فصلنامه

نوع مقاله : علمی - پژوهشی

نویسندگان

1 استادیار ژنتیک مولکولی، دانشگاه شهیدمدنی آذربایجان، دانشکده علوم پایه، گروه زیست شناسی سلولی و مولکولی

2 کارشناسی ارشد ژنتیک، دانشگاه تبریز، دانشکده علوم طبیعی، گروه زیست شناسی جانوری

چکیده

مقدمه: سرطان به­عنوان یکی از رایج­ترین بیماری­های ژنتیکی و مهم­ترین عامل مرگ و میر افراد در سراسر جهان به شمار می­رود. سلول­های سرطانی جهت گسترش و حفظ بقای خود دچار تغییرات ژنتیکی و فنوتیپی مختلفی می­شوند که در مراحل ابتدایی منجر به پیشرفت تومور و در مراحل پیشرفته منجر به فرآهم آمدن ریز­محیط پیش­متاستازی مناسب می­گردد. در چنین محیطی وقایع کنترل نشده نظیر تکثیر سلول­ها و مهار آپوپتوز، حرکت از طریق ماتریکس خارج سلولی و عبور از موانع ورود به جریان خون رخ می­دهند. تغییرات خارج سلولی در این ریز­محیط با القای تغییرات درونی سلول­های آغازین سرطان به پایداری و تقویت آن­ها کمک نموده و ارتباطات پیچیده بین عوامل خارجی و داخلی باعث برقراری شبکه­های تنظیمی پیچیده بین انواع فاکتورهای پیش­برنده­ی سرطان­زایی می­شود. شناسایی این تغییرات در درک مکانیسم­های پیشرفت بیماری، پیش آگهی و کنترل سرطان نقش اساسی ایفا می­کند. متن: جهش­های ژنی مختلف و تغییرات بیان ژن­ها باعث شروع متاستاز از طریق تغییر شکل از حالت اپی­تلیالی به مزانشیمی(EMT) سلول­های سرطانی می­گردد که دراین­میان، نقش تغییرات ساختاری کروماتین، مسیرهای مختلف پیام­رسانی داخل سلول، تنظیم چرخه­ی سلولی، میکروRNAها و ناپایداری ژنومی تا حدی شناسایی شده است. تغییرات بیانی ژن­های موثر در این مسیرها پیچیدگی­های تنظیمی بالقوه­ای را سبب می­شوند که کنترل پیشرفت بیماری و پاسخ به درمان آن را با مشکل مواجه می­سازد.  سلول­های سرطانی نیازمندی­های خود را از طریق بی­اثر کردن موانع طبیعی، تغییر در کنترل فرآیندهای بازدارنده­ی پیشرفت سرطان، برقراری مکانیسم­های نوظهور درون­زاد و ایجاد مارکرهای مولکولی و ساختاری تخصص­یافته فرآهم می­کنند که مجموعه­های مختلفی از این رویدادها در انواع مختلف سرطان­ها شناسایی شده­اند. ارتباط متقابل میان EMT و سلول­های بنیادی سرطانی (CSCs) نیز وجود دارد که حضور هر یک از آن­ها رخداد دیگری را تقویت می­نماید. افزایش بیان فاکتورهای رونویسی اصلی مانند snail، slug، Foxc2، Twist و ZEB1/2، به­کارگیری مکانیسم­های حفاظت طول تلومرها، تولید بیومارکرهای CD133، CD44 و BMI1، جهش­های ژن­ کد کننده­ی P53، عدم کسب فنوتیپ پیری، جهش در باقی­مانده­ی S115 از ژن SIM2S، افزایش ناپایداری ژنومی، افزایش فعالیت مسیرهای پیام­رسانی نظیر NF-κB، TGF-β، Wnt، Notch و Hh، فرآیند گرد شدن میتوزی، تسهیل تقسیم سلول­های توموری، تغییرات اپی­ژنتیکی مثل استیلاسیون و متیلاسیون هیستون­ها، و تغییرات بیانی میکرو RNAها مثال­هایی از روش­های به­کار رفته توسط سلول­های سرطانی هستند.  نتیجه­گیری: تغییر از حالت اپی­تلیال به مزانشیمال نقش کلیدی در پیشرفت سرطان، گذر سلول­ها از موانع بیولوژیکی و سدهای بدن و متاستاز ایفا می­کنند که معمولا با پیش­آگهی وخیم در بیماران سرطانی همراه است. تغییرات مولکولی و سلولی در مسیرهای اصلی تکوین سلول­ها از عوامل پیش­برنده­ی EMT به شمار می­روند که در اثر بیان متمایز ژن­ها در EMT نسبت به شرایط نرمال سلول­ها ایجاد می­گردند. پیشرفت در شناسایی این تغییرات و نقش هر یک از آنها در پیشرفت سرطان می­تواند تاثیر قابل توجهی در تشخیص زودهنگام، درمان و مدیریت سرطان داشته باشد.  هدف: در این مقاله­ی مروری، عوامل مولکولی و سلولی مختلف درگیر در مسیرهای پیام­رسانی، تغییرات ساختاری کروماتین و تلومرها، تغییرات بیانی RNAهای غیر کدکننده­ی کوچک مثل miRNAها، تغییرات چرخه­ی سلولی و ناپایداری ژنومی که منجر به تنظیم پیشرفت EMT و سرطان می­شوند، مورد بررسی قرار گرفته است.

تازه های تحقیق

-

کلیدواژه‌ها

dor -

عنوان مقاله [English]

Structural, cellular and molecular mechanisms involved in the Epithelial-to-Mesenchymal Transition in Cancer

نویسندگان [English]

  • S Moniri Javadhesari 1
  • Vaezi Heris H 2

1 aAssistant Professor, Department of Cellular and Molecular Biology, Faculty of Basic Sciences, Azarbaijan Shahid Madani University, Tabriz, Iran.

