ZNACZENIE CHEMOKINY CXCL12 I JEJ RECEPTORA CXCR4 W RAKU PŁUC SIGNIFICANCE OF CXCL12 CHEMOKINE AND CXCR4 RECEPTOR IN LUNG CANCER

Nowiny Lekarskie 2011, 80, 2, 109 115 ALEKSANDER STRUGAŁA, PAWEŁ P. JAGODZIŃSKI ZNACZENIE CHEMOKINY CXCL12 I JEJ RECEPTORA CXCR4 W RAKU PŁUC SIGNIFICANCE OF CXCL12 CHEMOKINE AND CXCR4 RECEPTOR IN LUNG CANCER Katedra i Zakład Biochemii i Biologii Molekularnej Uniwersytet Medyczny im. Karola Marcinkowskiego w Poznaniu Kierownik: prof. UM dr hab. Paweł P. Jagodziński Streszczenie Rak płuc jest nowotworem o największej śmiertelności, do której w dużej mierze przyczynia się wysoka zdolność do metastazy oraz trudność w rozpoznaniu i leczeniu tej choroby. Na rozwój komórek rakowych, ich proliferację oraz przerzuty wpływają m.in. oddziałujące ze sobą cząsteczki receptora chemokinowego CXCR4 i jego liganda CXCL12. Niniejsza praca ma na celu przedstawienie potencjalnego wpływu receptora CXCR4 oraz oddziałującej z nim chemokiny CXCL12 na rozwój nowotworu płuc w oparciu o zebrane informacje dotyczące badań nad możliwością użycia leków skierowanych przeciw nowotworowi płuc, selektywnie działających na te białka. SŁOWA KLUCZOWE: rak płuc, chemokiny, CXCR4, CXCL12. Summary The leading cause of deaths from malignant disease is the lung cancer, mainly due to its highly metastatic character, difficulties with early stage diagnosis and with treatment. Chemokine receptor CXCR4 and its ligand CXCL12 are involved in neoplasm, proliferation and metastasis. This review indicates the role of influence of CXCR4 and CXCL12 in the lung cancer and summarizes last reports about possibility of using selective inhibitors directed against CXCR4 and CXCL12 in novel therapies. KEY WORDS: lung cancer, chemokines, CXCR4, CXCL12. Wstęp W 2008 roku rak płuc był pierwszym pod względem najczęściej diagnozowanych nowotworów wśród mężczyzn i czwartym wśród kobiet [1]. Dane z tego samego roku mówią o głównej przyczynie śmiertelności u chorych na nowotwór mężczyzn z powodu raka płuc [1]. Rak płuc stanowił też drugi pod względem liczby zgonów typ nowotworu u kobiet [1]. W Polsce co roku diagnozuje się średnio 20.000 nowych przypadków zachorowań i liczba ta stale wzrasta [2]. W krajach wysoko uprzemysłowionych z kolei liczba nowych diagnoz raka płuc spada [3]. Wśród osób z nowotworem płuc dominują mężczyźni, stanowiąc 80% wszystkich przypadków zachorowań [3]. Przedział wiekowy dla osób najbardziej zagrożonych wystąpieniem tej choroby to okres pomiędzy 55. a 70. rokiem życia [3]. Istnieją dwa główne typy nowotworu płuc: drobnokomórkowy rak płuca (SCLC ang. small cell lung cancer), stanowiący ok. 15% przypadków [3] oraz niedrobnokomórkowy rak płuca (NSCLC ang. non small cell lung cancer) występujący w 75% 80% przypadków zachorowań [4]. Podział ten wynika z różnych cech biologicznych nowotworu i pociąga za sobą różne sposoby leczenia [3]. Niedrobnokomórkowy rak płuca charakteryzuje się niską (ok. 8% 14%) przeżywalnością w ciągu 5 lat od postawienia diagnozy [4]. W przypadku SCLC, który posiada dużą dynamikę wzrostu i skłonność do wczesnych przerzutów, tylko 5% pacjentów przeżywa okres 5 lat od postawienia diagnozy [3,5]. Tak złe rokowanie wynika z faktu, że wczesne stadium drobnokomórkowego raka płuc jest w zasadzie nierozpoznawalne, natomiast w momencie postawienia diagnozy pacjenci często nie kwalifikują się już do zabiegu chirurgicznego [3]. Główną przyczyną rozwoju nowotworu płuc, odpowiedzialną za ok. 80% przypadków wśród mężczyzn i ok. 50% przypadków wśród kobiet, jest palenie tytoniu [1]. Istnieją sprzeczne informacje dotyczące tego, czy tytoń jest bardziej rakotwórczy dla kobiet, czy dla mężczyzn [6]. Wśród innych związków będących przyczyną tej choroby wymienia się między innymi takie pierwiastki chemiczne, jak: azbest, arsen, radon czy chrom [7]. Nie wyklucza się również udziału promieniowania jonizującego, czy zanieczyszczeń powietrza jako przyczyn rozwoju raka płuc [7]. Istnieją także doniesienia mówiące o wpływie estrogenów na rozwój raka płuc: wśród osób niepalących nowotwór płuc diagnozowany jest częściej u kobiet, niż u mężczyzn [6, 8]. Co więcej, u kobiet rak płuc jest diagnozowany częściej poniżej 50. roku życia, przed menopauzą [6, 9]. Wśród kobiet powyżej 60. roku życia odnotowuje się zwiększoną przeżywalność w porównaniu zarówno z kobietami młodszymi (przed menopauzą), jak i mężczyznami, co Albian i wsp. [10] tłumaczą wyższym poziomem estrogenów u kobiet w okresie przedmenopauzalnym. Również czynniki genetyczne mogą mieć wpływ na rozwój nowotworu płuc. National Cancer Institute wskazuje na chromosom 6 jako region, który może być powiązany z rozwojem raka płuc. Naukowcy wskazują także na rejon 24 5.1 długiego ramienia chromosomu 15 [11 14], w któ-

