTAl on osa metastaaside tekkes. Samuti on katselised andmed näidanud, et sellel antigeenil on antiapoptootilised omadused. GAGE-7 antigeeni puhul on märgatud antiapoptootilist mõju rakkudele. Katses inimese vähkkasvaja rakuliiniga näidati, et liigne GAGE-7C ekspressioon võib halvata raku apoptoosiraja ning innustada raku ellujäämist. SSX perekonna vähi-testise antigeenide valkudel arvatakse olevat transkriptsiooniregulaatorite omadused. Katselised andmed on näidanud, et SSX valgud on võimelised alla suruma reportergeenide avaldumist rakus. Lisaks on leitud, et SSX VTAdel on funktsionaalne roll rakkude migratsioonis, mis võib tähendada, et need antigeenid osalevad metastaseerumisel. Erinevalt X-kromosoomil paiknevatest vähi-testise antigeenidest, on X-välistel VTAdel teadaolevad funktsioonid spermatogeneesis ja viljastumisel. Nende VTAde hulka kuuluvad SCP-1 ja OY-TES-1. SCP-1 on osa sünaptonemaalsest kompleksist meioosis ning OY-TES-1 osaleb akrosiini pakkimisel spermide peaosas asuvas akrosoomis. Lisaks nendele on leitud, et valgul BORIS on omadus soodustada teiste VTAde ekspressiooni. BORISil on sarnane funktsioon valguga CTCF (CCCTC-binding factor ehk CCCTC-seonduv faktor), mis tähendab, et see VTA teostab epigeneetilisi muutusi ning mõjutab seega geenide transkriptsiooni. On täheldatud, et mitmetes vähirakuliinides ning rinna-, eesnäärme-, pärasoole- ja kopsuvähis avaldub BORIS koos teiste VTAdega ning et teiste VTAde geenides on olemas BORISi seondumiskoht. See omakorda kinnitab, et BORIS soodustab teiste vähi-testise antigeenide avaldumist.  Pikemalt artiklis Immunoteraapia Vähi-testise antigeene on oma omaduste tõttu hea kasutada vähivastases immunoteraapias, kuna need avalduvad peamiselt vähikudedes. Ainukesed koed väljaspool vähkkasvajaid, kus VTAd ekspresseeruvad (munandid, embrüonaalsed munasarjad ja platsenta), ei ekspresseeri HLA klass I (inimese leukotsüüdi antigeen) valke ega puutu kokku immuunrakkudega. Seetõttu pole inimorganismil võimalust identifitseerida VTAsid kui oma keha antigeene ning nende vastu saab toota antikehi. See tähendab, et VTAsid saab kasutada vähispetsiifiliste vaktsiinide väljatöötamises. Vähi-testise antigeenides on tuvastatud mitmeid epitoope, mida tunnevad ära T-rakkude retseptorid, vallandades organismis immuunvastuse. Siiani on tuvastatud rakuline ja/või humoraalne immuunvastus vähihaige organismis vähemalt 19 VTA geeniperekonna puhul. Fratta, E., Coral, S., Covre, A., Parisi, G., Colizzi, F., Danielli, R., Micolay, H.J.M., Sigalotti, L., Maio, M. 2011. The biology of cancer testis antigens: Putative function, regulation and therapeutic potential. Molecular Oncology. 5 (2). lk 164–182 CTDatabase Viimati vaadatud 29.10.2016 Kirkin, A.F., Dzhandzhugazyan, K.N., Zeuthen, J. 2002. Cancer/Testis Antigens: Structural and Immunobiological Properties. Cancer Investigation. 20 (2). lk 222–236 Sang, M., Lian, Y., Zhou, X., Shan, B. 2011. MAGE-A family: Attractive targets for cancer immunotherapy. Vaccine. 29 (47). lk 8496–8500 Ghafouri-Fard, S., Modarressi, M-H. 2009. Cancer-Testis Antigens: Potential Targets for Cancer Immunotherapy. Archives of Iranian Medicine. 12 (4). lk 395–404 Grizzi, F., Mirandola, L., Qehajaj, D., Cobos, E., Figueroa, J.A., Chiriva-Internati, M. 2015. Cancer-Testis Antigens and Immunotherapy in the Light of Cancer Complexity. International Reviews of Immunology. 34 (2). lk 143–153 Gjerstorff, M.F., Ditzel, H.J. 2008 An overview of the GAGE cancer/testis antigen family with the inclusion of newly identified members. Tissue Antigens. 71 (3). lk 198-192 Mirandola, L. Cannon, M.J., Cobos, E., Bernardini, G., Jenkins, M.R., Kast, W.M., Chiriva-Internati, M. 2011. Cancer Testis Antigens: Novel Biomarkers and Targetable Proteins for Ovarian Cancer. International Reviews of Immunology. 30 (2–3). lk 127–137