2 Master of Genetics, Department of Biology, School of Natural Science, Tabriz University, Tabriz, Iran

چکیده [English]

Intoduction: Cancer as one of the most common genetic diseases is the leading cause of death worldwide. Cancer cells undergo various genetic and phenotypic changes to spread and survive. In the early stages, these changes lead to the development of tumor, while at the advanced stages they can provide a suitable pre-metastatic microenvironment in which various uncontrolled events occur including cell proliferation, traversing through the extracellular matrix, and crossing barriers to enter the bloodstream. Extracellular changes in this microenvironment can induce intracellular changes in primary cancer cells that assist in the sustainability and propagation of these cells. Complicated interactions between the external and internal factors result in the establishment of various regulatory networks between different types of carcinogenesis promoting factors. Identification of these modifications plays a critical role in understanding the mechanisms of disease progression, prognosis and management. Text: Various mutations and differential gene expression trigger metastasis of cancer cells by epithelial to mesenchymal transition (EMT) mechanism, among which the role of chromatin structural changes, intracellular signal transduction pathways, regulation of cell cycle and microRNAs, and genomic instability has been reported. The alterations in gene expression patterns of mentioned pathways lead to potential regulatory complications that faced the management of disease progression and response to therapies with problems. Cancer cells provide their requirements by neutralizing biological barriers, modifying the regulation of inhibiting processes of cancer progression, establishing de novo endogenous mechanisms and providing specialized molecular and structural markers, and various combinations of these methods have been demonstrated in different types of cancer. Furthermore, EMT and cancer stem cells (CSCs) have a mutual relationship in which the presence of one assists the occurrence of the other. Altogether,  cancer cells take the advantage of  multiple approaches including  upregulation of main transcription factors such as snail, slug, Foxc2, Twist and ZEB1/2, benefiting the mechanisms of telomere length protection, production of CD133,CD44 and BMI1 biomarkers, mutation in P53 coding gene, Failure in acquiring aging phenotype, mutation in amino acid residue S115 of SIM2S gene and increased genomic instability, enhanced activity of signaling pathways such as NF-κB, TGF-β, Wnt, Notch and Hh, mitotic rounding process, facilitated cell division, epigenetic changes such as acetylation and methylation of histones and dysregulation of miRNAs. Conclusion: EMT plays a crucial role in cancer progression, crossing the cells through the biological and body barriers, and metastasis that are usually associated with poor prognosis of cancer patients. Molecular and cellular changes in the main pathways of cells, development are considered as the promoting factors of EMT and resulted from the differential expression of genes in EMT compared to the normal phenotype of cells. Advancement in the exploration of these changes and their role in the progression of cancer can remarkably affect the early diagnosis, treatment and management of disease. Aim: In this review, various molecular and cellular mechanisms involved in EMT progression and cancer have been investigated, including signal transduction pathways, structural changes of chromatin and telomeres, up/down-regulation of small non-coding RNAs such as miRNAs, cell cycle regulation and genomic instability.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Epithelial-Mesenchymal Transition
  • Carcinogenesis
  • Gene Expression Regulation
  • Tumor Microenvironment
  • مقدمه

   سرطان به­عنوان دومین عامل مرگ در سراسر جهان در نظر گرفته می­شود (1). ایجاد سرطان شامل مجموعه­ای از وقایع است که اغلب با سلول­هایی شروع می­شود که به­دلیل تجمع جهش­های منجر به تکثیر خارج از کنترل، کنترل رشد آن­ها، از دست رفته است. این جهش­ها شامل تغییرات ژن­هایی نظیر انکوژن­ها و ژن­های سرکوب­کننده­ی تومور است که در مکانیسمهای سلولی و مولکولی مختلف درگیر در فرآیندهای تکثیر، حرکت و مهاجرت سلولی نقش دارند. متاستاز یکی از عوامل اصلی شروع و پیشرفت سرطان محسوب می­شود و مسئول بیش از 09 درصد  مرگ­های مرتبط با سرطان می­باشد (2و 3).  

معمولا تغییر بیان ژن­های مرتبط با فرایندهای اساسی سلول نظیر کنترل چرخه­ی سلولی، ترمیم اشتباهات DNA، تمایز و آپوپتوز در بافت­های سرطانی در مقایسه با بافت­های نرمال بیماران رخ می­دهد و گزارشات متعددی از نقش بیان متمایز این ژن­ها در ایجاد، گسترش، متاستاز و پیش­آگهی سرطان­ها وجود دارد. داده­ها نشان می­دهند که هر چه الگوی بیان ژن­ها از وضعیت تکوین طبیعی سلول­ها تبعیت نماید و تغییرات بیان ژ­ن­ها اندک باشد، پیش آگهی بیماری مطلوب­تر بوده و احتمال متاستاز کمتر خواهد بود. در مقابل، با تغییر قابل توجه در الگوی بیان ژن­ها نسبت به حالت نرمال، پیش­آگهی وخیم­تر بوده و احتمال متاستاز افزایش خواهد یافت (4-6). سلول­های سرطانی مکانیسم­های داخلی و خارجی جهت ایجاد و برقراری یک ریزمحیط پیش­متاستازی مناسب برای خود دارند. تغییر شکل سلول­ها از حالت اپی­تلیالی به مزانشیمی (EMT) یکی از مکانیسم­های داخلی مورد نیاز برای برقراری ریزمحیط پیش­متاستازی است و علاوه­ بر نقش در متاستاز، در تکوین طبیعی جنین و فیبروز بافتی نقش ضروری ایفا می­کند (3و 7). سلول­های اپی­تلیالی طی EMT مجموعه­ای از تغییرات فنوتیپی را نشان می­دهند که شامل از دست دادن قطبیت سلولی و ارتباط با غشای پایه­ای، به­دست آوردن پروتئین­های مزانشیمی، کسب توانایی مهاجرت بالا، توانایی تخریب ماتریکس خارج سلولی و فعالیت ضد آپوپتوزی می­باشد (8) (شکل1).

 

 

شکل 1: نمای شماتیک EMT. سلول­های اپی­تلیالی ارتباط خود را با غشای پایه­ای از دست داده و با تخریب ماتریکس خارج سلولی از هم جدا  و قادر به مهاجرت شده­­اند. همچنین پروتئین­های جدیدی نظیر پروتئین­های مزانشیمی یا ضدآپوپتوزی را بیان می­کنند.