110 Aleksander Strugała, Paweł P. Jagodziński rym znajduje się gen PSMA4, ulegający wzmożonej ekspresji w komórkach raka płuc w porównaniu do zdrowych tkanek [15]. Rejon ten zawiera 5 innych genów, które również mogą być powiązane z wspomnianym wyżej nowotworem [15]. Chemokiny i receptory chemokinowe Chemokiny to białka z grupy cytokin, wykazujące aktywność chemotaktyczną. Nadają one zdolność komórkom posiadającym odpowiednie receptory do migracji zgodnie z gradientem chemokinowym [16]. Obecnie znanych jest około 50 chemokin i 20 receptorów chemokinowych [5]. Do niedawna chemokiny znane były głównie z kierowania leukocytów do miejsc zapalnych [5, 7, 8], jednak biorą one udział nie tylko w odpowiedzi immunologicznej, ale także w infekcjach wirusowych i przerzutach komórek rakowych [16, 19]. Chemokiny aktywują także transkrypcję odpowiednich genów, których białka biorą udział w wymienionych wyżej procesach [16]. Ze względu na lokalizację dwóch reszt cysteiny w N końcowym fragmencie cząsteczki, chemokiny dzieli się na 4 klasy: CC, CXC, CX3C i C [16]. Rodzina CXC podzielona jest dodatkowo na 2 podgrupy, w zależności od obecności lub braku motywu ELR (kwas glutaminowy leucyna arginina) [5, 20]. Analogiczna nomenklatura dotyczy receptorów chemokinowych. Większość z tych receptorów rozpoznaje kilka typów białek chemokinowych, wyjątek stanowią receptory: CXCR5, CXCR6, CCR6, CCR9 oraz CX3CR1, które łączą się tylko z pojedynczym ligandem [16]. Rodzaj receptorów ulegających ekspresji na powierzchni danej komórki zależy między innymi od jej pochodzenia, stadium rozwojowego, a także warunków mikrośrodowiskowych, takich jak obecność cytokin stanu zapalnego, czy hipoksji [16]. Stąd obecność receptorów chemokinowych jest charakterystyczna dla komórek rakowych. Receptor CXCR4 i jego ligand CXCL12 Gen CXCR4 znajduje się na chromosomie 2q22.1 i składa się z jednego exonu. Podlega on alternatywnemu splicingowi, którego efektem są 2 izoformy różniące się regionem N końcowym [5]. Jedna izoforma składa się z 356, natomiast druga, izoforma dominująca, zbudowana jest z 352 reszt aminokwasowych [5]. Mutacje w obrębie genu CXCR4 u ludzi mogą skutkować powstaniem zespołu WHIM (WHIM syndrome ang. warts hypogammaglobulinemia infections myleokathexis syndrome) charakteryzującego się zaburzeniem funkcji leukocytów [5, 21]. Znane są również polimorfizmy pojedynczego nukleotydu (SNP ang. single nucleotide polymorphism) zlokalizowane w obrębie exonu CXCR4 [5, 22]. CXCR4 stanowi białko homodimeryczne, potocznie zwane fuzyną [5, 23, 24]. Każda podjednostka białka CXCR4 jest transmembranową proteiną, przechodzącą 7-krotnie przez błonę komórki, po której zewnętrznej stronie znajdują się 3 pętle oraz N-końcowa część białka (Ryc. 1). Zlokalizowana po stronie cytoplazmatycznej domena C-końcowa jest bogata w reszty seryny i treoniny. Jedną z modyfikacji potranslacyjnych fuzyny jest tworzenie O-siarczanowej pochodnej tyrozyny w pozycji 21 [5, 25]. Zmiana ta umożliwia łączenie się receptora z ligandem CXCL12, zwanym inaczej SDF1 (SDF1 ang. stromal cell derived factor 1). Konsekwencją wyciszenia genu CXCR4 u myszy są ciężkie wady rozwojowe, mogące przybierać charakter letalny [26]. Podobne znaczenie posiada gen CXCL12, znajdujący się na chromosomie 10q11.21, którego defekty mogą charakteryzować się analogicznymi objawami [5, 17]. Do listy znanych ligandów receptora CXCR4, oprócz SDF1, należy zaliczyć również ubikwitynę [26]. Białko CXCL12 to mała (8 kda) cytokina należąca do rodziny chemokin CXC. Podobnie jak gen CXCR4, CXCL12 podlega alternatywnemu splicingowi, dzięki któremu powstają dwie izoformy białka: SDF1α i SDF1β, różniące się między sobą czterema C końcowymi resztami aminokwasowymi. Oddziaływanie pomiędzy CXCR4 i SDF1 odgrywa ważną rolę w wielu zarówno naturalnych, jak i patologicznych procesach. Wykazano na przykład, że obie cząsteczki biorą udział w rozwoju komórek rakowych, ich proliferacji oraz angiogenezie [27], ale również m.in. odgrywają ważną rolę w prawidłowej embriogenezie, hematopoezie, czy utrzymaniu immunologicznej homeostazy organizmu [28]. Oddziaływanie fuzyny z SDF1 może prowadzić do reumatoidalnego zapalenia stawów oraz infekcji wirusowych, zwłaszcza z udziałem wirusa HIV [28]. Kompleks CXCR4/CXCL12 odpowiada również za migrację komórek CD34+ do szpiku kostnego [29], natomiast jego zaburzone funkcjonowanie odpowiada za nieprawidłowe kierowanie komórek w ostrych białaczkach szpikowych [5]. CXCR4 i CXCL12 w nowotworach CXCR4, podobnie jak reszta receptorów cytokinowych, jest transbłonowym białkiem obecnym na powierzchni różnych typów komórek, między innymi: limfocytów, komórek grasicy, mózgu czy śledziony [30]. Pomimo że CXCR4 znajduje się głównie w błonach większości komórek, to w przypadku niektórych jego obecność wykazano również w cytoplazmie i jądrze komórkowym [31]. Fuzynę wykryto w komórkach co najmniej 23 różnych typów nowotworów, w tym: piersi, jajnika, żołądka, płuc, trzustki, prostaty, czerniaka złośliwego, mięsaka prążkowanokomórkowego oraz białaczki [16, 32, 33, 34]. Nie wszystkie pierwotne komórki rakowe wykazują jednak obecność receptora CXCR4 na powierzchni. W nowotworach jajnika i NSCLC tylko określone populacje komórek rakowych posiadają ten receptor [35, 36]. Podobnie w komórkach nowotworowych raka piersi, wykryto obecność białka CXCR4, czego nie stwierdzono w przypadku zdrowych komórek otaczających nowotwór [37]. Analogiczne spostrzeżenia

Znaczenie chemokiny CXCL12 i jej receptora CXCR4 w raku płuc 111 dotyczą także nowotworów tarczycy [38], trzustki [39] i glejaków [40]. Zwiększona ilość chemokiny CXCL12 w komórkach danego organu może świadczyć o przerzutowości związanego z nim nowotworu złośliwego [5]. Muller i wsp. [37], opierając się na mysim modelu, wykazali na przykład, że zablokowanie receptora CXCR4 przez odpowiednie przeciwciało skutkuje zahamowaniem procesu metastazy raka płuc in vivo. Podobnie Mori i wsp. [41] wykazali, że blokowanie receptora CXCR4 zmniejsza inwazyjność linii komórkowych raka trzustki. Blokowanie receptora CXCR4 hamowało przerzuty także w przypadku raka prostaty zarówno in vitro, jak i in vivo [42]. Wykazano przy tym antagonistyczny wpływ liganda CXCL12, nasilającego migrację komórek nowotworowych raka prostaty [42]. CXCR4 w nowotworze płuc NSCLC Związek między ekspresją receptora CXCR4 a rakiem płuc przedstawiony został przez Spano i wsp. [33], którzy wykazali obecność białka fuzyny w jądrze i cytoplazmie komórek rakowych NSCLC w I stadium choroby. Ekspresja tego białka zachodziła także w fibroblastach oraz w limfocytach infiltrujących nowotwór [33]. Niemniej jednak, nie stwierdzono obecności CXCR4 w zdrowych komórkach zarówno płuc, jak i oskrzeli [33]. Sugeruje to, że zwiększona ekspresja fuzyny w komórkach rakowych płuca może być silnie związana z nasileniem procesu ich metastazy [33]. Nie wykazano jednak żadnych istotnych statystycznie korelacji pomiędzy ekspresją CXCR4 a wiekiem, płcią, paleniem tytoniu czy wielkością guza [33]. W wyniku oddziaływania CXCR4 z SDF1 zachodzi także aktywacja kinaz PI3 i Akt, odpowiedzialnych między innymi za rozwój i proliferację komórek nowotworowych [35]. Spano i wsp. [33] zauważyli związek między obecnością białka CXCR4 w jądrze komórki rakowej, a zwiększoną średnią przeżywalnością pacjentów z rakiem płuc. Może to wynikać z braku oddziaływania SDF1 z CXCR4, którego obecności nie stwierdzono w błonie komórek rakowych [33]. Doniesienia te potwierdzają badania Zeelenberga i wsp. [43] dotyczące spowolnienia procesu tworzenia hybryd: limfocyt T i komórka nowotworowa, związanego z zatrzymaniem CXCR4 wewnątrz retikulum endoplazmatycznego komórki nowotworowej. Wyniki innych badań mówią z kolei o braku zdolności migracji do szpiku kostnego hematopoetycznych komórek macierzystych, w