فاکتورهای رونویسی القا­کننده­ی EMT شامل Snail1، Slug، ZEB1/2، Twist، Foxc2، TCF4 و E47 در این فرآیندها دخیل هستند. بیان چنین فاکتورهایی می­تواند از طریق پیام­رسان­های خارج سلولی مثل ECM و فاکتورهای رشد قابل حل مثل TGF-β، پروتئین­های Wnt و Notch یا از طریق عوامل درون سلولی مثل Ras یا پیام­رسانی NF-κB راه­اندازی شود 8و9). فاکتورهای رونویسی درگیر در EMT منجر به خاموش­سازی ژن­های اپی­تلیالی نظیر ژن­های درگیر در اتصالات سلولی مثل E-کادهرین، دسموزوم­ها و اکلودین­ها و نیز باعث بیان ژن­ها و مارکرهای مشابه با CSCs می­شود که نشان می­دهد فعالیت EMT در ایجاد CSCs درگیر هست (3). CSCs زیر مجموعه­ای از سلول­های سرطانی می­باشند که ویژگی­های مشابه با   سلول­های بنیادی طبیعی را مثل خود تجدیدی و تمایزناهمگن به اشتراک می­گذارند و به­دلیل همین تشابهات، مارکرهای سطحی مرتبط با سلول­های بنیادی طبیعی مثل CD133 ، CD44 و CD90 را بیان می­کنند (2). این سلول­ها نقش کلیدی را در شروع و گسترش سرطان بازی می­کنند. وقوع فرآیند EMT ارتباط بالایی با CSCs و گسترش سرطان دارد. عوامل مختلفی نظیر فاکتورهای موجود در ریزمحیط تومور مثل فیبروبلاست­های مرتبط با سرطان (CAFs) و ماکروفاژهای مرتبط با تومور (TAMs)، پیری سلولی و هیپوکسی باعث القای EMT در CSCs می­شود (2و 8). به­طور خلاصه EMT توان متاستازی را افزایش داده و در فراگیر شدن فنوتیپ­های CSC شرکت می­نماید. در این مقاله­ی مروری تغییرات مولکولی در سطح مسیرهای پیام­رسانی، miRNAها، چرخه­ی سلولی و ناپایداری ژنومی و نیز تغییرات ساختاری سلولی مثل تغییرات در نواحی تلومری و کروماتین  در ارتباط با EMT مورد بررسی قرار می­گیرد. ما در این مقاله­ی مروری، به بیان چگونگی اثر فاکتورهای مولکولی مختلف و تغییرات سلولی ویژه در پیشبرد EMT خواهیم پرداخت.

  • مواد و روش‌ها

   ما در این مطالعه با بهره­گیری از مطالب علمی بیان شده در مقالات معتبر سال­های اخیر به بیان مکانیسم­های مختلف درگیر در پیشرفت فرآیند EMT و درنتیجه سرطان پرداخته­ایم. تنظیم سلولی و مولکولی فرآیند EMT براساس یافته­های علمی در زمینه­ی سرطان­های مختلف بیان شده است. لذا، با هدف قرار دادن مطالب مرتبط با عوامل مختلف درگیر در انواع سرطان­ها، به وجود ویژگی­های ژنتیکی و پیچیده­ی سلول­های سرطانی و تنظیم عملکرد آن­ها پرداخته­ایم. به­کارگیری چنین روشی در بررسی اطلاعات مرتبط با فرآیند EMT می­تواند در پی بردن به نیازمندی­های علمی بیشتر در زمینه­ی پیشرفت سرطان کمک شایانی کند.

  • نتایج
  • مسیرهای پیام­رسانی

EMT    به­عنوان یک مکانیسم درونی جهت فرآهم کردن ریز­محیط پیش­­متاستازی باعث توسعه­ی ویژگی­های سلول بنیادی در سلول­های توموری می­شود. ارتباط بین سلول­های توموری دارای ویژگی سلول بنیادی یا CSCs و فرآیند EMT توسط بیومارکرهای EMT طی مسیرهای پیام­رسانی مختلف شامل Wnt، TGF-β، NF-κB، Notch و Hh تنظیم می­شود. مسیرهای پیام­رسانی یکی از موارد تغییرات مولکولی طی فرآیند EMT هستند که می­توانند تحت تأثیر عوامل مختلف فعال شوند و بد تنظیمی آنها به توسعه­ی CSCs منجر می­شود. این مسیرها نقش خود را در فرآیندهای مختلفی همچون شروع تومور (8)، رشد سلولی (8 و10-12)، تمایز (8و10)، حرکت و تهاجم (8 و10-12)، توانایی خود تجدیدی (10) و فعالیت­های ضد آپوپتوزی (11) ایفا می­کنند. وجود فاکتورهای عملکردی و تنظیمی مختلف در مسیرهای پیام­رسانی طی پیشرفت تومورها نقش احتمالی ارتباطات بین مسیرهای پیام­رسانی مختلف را بیان می­کند که می­توانند باعث ایجاد شبکه­های تنظیمی پیچیده­ای طی پیشرفت تومور شوند. نمونه­ای از ارتباطات بین مسیرهای پیام­رسانی، میانکنش بین دو مسیر پیام ­رسانی Hh و Wnt/β-Catenin می­باشد که اثر متقابل آن­ها می­تواند باعث تنظیم هر دوی مسیرهای EMT و CSC از طریق افزایش فاکتورهای رونویسی اصلی مثل Snail، Slug، ZEB1/2، Twist و Foxc2 و مارکرهای سلول بنیادی مثل BMI1، CD44 و CD133 شود (10). Snailها یکی از مهم­ترین فاکتورهای رونویسی درگیر در فرآیند EMT هستند که تعداد زیادی از جنبه­های مورفولوژیکی و مولکولی آن را در بر می­گیرند. خانواده­ی Snails از سه پروتئین مختلف Snail1، Snail2 و Snail3 تشکیل شده است. بیشتر مطالعات در ارتباط با EMT بر روی نقش Snail1 و Slug صورت گرفته است. این پروتئین­ها از طریق فسفریله شدن و یوبی­کوئیتینه شدن پایدار شده و از طریق فاکتورهای مختلف طی مسیرهای پیام­رسانی و RNAهای غیر کد کننده­ی کوچک مثل miRNAs تنظیم   می­شوند. در برخی مطالعات ارتباطات عملکردی و پیشبرنده­ی EMT بین Snail1 و Slug دیده شده است (13). این فاکتورها از طریق تنظیم بیان ژن­های MMP، N-کادهرین، ویمنتین، فیبرونکتین، E-کادهرین، ESRP و ... فرآیند­های مختلف درگیر در EMT را به­راه می­اندازند (14-16). القای حالت بنیادی، تنظیم حفظ طول تلومرها، فعالیت­های ضد آپوپتوزی، تنظیم فرآیندهای اپی­ژنتیکی مثل متیلاسیون هیستونی، افزایش تکثیر سلولی و تهاجم از جمله فعالیت­های بالقوه­ی Snailها می­باشند (13). مطالعات مختلف روی انواع سرطان­ها، مسیرهای پیام­رسانی متنوع و فاکتورهای مولکولی متعدد درگیر در این مسیرها را در وقوع EMT آشکار کرده­اند (جدول1).