których CXCR4 znajduje się w cytoplazmie [44]. Istnieją także sprzeczne informacje na temat związku lokalizacji receptora CXCR4 w komórkach rakowych i ich przerzutowością. Na i wsp. [45] odnotowali w swoich badaniach znaczącą statystycznie korelację między ekspresją CXCR4 w jądrze komórkowym a wzrostem występowania przerzutów raka płuc do węzłów chłonnych. Wyniki te pozostają w opozycji w stosunku do Spano i wsp., którzy wykazali, iż obecność CXCR4 w jądrze komórkowym wiąże się z lepszym rokowaniem u pacjentów w I stadium NSCLC [33]. Badania immunohistochemiczne Wagnera i wsp. [46] pokazują z kolei pozytywną korelację pomiędzy ekspresją CXCR4 a przerzutowością raka płuc NSCLC. Lepsze rokowanie łącznie z trwałą remisją objawów choroby wiązałoby się ze zwiększoną ekspresją receptora CXCR4 w jądrze komórek rakowych NSCLC [5, 46]. Wg tych samych naukowców na zwiększenie przerzutowości do węzłów chłonnych główny wpływ wywiera białko SDF1 [46]. Ekspresja CXCR4 w komórkach raka NSCLC może być regulowana dostępem tlenu [47]. Hipoksja (stan niedotlenienia komórek) powoduje wzrost poziomu czynników białkowych HIF 1α i HIF 1β w odpowiedzi na niedotlenienie, które łącząc się z promotorem genu CXCR4 zwiększają jego ekspresję w sposób bezpośredni [47]. Pośrednio ekspresja fuzyny może być kontrolowana przez szlak składający się z cyklu kinaz i fosfataz, które poprzez zwiększenie ekspresji genu HIF 1 ostatecznie wzmagają ekspresję receptora CXCR4 [48]. Wzmocnienie tego efektu w stanie niedotlenienia komórek przebiega także z udziałem naskórkowego czynnika wzrostu (ang. EGF epidermal growth factor), który oddziaływując ze swoistym receptorem prowadzi do wzrostu ekspresji białka CXCR4 w komórkach nowotworu NSCLC [48]. Badania Huang i wsp. [49] na liniach komórkowych NSCLC dowodzą z kolei, że CXCL12 za pośrednictwem CXCR4, wpływa na ekspresję integryn, które m.in. biorą udział w procesie metastazy. SCLC Drobnokomórkowy rak płuca, nawet we wczesnych fazach rozwoju, charakteryzuje się silnym tworzeniem ognisk przerzutowych. Intensywna ekspresja CXCL12 przez komórki szpiku kostnego powoduje, że hematopoetyczna tkanka kości staje się jednym z głównych celów metastazy dla SCLC [5]. Kijima i wsp. [35] stwierdzili występowanie transkryptu i białka receptora CXCR4 w 10 liniach komórkowych SCLC, w których równocześnie wykazali brak ekspresji innych receptorów chemokinowych. Powiązali oni również wzrost poziomu białka CXCL12 z proliferacją komórek linii raka SCLC NCI H69 oraz z ruchliwością komórek linii NCI H446 [35]. Zwiększenie ruchliwości komórek rakowych, które jest jednym z objawów metastazy, wiąże się między innymi ze zmianami organizacji cytoszkieletu, powstawaniem filopodii i uropodii. Zjawiska takie obserwowane były w komórkach linii NCI H446 SCLC w odpowiedzi na czynnik SDF1 [35]. Odpowiedź tych komórek była jednak różna, niż w przypadku komórek kontrolnych BaF3 (komórki pre B, zależne od interleukiny 3), wykazujących ekspresję receptora CXCR4, co sugeruje różną reakcję komórek rakowych i komórek hematopoetycznych na czynnik SDF1 [35]. Duże ilości białka CXCR4 wykryto nie tylko w liniach komórkowych SCLC, ale także w tkankach pacjentów chorych na drobnokomórkową odmianę raka płuc [5]. Wykazano, że oddziaływanie CXCR4 i CXCL12 aktywuje ścieżkę JAK2/STAT3 [50]. Oddziaływanie chemokiny

112 Aleksander Strugała, Paweł P. Jagodziński z odpowiednim receptorem aktywuje białko JAK, które z kolei fosforyluje wewnątrzbłonowe reszty tyrozynowe receptora chemokinowego [50]. Efektem tej modyfikacji receptorów jest utworzenie miejsc zdolnych przyłączyć białka z rodziny STAT. Na dalszym etapie białka STAT ulegają fosforylacji i dimeryzacji, co umożliwia ich transport do wnętrza jądra komórkowego, gdzie wpływają na ekspresję odpowiednich genów [50]. Wykazano, że białko STAT3 jest stale aktywne w wielu typach nowotworów [51]. Co więcej, nieprawidłowe działanie tego białka jest powiązane z procesem metastazy [52]. Ścieżka JAK2/ STAT3 jest połączona z proliferacją komórek rakowych, ich rozwojem i zdolnością do przerzutów [44, 52]. Interakcje między CXCR4/CXCL12 oraz JAK2/STAT3 zostały opisane na przykładzie wielu linii komórkowych m.in.: MOLT4, Mono Mac1, 2C4, [53, 54], a także w nowotworze SCLC, w którym STAT3 ulega zwiększonej ekspresji [51]. Zjawiska opisanego nie odnotowano w komórkach pierwotnych nowotworu NSCLC [51], stąd sugeruje się użycie inhibitorów zarówno dla receptora CXCR4, jak i STAT3 jako potencjalne narzędzie do walki z drobnokomórkowym rakiem płuc [51]. Hartmann i wsp. [55] oraz Burger i wsp. [56] w swoich pracach wykazali, że poza CXCR4 za metastazę raka SCLC odpowiadają także integryny: α2, α4, α5 i β1. Wykazali oni zwiększoną ekspresję niektórych integryn (m.in. β1, α3 i α6) w liniach komórkowych nowotworu SCLC [5]. Ponieważ integryny wiążą się z białkami substancji międzykomórkowej, takimi jak laminina, fibronektyna czy kolagen IV, a oddziaływania te skutkują zwiększoną aktywnością kinazy tyrozynowej, ma miejsce zablokowanie aktywności kaspaz biorących udział w apoptozie komórki. Efektem zahamowania aktywności kaspaz, negatywnie wpływającym na efektywność terapii, jest zmniejszona wydajność cytotoksyczności w chemioterapii [5, 57]. Rozproszona forma nowotworu SCLC, uniemożliwiająca w większości przypadków interwencję chirurgiczną pozostawia radioi chemioterapię jako jedyne metody walki z tym nowotworem. W świetle powyższych doniesień o zmniejszonej cytotoksyczności chemioterapii, popartej danymi statystycznymi o wysokiej umieralności pacjentów z SCLC, logicznym wydaje się, iż leczenie chorych z rakiem płuc wymaga ciągłego udoskonalania metod wraz z sukcesywnym odkrywaniem nowych mechanizmów leżących u podstaw kancerogenezy. Inhibitory receptora CXCR4 Poznanie roli białek CXCR4/CXCL12 w procesach związanych z nowotworzeniem skłoniło naukowców do badań nad związkami będącymi inhibitorami receptora CXCR4. Jednym z analizowanych dotychczas związków był AMD3100 (plerixafor), będący inhibitorem receptora chemokinowego CXCR4. Jest to związek złożony z dwóch symetrycznie ułożonych pierścieni 1,4,8,11 tetraazacyklotetradekanowych, połączonych ze sobą łańcuchem zawierającym pierścień benzenowy [5, 58]. Plerixafor wiąże się z resztami kwasu asparaginowego w pozycjach: 171, 182, 193 i 262, odpowiednio, czwartej i szóstej domeny receptora CXCR4, blokując go [5, 59] (Ryc. 1.). Stosowanie AMD3100, który pierwotnie miał być używany głównie do zapobiegania infekcji wirusem HIV 1 [60], skutkuje zmniejszeniem aktywności CXCR4 zarówno in vitro, jak i in vivo [5]. Innym badanym związkiem będącym inhibitorem receptora CXCR4 jest BKT 140, który znajduje się w fazie badań klinicznych u pacjentów dotkniętych szpiczakiem mnogim [5]. Kolejny inhibitor fuzyny, CTCE 9908, testowany na modelu mysim, zmniejsza przerzutowość raka piersi [61] oraz prowadzi do redukcji guza pierwotnego raka prostaty [62]. Z kolei AMD3465, testowany na mysim modelu białaczki, wzmacniał efekt działania chemioterapii [63]. U myszy z wszczepionymi guzami ludzkimi, AMD3465 powodował zahamowanie wzrostu rdzeniaka oraz glejaka [63]. Do testowanych obecnie inhibitorów receptora CXCR4 należą także AMD070 oraz TG 0054. Dotychczasowe badania wskazują, że wymienione związki są dobrze tolerowane przez pacjentów z rakiem [5]. Podsumowanie Rak płuc jest jednym z najbardziej śmiertelnych nowotworów. Najczęściej stosuje się leczenie skojarzone, oparte o zabieg chirurgiczny, a następnie radio- i chemioterapię [3]. Interwencja chirurgiczna stosowana jest głównie w raku niedrobnokomórkowym, jednak w tym przypadku tylko 20 30% pacjentów kwalifikuje się do operacji [3]. Statystyki te zmuszają do lepszego poznania biologii tego typu nowotworu, jak i do poszukiwań bardziej racjonalnych metod jego terapii. Jednym z obiecujących celów w walce z rakiem płuc wydaje się receptor CXCR4. Oddziaływanie receptora chemokinowego CXCR4 z ligandem CXCL12 jest bardzo ważnym czynnikiem biorącym udział nie tylko w naturalnych procesach zachodzących w naszym organizmie, ale także w wielu zjawiskach patologicznych. Jedną z bardziej interesujących kwestii jest wpływ współdziałania tych dwóch cząsteczek w powstawaniu przerzutów w wielu nowotworach, w tym w raku płuc. To właśnie zdolność metastazy odpowiada za wysoką śmiertelność w tej chorobie, a szczególnie w jej odmianie