  • تلومر و کروماتین:

   کروموزوم­ها به­عنوان حاملین اطلاعات ژنتیکی سلول دارای انتهاهایی با ساختارهای تخصص­یافته بهنام تلومر هستند. تلومرها کمپلکس­های نوکلئوپروتئینی متشکل از توالی­های تکراری TTAGGG پشت سرهم و کمپلکس محافظ تلومر شامل TRF1، TRF2، POT1، TIN2،TPP1 و RAP1 هستند و به­عنوان یکی از مراحل ضروری در پیشرفت سرطان نقش ایفا می­کنند (32و33). نقش مهم پروتئین­های کمپلکس محافظ در تلومرها، محافظت تلومرها از تخریب، نوترکیبی و نیز فعالیت پاسخ آسیب  DNA (DDR) می­باشد (33و34). سلول­های سرطانی زیرمجموعه­ای از سلول­ها بوده که نیازمندِ ماندن در چرخه­ی سلولی هستند. این سلول­ها با توانایی­ حفظ DNAی تلومری، کوتاه شدن تلومرها و آپوپتوزیس یا پیری  ناشی از آن را که در چرخه­های سلولی طبیعی رخ می­دهد، بی­اثر کرده و درنهایت به توانایی همانندسازی نامحدود منجر می­شوند (32و35). سلول­های سرطانی از طریق مکانیسم­های حفاظت تلومر (TMMs) به دو صورت وساطت شده با تلومراز و نیز مکانیسم طویل شدن متناوب طول تلومر (ALT)، قادر به حفظ طول تلومرها هستند (34و35). درصد بالایی از فعالیت مکانیسم    ALT در تومورهای با منشا مزانشیمی دیده شده است و احتمالا وجود تنظیم منفی بیان تلومراز در این بافت­ها، عامل اصلی پیش­برنده­ی سلول­ها به سمت فعال کردن مکانیسم ALT باشد. مطالعات آزمایشگاهی نشان   داده­اندکه EMT در طی پیشرفت تومور می­تواند در غلبه کردن بر فرآیند پیری سلولی به سلول­ها کمک کند 35و36). اما، به­طور کلی، فعالیت بالای تلومراز در اکثر موارد تومورهای انسانی مشاهده شده است (32). طبقه­بندی تومورهای دارای مکانیسم­های حفاظتی تلومرها به دو صورت TEL+  و ALT+ نادرست است؛ چراکه وجود هر دو مکانیسم در برخی از سرطان­ها، توانایی تغییر یک مکانیسم به مکانیسم دیگر و نبود هیچ­کدام از مکانیسم­های حفظ طول تلومر در بعضی از تومورها مشاهده شده  است (35). امروزه مطالعاتی که ویژگی­های مولکولی تغییر از تلومراز به ALT را تعیین کنند، نادر هستند، با این­حال به برخی از نقایص مولکولی مرتبط با تعویض مکانیسم تلومراز به ALT اشاره خواهیم کرد (35و37). از جمله­ مارکرهای شناخته شده­ی ALT می­توان به طول ناهمگن تلومر، سطح بالای تبادلات کروماتیدهای خواهری تلومری (T-SCEs)، تکرارهای DNA تلومری مازاد بر طول کروموزوم و یک ساختار هسته­ای تلومری تخصص­یافته که تحت­عنوان اجسام PML مرتبط با ALT یا APBs مطرح شده­اند، اشاره کرد (33و35).

 

 

جدول1: مسیرهای پیام­رسانی مختلف و تأثیر آن­ها بر پیشرفت EMT

رفرنس

مسیر پیام­رسانی

تاثیرفاکتورها بر EMT

فاکتورهای هدف

فاکتور موثر

نوع سرطان

17-19

Wnt

 

 

 

تنظیم منفی EMT

ویمنتین، فیبرونکتین، Snail، MMP-7 ،

N-کادهرین

E-کادهرین،   β1-اینتگرین

FZDs↓

-

20-22

Wnt

تنظیم منفی EMT

β-کاتنین، c-Myc ،

CyclinD1

↓IQGAP1

پانکراس

22

Wnt

تنظیم مثبت EMT

E-کادهرین

↑ IQGAP1، Rac1، Cdc42

پانکراس

14و23و24

Wnt

تنظیم مثبت EMT

CD44، L1CAM

E-کادهرین:

LGR5، SMOC2، IGFBP2

↑NUSAP1، RanBP2 لیگاز E3

پروستات

8

TGF-β

تنظیم مثبت EMT

E-کادهرین، اکلودین، سیتوکراتین

ویمنتین، فیبرونکتین،

N-کادهرین، Snail، Slug، ZEB، Twist، MMP-13، NF-κB

↑TGF-β

-

15

TGF-β

تنظیم مثبت EMT

فعال­سازی مسیرهای:

Cdc42/Rac/RhoA

PI3K/AKT/mTOR

MAPK

E-کادهرین

N-کادهرین، MMPs، Snail1، Snail2

↑TGF-β

-

25

TGF-β

تنظیم مثبت EMT

PTEN:

PI3K/AKT، Slug، EPCAM

EPCAM↑

NPC

نازوفارنکس

16و26

TGF-β

تنظیم مثبت EMT

ESRP1

CD44s، PI3K/AKT/mTOR Snail، MMPs

↑TGF-β، CD44

-

27

NF-κB

تنظیم مثبت EMT

E-کادهرین

ویمنتین، Slug، MMPs، CXCR4

↑TNF-β

کلورکتال

28

NF-κB

تنظیم مثبت EMT

E-کادهرین

ویمنتین، Slug، فیبرونکتین

SDF1

پستان

8و15

29-31

Hh

تنظیم مثبت EMT

E-کادهرین

BMP، Snail1،  β-کاتنین

Hh، GLI

-

 