drobnokomórkowej. Przeprowadzone dotychczas badania potwierdzają znaczenie szlaku CXCR4/CXCL12 w rozwoju raka płuc, co sugeruje, że białka te mogą być dobrymi miejscami uchwytu skutecznych leków skierowanych przeciw nowotworowi płuc oraz zmniejszających jego przerzutowość. Obecnie analizowane związki, takie jak AMD3100, CTCE 9908, czy BKT 140 wykazują wysoki potencjał w walce z rakiem. Wyniki badań sugerują udział tych substancji w hamowaniu przerzutów, zmniejszaniu wielkości guza lub wzmacnianiu działania chemioterapii. Badania te dają nadzieję skutecznej terapii w walce z rakiem płuc, choć trzeba pamiętać, że do pełnego zrozumie-

Znaczenie chemokiny CXCL12 i jej receptora CXCR4 w raku płuc 113 nia mechanizmów metastazy oraz podłoża genetycznego leżącego u podstaw patogenezy nowotworu płuc potrzeba jeszcze wielu analiz. W świetle dotychczasowych wyników badań receptor CXCR4 oraz jego ligand CXCL12 są odpowiednimi przykładami białek, których funkcja w procesie nowotworzenia skłania do dalszych poszukiwań przyczyn powstawania raka płuc na poziomie molekularnym. 8. Parkin D.M., Bray F. et al.: Global cancer statistics, 2002. Cancer J. Clin., 2005, 55, 74-108. 9. Fu J.B., Severson R.K., Kalemkerian G.P.: Lung cancer in women: analysis of the natinoal Surveillance, Epidemiology, and End Results database. Chest, 2005, 127, 768-77. 10. Albain K.S., Unger J.M. et al.: Toxicity and survival by sex in patients with advanced non-small cell lung carcinoma on modern Sothwest Oncology Group (SWOG) trials. J. Clin. Oncol., 2007, 25, 7549. Rycina 1. Budowa receptora CXCR4. Reszty aminokwasowe zaznaczone kolorem białym wskazują miejsca wiązania AMD3100. Zmodyfikowano wg: Murakami T, Yamamoto N: Role of CXCR4 in HIV Infection and Its Potential as a Therapeutic Target: Coreceptor-targeted Anti-HIV Therapy. Future Microbiol., 2010 Jul; 5(7): 1025-39. Figure 1. CXCR4 receptor. Amino acids residues marked with white colour represent AMD3100 binding sites. Adaptated from: Murakami T, Yamamoto N: Role of CXCR4 in HIV Infection and Its Potential as a Therapeutic Target: Coreceptor-targeted Anti-HIV Therapy. Future Microbiol., 2010 Jul; 5(7): 1025-39. Piśmiennictwo 1. Jemal A., Bray F., Melissa M., Ferlay J., Ward J., Forman D.: Global Cancer Statistics 2011. Cancer J. Clin., 2011, 61, 69 90. 2. Didkowska J.: Epidemiologia i etiopatogeneza nowotworów płuca i opłucnej. Nowotwory płuca i opłucnej., Via Medica, Gdańsk 2008, 1. 3. Rzyman W.: Rak płuca. Forum Med. Rodz., 2008, 2, 6, 407-419. 4. Liua Y., Wangc B. et al.: Down-regulation of PKC expression inhibits chemotaxis signal transduction in human lung cancer cells. Lung cancer, 2009, 63(2), 210-8. 5. Gangadhar T., Nandi S., Salgia R.: The role of chemokine receptor CXCR4 in lung cancer. Cancer Biol. Ther., 2010, 9(6), 409-16. 6. Siegfried J.M., Hershberger P.A., Stabile L.P.: Estrogen receptor signaling in lung cancer. Semin. Oncol., 2009, 36(6), 524-31. 7. Szadkowska-Stańczyk I., Szeszenia-Dąbrowska N.: Zawodowe uwarunkowania raka płuca w badaniach epidemiologicznych. Med. Pr., 2001, 52 (1), 27-34. 11. Thorgeirsson T.E., Geller F. et al.: A variant associated with nicotine dependence, lung cancer and peripheral arterial disease. Nature, 2008, 452, 638-42. 12. Amos C.I., Wu X., Broderick P. et al.: Genome-wide association scan of tag SNPs identifies a susceptibility locus for lung cancer at 15q25.1. Nat. Genet., 2008, 40, 616-22. 13. Hung R.J., McKay J.D. et al.: A susceptibility locus for lung cancer maps to nicotinic acetylcholine receptor subunit genes on 15q25. Nature, 2008, 452, 633-7. 14. Liu P., Vikis H.G. et al.: Familial aggregation of common sequence variants on 15q24-25.1 in lung cancer. J. Natl. Cancer Inst., 2008, 100, 1326-30. 15. Liu Y., Liu P. et al.: Haplotype and cell proliferation analyses of candidate lung cancer susceptibility genes on chromosome 15q24-25.1. Cancer Res., 2009, (1), 69(19), 7844-50. 16. Balkwill F.: Cancer and the chemokine network. Nat. Rev. Cancer., 2004, 4(7), 540-50. 17. Baggiolini M.: Chemokines and leukocyte traffic. Nature, 1998, 392, 565-8. 18. Luster A.: Chemokines chemotactic cytokines that mediate inflammation. NEJM, 1998, 338, 436-45.