ساختار هسته­ای APBs از بخش­های تلومری DNA، پروتئین­های کمپلکس محافظ تلومر، فاکتورهای ترمیم DNA و پروتئین­های کروماتین تشکیل شده است (34-36). مطالعات زیادی روی انواع سرطان­ها حاکی از نقش وقایع سلولی-مولکولی و کروماتینی مختلف در فعالیت ALT طی پایداری سلولی و گسترش سرطان هستند. یکی از فاکتورهای درگیر در مکانیسم ALT، کمپلکس ATRX/DAXX هست که به­عنوان مهارکننده­ی کلیدی این مسیر شناخته شده است (35و38). زمانی ­که ATRX عملکرد خود را از دست میدهد، تغییراتی مثل افزایش رونویسی جزء RNA تلومراز یا TERRA، تشکیل و پایداری ساختارهای چهارگانه در تلومر، ممانعت از پیشرفت چنگال همانندسازی، افزایش احتمالی چنگال­های همانندسازی متوقف شده، شکست­های دو رشته­ای القا شده با متلاشی شدن چنگال همانندسازی و نوترکیبی در نواحی تلومری اتفاق می­افتد (33و35).  دومین فاکتور مهم درگیر در مکانیسم ALT، نقص فاکتورهای ASF1a و ASF1b است که منجر به ناپایداری نوکلئوزوم­ها در تلومر، تغییر مدل­سازی کروماتین و القای فرآیند ALT می­گردد. از آنجائی­که مکانیسم ALT جهت حفظ طول تلومرها طی گسترش سرطان بر اساس سنتز DNA تلومری وابسته به نوترکیبی هومولوگ اتفاق می­افتد، تغییرات چندین فاکتور کروماتینی می­تواند در ایجاد یک کروماتین بیشتر باز شده­ و در دسترس برای پروتئین­های HR در تلومرها نقش داشته باشد (33-35). مسیر نوترکیبی هومولوگ با ترمیم انتهاهای کروموزومی از نوع شکست­های دو رشته­ای DNA، زمینه­ی فراخوانی کمپلکس تبادلگر کروماتیدهای خواهری تحت­عنوان MRN را به نواحی تلومری فراهم می­کند (34). از این­رو سلول­های اجرا کننده­ی ALT در پاسخ به آسیب DNA، توانایی فرار از فرآیندهای آپوپتوزیس و پیری سلولی را کسب می­کنند. از طرفی، اغلب سلول­های دارای مکانیسم ALT جهش­هایی را در ژن کدکننده­ی P53 حمل می­کنند. نبود P53 عملکردی از کسب فنوتیپ پیری سلولی جلوگیری کرده و با ایجاد فعالیت ALT، به تکثیر سلولی و در نتیجه افزایش فشار همانندسازی منجر خواهد شد. به­طورکلی، جهش­های P53 به­عنوان پایه و اساس میزان بالای ناپایداری ژنومی در سلولهای دارای فعالیت ALT در نظر گرفته می­شود (34و 36). فاکتور مهم دیگر در حفظ طول تلومر کارکرد تلومراز می­باشد. تلومراز یک هترودایمر ریبونوکلئوپروتئینی متشکل از یک الگوی RNAی غیر رمزگذار (جزء RNAئی تلومراز یا TERC) برای سنتز توالی­های DNA تلومری جدید و یک زیرواحد آنزیمی تحت­عنوان ترانس کریپتاز معکوس تلومراز (TERT) می­باشد. آنزیم تلومراز با الگو قرار دادن جزء RNAئی،  تکرارهای تلومری را به انتهای 3ʹ کروموزوم اضافه کرده  و طول تلومرها را از کوتاه شدن حفاظت می­کند (35و39) (شکل2).

 

شکل 2: عملکرد تلومراز. مکمل شدن بازهای انتهای5ʹ TERC و انتهای 3ʹ تلومری باعث تشکیل رشته­ی غنی از سیتوزین (C) در DNA شده و از کوتاه شدن تلومرها جلوگیری می­کند.

به­طور طبیعی، سرکوب بیان زیرواحد TERT در سلول­های سوماتیکی بالغ به محدود شدن فعالیت تلومرازی و محدودیت عمر این سلول­ها منجر می­شود. اما، بیان بالای TERT و فعالیت تلومرازی افزایش یافته در 85 تا90 درصد همه­ی سرطان­ها به­دلیل جهش­هایی در پروموتور TERT مشاهده شده است که باعث مهار پاسخ آسیب DNA تلومری و تکثیر سلول­ها و پایدار ماندن آن­ها می­گردد. بیان بالای TERT و فعالیت تلومرازی افزایش یافته در سلول­های بنیادی جنینی و چند توان نیز به خصوصیات فناناپذیری سلول­های مذکور اشاره دارد (32و39). نقش جهش­های C288T و C250T به­عنوان جهش­های پروموتری رایج TERT، همچنین مکانیسم­های متنوع القای بیان TERT نظیر شبکه­های تنظیمی بسیار پیچیده شامل مهارکننده­های رونویسی( E2F1، MAD1، SP3 و ...) و فعال کننده­های رونویسی(c-Myc، β-Catenin، NF-κB، STAT و ...) و نیز مکانیسمهای اپی­ژنتیکی مختلف، از جمله­ی عوامل پیش­برنده­ی تومور مطرح شده­اند (32). TERT علاوه­بر نقش اصلی در حفظ طول تلومرها، به­طور فعال در تعداد زیادی از فرآیندهای سلولی مثل انتقال پیام، تکثیر سلولی، آپوپتوزیس و مهاجرت سلولی نیز نقش دارد. سلول­های بنیادی بالغ طبیعی، طویل­ترین تلومرها را در بافت­ها دارند که از طریق بیان بالای TERT و فعالیت آنزیمی تلومراز حاصل می­شود. در مقابل، سلول­های بنیادی سرطانی با وجود بیان بالای TERT، دارای تلومرهای کوتاهی هستند که نشان می­دهد سلول­های بنیادی سرطانی از میزان بالای TERT تنها جهت حفظ یا طویل­سازی تلومر استفاده نمی­کنند. بررسی­ها نشان دادند که بیان  TERTدر CSCs با فنوتیپ مزانشیمی مرتبط بوده و از دست دادن بیان TERT منجر به از دست دادن فنوتیپ مزانشیمی و کسب حالت اپی­تلیالی خواهد شد.  در واقع، این یافته­ها بر نقش TERT در القای فرآیند EMT در CSCs  دلالت دارد (40). اگرچه تنظیم بیان TERT در طی فرآیند EMT هنوز به­میزان زیادی ناشناخته است، اما، تعدادی از مطالعات به­وجود ارتباطات بین تنظیم رونویسی TERT و فاکتورهای رونویسی درگیر در EMT اشاره می­کنند (شکل3).