114 Aleksander Strugała, Paweł P. Jagodziński 19. Zlotnik A.: Chemokines in neoplastic progression. Neurocrine Biosciences, Semin. Cancer Biol., 2004, 14(3), 181-5. 20. Slettenaar V., Wilson J.: The chemokine network: a target in cancer biology? Adv. Drug Deliv. Rev, 2006, 58, 962-74. 21. Carlisle A.J., Lyttle C.A. et al.: CXCR4 expression heterogeneity in neuroblastoma cells due to ligandindependent regulation. Mol. Cancer., 2009, 22, 8, 126. 22. Entrez SNP single nucleotide polymorphism. NCBI 2010; Items 1-20. <http://www.ncbi.nlm.nih.gov/snp? term=cxcr4>. 23. Percherancier Y., Berchiche Y. et al.: Bioluminescence resonance energy transfer reveals ligand-induced conformational changes in CXCR4 homo- and heterodimers. J. Biol. Chem., 2005, 280, 9895-903. 24. Babcock G.J., Farzan M., Sodroski J.: Ligandindependent dimerization of CXCR4, a principal HIV-1 coreceptor5. J. Biol. Chem., 2003, 278, 3378-85. 25. Farzan M., Babcock G.J. et al. The role of post translational modifications of the CXCR4 amino terminus in stromal-derived factor 1α association and HIV-1 entry. Biol. Chem., 2002, 277, 29484-9. 26. Saini V., Romero J. et al.: Ubiquitin receptor binding and signaling in primary human leukocytes. Commun Integr. Biol., 3(6), 608 610. 2010 Landes Bioscience. 27. Carlisle A.J., Lyttle C.A. et al.: CXCR4 expression heterogeneity in neuroblastoma cells due to ligandindependent regulation. Mol. Cancer, 2009, 22, 8, 126. 28. de Oliveira K.B., Guembarovski R.L. et al.: CXCL12 rs1801157 polymorphism and expression in peripheral blood from breast cancer patients. Cytokine, 2011, 55(2), 260-5. 29. Kopeć-Szlęzak J.: Chemokiny i receptory chemokin w układzie krwiotwórczym. Acta Haematologica Pol., 2003, 34, 1. 30. Zlotnik A.: Chemokines and cancer. Int. J. Cancer, 2006, 119, 2026e9. 31. Shibuta K., Mori M. et al.: Regional expression of CXCL12/CXCR4 in liver and hepatocellular carcinoma and cell-cycle variation during in vitro differentiation. Jpn J. Cancer Res., 2002, 93, 789 797. 32. Zlotnik A.: Involvement of chemokine receptors in organ-specific metastasis. Contrib. Microbiol, 2006, 13, 191e9. 33. Spano J-P., Andre F. et al.: Chemokine receptor CXCR4 and early-stage non-small cell lung cancer: pattern of expression and correlation with outcome. Ann Oncol., 2004, 15(4), 613-7. 34. Libura J., Drukala J. et al.: CXCR4-SDF-1 signaling is active in rhabdomyosarcoma cells and regulates locomotion, chemotaxis, and adhesion. Blood, 2002, 100, 2597-2606. 35. Kijima T., Maulik G. et al.: Regulation of Cellular Proliferation, Cytoskeletal Function, and Signal Transduction through CXCR4 and c-kit in Small Cell Lung Cancer Cells. Cancer Res., 2002, 1,62(21), 6304-11. 36. Scotton, C.J., Wilson, J.L., et al.: Epithelial cancer cell migration: a role for chemokine receptors? Cancer Res., 61, 4961 4965 (2001). 37. Müller A., Homey B. et al.: Involvement of chemokine receptors in breast cancer metastasis. Nature, 2001, 410, 50-6. 38. Hwang J.H., Hwang J.H. et al.: CXC chemokine receptor 4 expression and function in human anaplastic thyroid cancer cells. J. Clin. Endocrinol. Metab., 2003, 88, 408-416. 39. Koshiba T., Hosotani R. et al.: Expression of stromal cellderived factor 1 and CXCR4 ligand receptor system in pancreatic cancer: a possible role for tumor progression. Clin. Cancer Res., 2000, 6, 3530-3535. 40. Zhou Y., Larsen P.H. et al.: CXCR4 is a major chemokine receptor on glioma cells and mediates their survival. J. Biol. Chem., 2002, 277, 49481 4987. 41. Mori T., Doi R. et al.: CXCR4 antagonist inhibits stromal cell-derived factor 1-induced migration and invasion of human pancreatic cancer. Mol. Cancer Ther., 2004, 3, 29-37. 42. Taichman R., Cooper C. et al.: Use of the stromal cellderived factor-1/cxcr4 pathway in prostate cancer metastasis to bone. Cancer Res., 2002, 62, 1832-7. 43. Zeelenberg I.S., Ruuls-Van Stalle L. et al.: Retention of CXCR4 in the endoplasmic reticulum blocks dissemination of a T cell hybridoma. J. Clin. Invest, 2001, 108, 269-277. 