 

 

 

 

 

 

 

شکل3: تنظیم بیان TERT طی فرآیند EMT در ارتباط با فاکتورهای رونویسی درگیر در EMT. (1) TERT با اتصال به β-Cat و میانکنش با کمپلکس مدل­سازی مجدد SMARCA4 باعث بیان ژن­های هدف مسیر پیام­رسانی Wnt شامل MMP-7، VEGF و c-Myc می­شود (32و34). (2) c-Myc با اتصال به پروموتر ژن TERT باعث بیان آن می­شود (32و34). (3) TERT با اتصال به زیرواحد P65 از NF-κB مانع از راه­یابی آن به درون هسته شده و بیان ژن­های هدف آن شامل ویمنتین، Snail1 و HMGA2 را خاموش می­کند. (4) TERT در میانکنش با P65 درون هسته، بر روی پروموتر ژن­های تسهیل­کننده­ی متاستاز شامل MMPs اثر فعال­کنندگی دارد (32).

 

تغییرات مولکولی و ساختاری کروماتین طی فرآیند EMT

   مطالعات پیشنهاد می­کنند که ریز­محیط تومور (TME) از طریق فعال کردن فاکتورهای رونویسی مرتبط با EMT مثل Snail، Slug، ZEB1 و Twist باعث پیام­رسانی القای فرآیند EMT می­شود. از دست دادن اتصالات سلول_سلول از طریق غیرفعال­سازی E-کادهرین، به­عنوان یک پروتئین نقطه­ی اتصالات محکم، یکی از اصلی­ترین مشخصه­های فرآیند EMT بهحساب می­آید. بعلاوه، فاکتورهای رونویسی مرتبط با EMT که توسط اختلالاتی در ریز­محیط تومور القا شده­اند، جهت غیرفعال­سازی E-کادهرین و دیگر فاکتورهای درگیر در فنوتیپ اپی­تلیالی سلول­ها از طریق خاموش­سازی اپی­ژنتیکی فعالیت می­کنند. در حال حاضر، تغییرات اپی­ژنتیکی که در تعیین سرنوشت سلولی اثر می­گذارند، نظیر قابلیت قرار گرفتن تحت برنامههای EMT، به­طور کامل درک نشده­اند (41). تغییرات اپی­ژنتیکی شامل بازآرایی مجدد کروماتین، تغییرات N-ترمینال هیستونی و گوناگونی­های هیستونی، رونویسی ژن­ها را تحت تأثیر قرار داده و در تنظیم ساختار پویای کروماتین نقش دارند. در سلول­های یوکاریوتی، پیچش مولکول DNA در اطراف اکتامرهای هیستونی نوکلئوزوم­ها را ایجاد می­کند. نوکلئوزوم­ها بستهبندی شده و با تشکیل ساختارهای منظم­تر دسترسی به DNA را کاهش داده و از رونویسی ممانعت می­کنند (42). همچنین بازآرایی کروماتین می­تواند باعث تحریک CSCs به اجرای فرآیند EMT شود (41). در مرکز نوکلئوزوم، دمین­های کروی پروتئین­های هیستونی در میانکنش با یک­دیگر و فاصله­ی خیلی نزدیک با مولکول DNA متصل می­شوند، درحالی­که دمین N-ترمینال آن­ها می­تواند تحت انواع مختلف تغییرات پس از ترجمه نظیر استیلاسیون، متیلاسیون، فسفریلاسیون،    یوبی­کوئیتیناسیون و... قرار گرفته که هر کدام از آن­ها  نتایج بیولوژیکی ویژه­ای را در پی دارد. براساس انواع سلول­های سرطانی، گوناگونی بازآرایی مجدد کروماتین، انواع فاکتورهای رونویسی فراخوانی کننده و انواع فاکتورهای میانکنش­دهنده با مدل­های کروماتینی بازآرایی­یافته، تغییرات هیستونی به صورت­های متفاوت در تنظیم پویایی کروماتین نقش ایفا می­کنند. در برخی موارد، این تغییرات مستقیما در تنظیم کروماتین شرکت کرده و در بیشتر موارد، توسط پروتئین­های دارای دمین­های شناسایی کننده­ی متمایز نظیر کرومودمین(CD)، MBT، تکرار WD40، انگشت PHD، PWWP، Tudor و تکرارهای انکرینی شناسایی می­شوند (42). در حال­حاضر، چهار خانواده­ی اصلی فاکتورهای بازآرایی مجدد کروماتین شامل SWI/SNF، ISWI، CHD و INO80 تعیین ویژگی شده­اند که زیرواحد کاتالیتیکی ATPآزی آن­ها از طریق هیدرولیز ATP منجر به تغییر در اتصالات DNA-هیستون­ها و از بین بردن ساختار نوکلئوزوم­ها می­شود. از طرفی، زیرواحد غیر کاتالیتیکی این کمپلکس­ها در تنظیم متمایز فعالیت­های مکان­یابی نوکلئوزوم و برنامه­های بیان ژنی و تعیین سرنوشت سلولی نقش ایفا می­کنند. همچنین چندین پروتئین کمپلکس­های بازآرایی مجدد کروماتین که در هماهنگی با هم در تنظیم فعالیت رونویسی طی فرآیند EMT عمل   می­کنند، شناسایی و اختلالات در این کمپلکس­ها در پیشرفت بدخیمی­ها به­خوبی اثبات شده­است (43). تغییرات هیستونی به دو دسته­ی مهارکننده­های رونویسی و فعال­کننده­های رونویسی طبقه­بندی می­شوند (42).

تغییرات هیستونی فعال­کننده در EMT   

استیلاسیون هیستونی:

در اثر تغییرات هیستونی فعال کننده­، کروماتین به­حالت یوکروماتین که در آن ژنوم به­حالت باز­تر و قابل دسترس­تر برای ماشین­های رونویسی است، قرار می­گیرد. استیلاسیون هیستونی معمولا با اضافه شدن یک گروه استیل به باقی­مانده­های Lys در دم N-ترمینال هیستون­ها اتفاق می­افتد که با خنثی کردن بار مثبت هیستون­ها باعث تضعیف میانکنش­های DNA-هیستون و یا نوکلئوزوم-نوکلئوزوم و در نتیجه تقویت رونویسی می­گردد (42) (شکل4).

 

 

 

 

 

 

 

شکل 4:  ستیلاسیون هسیتونی. استیله شدن اسیدآمینه­های Lys بر روی هیستون­ها باعث کاهش فشردگی کروماتین و دسترسی فاکتورهای رونویسی به پروموتور ژن­های هدف و بیان آن­ها می­شود.

 

در سلول­های یوکاریوتی فرآیند استیلاسیون توسط چندین خانواده­ی هیستون استیل ترانسفراز (HATs) شامل PCAF، P300/CBP، TIP60 و hMOF کاتالیز می­شود. هر یک از این استیل ترانسفرازها با کاتالیز کردن استیلاسیون­های متفاوت بر روی پروموتر ژن­های هدف و نیز خود فاکتورهای رونویسی درگیر در فرآیند EMT، نتایج بیولوژیکی مختلفی  برجا می­گذارند (44و45). در مسیر EMT وابسته به Wnt، β-Catenin جای­گرفته در هسته با اتصال به فاکتور رونویسی TCF، P300/CBP را بر روی پروموترهای ژن­های هدف مسیر Wnt به­خدمت می­گیرد و درنهایت تجمع یک کمپلکس فعال رونویسی باعث       بیش­تنظیمی بیان ژن­های هدف پایین­دست Wnt خواهد شد (46). میانکنش P300 و PCAF با فاکتور رونویسی ZEB1 بر روی پروموتر miR200c/141، از طریق استیله کردن ZEB1 منجر به جدا شدن آن از پروموتر و القای بیان ژن کدکننده­ی miRNA خواهد شد (47). در چندین سلول سرطان پستان، پروتئین hMOF باعث استیلاسیون H4K16 در پروموتر چندین ژن سرکوبگر تومور مرتبط با فرآیند EMT شاملTWS1، E-کادهرین و ESR1 می­شود که منجر به حفظ بیان ژن­ها خواهد شد (42). 

متیلاسیون هیستونی:

   متیلاسیون هیستونی بر روی زنجیره­های جانبی باقی­مانده­های Lys و Arg اتفاق می­افتد. براساس جایگاه­های متیله­شدن هیستون­ها، وضعیت­های متیلاسیونی متمایز و نیز انواع سرطان­های مختلف،  در طی مسیرهای پیام­رسانی درگیر در EMT نقش و عملکردهای مختلفی برای متیلاسیون بروز پیدا می­کند (42). در مطالعه­ای بر روی سرطان پستان، متیل ترانسفراز هیستونی DOT1L  با کاتالیز تغییر هیستونی H3K79 بر روی پروموتر ژن­های Snail1 و ZEB1/2 منجر به تشکیل یک کمپلکس بین این تغییر هیستونی و فاکتورهای رونویسی c-Myc و P300 شده و با همراهی مارکرهای اپی­ژنتیکی دیگر، باعث فعال کردن بیان ژن­های Snail1 و ZEB1/2 و پیش بردن فرآیند EMT و متاستاز می­شود (48). مطالعه­ی دیگری نقش متیل ترانسفراز PRMT1 را در پیشبرد فرآیند EMT نشان می­دهد. این آنزیم با کاتالیز متیلاسیون H3R3me2 بر روی پروموتر ZEB1 باعث بیان شدن آن و پیشبرد متاستاز خواهد شد (49). همچنین در مطالعه­ای بر روی مدل­های EMT القا شده با فاکتور رشد TGF-β، افزایشی در میزان  متیلاسیون­های H3K4me3 و H3K36me3 شناسایی و نشان داد که این دو مارکر متیلاسیون فعال کننده نیز می­توانند نقش خود را در پیشبرد EMT ایفا کنند (45).

متیلاسیون هیستونی مهارکننده:

   متیلاسیون روی هیستون­های H3K9، H3K27، H4K20 و H4R3 اغلب با ژن­های مهار شده از لحاظ رونویسی مرتبط بوده­ است. هر یک از این تغییرات هیستونی توسط متیل ترانسفرازهای مختلفی کاتالیز می­شوند و این آنزیم­ها می­توانند از طریق فاکتورهای مختلف رونویسی درگیر در EMT به پروموتر ژن­های هدف فراخوانی شوند. با این­حال، مطالعاتی وجود دارند که نشان می­دهند برخی متیلاسیون­های هیستونی توسط آنزیم­های یکسان انجام می­گیرد (42). کاتالیز متیلاسیون H3K9 عمدتا توسط آنزیم­های G9a، GLP، SETDB1 و SUV39H1/2 انجام می­شود. فعالیت G9a در برخی سرطان­ها در متیلاسیون H3K9me2 به­منظور مهار پروموتر ژن E-کادهرین مشاهده شده است. در این سرطان­ها فراخوانی G9a به پروموتر ژن هدف توسط فاکتور رونویسی Snail1 انجام می­گیرد (50). در مطالعات دیگری، Snail1 با فراخوانی متیل ترانسفراز SUV39H1 به پروموتر ژن E-کادهرین باعث کاتالیز H3K9me3 شده است (51). همچنین، همکاری متیل ترانسفراز SETDB1 با فاکتورهای درگیر در مسیرهای پیام­رسانی مثل Smad2/3 به­منظور مهار EMT در متاستاز سلول­های سرطان ریه دیده شده است (45). در سلول­های سرطان پانکراس نیز متیل ترانسفراز PRC2 توسط Snail1 به پروموتر ژن E-کادهرین فراخوانی شده و تغییر  H3K27me3 را کاتالیز می­کند (42).