44. Levy D.E., Darnell Jr. J.E.: Stats: transcriptional control and biological impact. Nat. Rev. Mol. Cell Biol., (2002) 3, 651 662. 45. Na I., Scheibenbogen C. et al.: Nuclear expression of CXCR4 in tumor cells of non-small cell lung cancer is correlated with lymph node metastasis. Hum. Pathol., 2008, 39, 1751-5. 46. Wagner P., Hyjek E. et al.: CXCL12 and CXCR4 in adenocarcinoma of the lung: association with metastasis and survival. J. Thorac. Cardiovasc. Surg., 2009, 137, 615-21. 47. Liu Y., Wang B. et al.: Downregulation of PKCzeta expression inhibits chemotaxis signal transduction in human lung cancer cells. Lung Cancer, 2009, 63, 210-8. 48. Phillip R., Mestas J., et al.: Epidermal growth factor and hypoxia-induced expression of CXC chemokine receptor 4 on non-small cell lung cancer cells is regulated by the phosphatidylinositol 3-Kinase/PTEN/AKT/mammalian target of rapamycin signaling pathway and activation of hypoxia inducible factor-1. J. Biol. Chem., 2005, 280, 22473-81. 49. Huang Y.C., Hsiao Y.C.et al.: Stromal cell-derived factor- 1 enhances motility and integrin up-regulation through CXCR4, ERK and NF kappab-dependent pathway in human lung cancer cells. Biochem. Pharmacol., 2007, 15, 74(12), 1702-12. 50. Ahr B., Denizot M. et al.: Identification of the cytoplasmic domains of CXCR4 involved in Jak2 and STAT3 phosphorylation. J. Biol. Chem., 2005, 25, 280(8), 6692-700. 51. Pfeiffer M., Hartmann T.N. et al.: Alternative implication of CXCR4 in JAK2/STAT3 activation in small cell lung cancer. Br. J. Cancer., 2009, 16, 100(12), 1949-56. 52. Bromberg J.F., Wrzeszczynska M.H. et al.: Stat3 as an oncogene. Cell, (1999) 98, 295-303. 53. Vila-Coro A.J., Rodriguez-Frade J.M. et al.: The chemokine SDF-1alpha triggers CXCR4 receptor dimerization and activates the JAK/STAT pathway. Faseb J., (1999), 13, 1699-1710. 54. Soriano S.F., Serrano A., et al.: Chemokines integrate JAK/STAT and G-protein pathways during chemotaxis an calcium flux responses. Eur. J. Immunol., (2003), 33, 1328-1333.

Znaczenie chemokiny CXCL12 i jej receptora CXCR4 w raku płuc 115 55. Hartmann T., Burger J. et al.: CXCR4 chemokine receptor and integrin signaling co-operate in mediating adhesion and chemoresistance in small cell lung cancer (SCLC) cells. Oncogene, 2005, 24, 4462-71. 56. Burger M., Glodek A. et al.: Functional expression of CXCR4 (CD184) on small-cell lung cancer cells mediates migration, integrin activation and adhesion to stromal cells. Oncogene, 2003, 22, 8093-101. 57. Sethi T., Rintoul R. et al.: Extracellular matrix proteins protect small cell lung cancer cells against apoptosis: a mechanism for small cell lung cancer growth and drug resistance in vivo. Nat. Med., 1999, 5, 662-8. 58. Gerlach L.: Molecular interaction of cyclam and bicyclam non-peptide antagonists with the CXCR4 chemokine receptor. J. Biol. Chem., 2001, 276, 14153-60. 59. Murakami T., Yamamoto N.: Role of CXCR4 in HIV Infection and Its Potential as a Therapeutic Target: Coreceptor-targeted Anti-HIV Therapy. Future Microbiol., 2010, 5(7), 1025-39. 60. De Clercq E., Yamamoto N. et al.: Highly potent and selective inhibition of human immunodeficiency virus by the bicycam derivative JM3100. Antimicrob. Agents Cemother., 1994; 38, 668-74. 61. Richert M.M., Vaidya K.S. et al.: Inhibition of CXCR4 by CTCE 9908 inhibits breast cancer metastasis to lung and bone. Oncol. Rep., 2009, 21, 761-7. 62. Porvasnik S., Sakamoto N., et al.: Effects of CXCR4 antagonist CTCE-9908 on prostate tumor growth. Prostate, 2009, 69, 1460-9. 63. Zeng Z., Shi Y.X. et al.: Targeting the leukemia microenvironment by CXCR4 inhibition overcomes resistance to kinase inhibitors and chemotherapy in AML. Blood, 2009, 113, 6215-24. Adres do korespondencji: Aleksander Strugała Katedra i Zakład Biochemii i Biologii Molekularnej ul. Święcickiego 6 60-781 Poznań