 

3) میکروRNAها (miRNAs ):

miRNA   ها دسته­ای از RNAهای غیر کد کننده­ی کوچک (ncRNAs) هستند که در فرآیندهایی مثل تغییرات پس از رونویسی mRNAها نقش دارند. اهمیت چندین کلاس از ncRNAها در تنظیم رونویسی و پیشبرد EMT مطرح شده است که در این میان،  miRNAها به­طور بهتری در رابطه با شکل­پذیری سلولی اپی­تلیال-مزانشیمال مطالعه شده و جنبه­های مختلف بیولوژی سرطان مثل شروع تومور و متاستاز را تنظیم می­کنند. با این­حال، جزئیات مولکولی مرتبط با آن­ها در تنظیمات اپیژنتیکی مورد نیاز برای EMT هنوز به­میزان زیادی ناشناخته است. miRNAها از طریق خردشدن پی­درپی رونوشت­های اولیه­ی طویل با مشارکت فاکتورهایی مثل Drosha و Dicer ایجاد و به تغییرات پس از رونویسی mRNAها از طریق تخریب، مهار ترجمه و یا ترکیبی از هر دو منجر می­شوند (42و52). بیشتر miRNAها از طریق تشکیل جفت باز بین توالی­های 2-8 نوکلئوتیدی قرار گرفته در انتهای 5ʹ خود و 3ʹ-UTR از mRNAهای هدف باعث تنظیم عملکرد آن­ها در سلول­ها می­شوند (53) (شکل5).

ارتباطات پیچیده­ی تنظیم­شده­ای بین miRNAها، فاکتورهای رونویسی درگیر در EMT، مسیرهای پیام­رسانی مختلف و پروتئین­های بازآرایی مجدد کروماتین در انواع مختلف سلول­های سرطانی وجود دارد. بیشتر miRNAهای درگیر در تنظیم EMT باعث مهار این مسیر شده و به­طور رایج در سلول­های توموری کاهش بیان نشان می­دهند. با این­حال، برخی miRNAها از طریق افزایش سطح فاکتورهای رونویسی درگیر در EMT مثل Snail1، ZEB1/2، Slug و Twist به پیشبرد این فرآیند کمک می­کنند. 

 

 

شکل 5: مکانیسم عملکرد miRNA. RNA پلی­مرازII با رونویسی از ژن­های miRNA، ساختارهای ثانویه­ی پیوسته به­هم تحت­عنوان Pri-miRNA تولید می­کند. اثر آنزیم Drosha بر این ساختارها منجر به تولید ساختارهای ثانویه­ی جدا از هم تحت­عنوان Pre-miRNA می­گردد. با ورود این ساختارها به درون سیتوپلاسم، آنزیم دیگری بنام Dicer بر آن­ها اثر کرده و باعث تولید miRNAهای دو رشته­ای کوچک بالغ می­شود.  کمپلکس خاموشگر القا شده با RNA با اتصال به تک­رشته­ای از miRNA، میانکنش انتهای 5ʹ‍ آن را با mRNA 3ʹ-UTR ی هدف تسهیل می­کند و به تنظیم پس از رونویسی آن منجر می­شود.

تنظیم و پیشبرد EMT از طریق miRNAها

اثر مهارکنندگی miRNAها بر فرآیند EMT :

   خانواده­ی miR-200 به­عنوان تنظیم­کننده­های ضروری تمایز و ویژگی­های اپی­تلیالی در محدوده­ی وسیعی از انواع سلول­ها و بافت­ها مطرح شده­اند (42). اعضای این خانواده­ی RNAئی شامل miR-200a، miR-200b، miR-200c، miR-429 و miR-141 می­باشد (52و 54). خانواده­ی miR-200 از طریق هدف­گیری مستقیم ناحیه­ی 3ʹ-UTR از mRNAهای ZEB1/2 باعث مهار فنوتیپ EMT می­شوند (54). وجود یک لوپ بازخورد منفی دوجانبه بین خانواده­ی miR-200 و ZEB1/2 می­تواند به­عنوان فاکتور مسئول حفظ ویژگی­های CSC در نظر گرفته شده و نشان­دهنده­ی نقش EMT در ایجاد و حفظ CSC باشد. در این لوپ بازخوردی، پروتئین­های ZEB1/2 می­توانند از طریق اتصال به پروموترهای اعضای خانواده­ی miR-200 باعث مهار بیان آن­ها شوند. این miRNAها نه­تنها از طریق هدف­گیری  ZEB1/2باعث حفظ فنوتیپ اپی­تلیالی می­شوند؛ بلکه قادرند از طریق مهار بیان فعال ژن­های مختلف درگیر در حرکت و تهاجم سلولی نقش خود را ایفا کنند (55-57). miR-200b از این خانواده نقش خود را در مهار EMT از طریق هدف­گیری ZEB2، به­وسیله­ی جای­گیری E-کادهرین در غشای پلاسمایی سلول­ها ایفا می­کند. این miRNA همچنین از طریق مهار بیان Wnt1، β-Catenin و TCF-4 نقش خود را در مهار پیشبرد EMT بازی  می­نماید (58). miR-200c علاوه­بر نقش در مهار EMT از طریق هدف­گیری ZEB1/2، از روش مهارکننده­ی دیگری جهت ایفای نقش خود بهره می­برد. این miRNA از طریق هدف­گیری پروتئین­های تنظیم­کننده­ی اکتین مثل FHOD1 و PPM1F منجر به از بین رفتن هماهنگی­های بین ساختارهای اکتینی در سلول­ها شده و نتیجه نهایی آن مهار حرکت و تهاجم سلول­ها خواهد بود (54). miR-205 نیز همانند خانواده­ی miR-200 از طریق هدف­گیری ناحیه­ی 3ʹ-UTR در mRNAهای ZEB1/2 در مهار فرآیند EMT نقش ایفا می­کند. همچنین رونویسی این miRNA  به­واسطه­ی لوپ بازخورد منفی با ZEB1/2 تحت تنظیم و کنترل قرار می­گیرد (42و 54). miRNA-666-5p و miR-183 نیز از جمله miRNAهایی ­هستند که از طریق ZEB2 باعث مهار EMT می­شوند (53). miR-200s با مهار بیان TGF-β2 و β-Catenin موجب تضعیف EMT شده و با هدف­گیری mRNAهای مربوط به چندین آنزیم بازآرایی مجدد کروماتین شامل BMI1، SUZ12 و SIRT1 منجر به تنظیم منفی EMT و ایجاد ویژگی­های شبه CSC می­گردد (42). miR-34a  به­عنوان یکی از مهارکننده­های اصلی فرآیند EMT و نیز فاکتور سرکوبگر تومور مطرح شده است که توسط فاکتور P53 دچار تنظیم مثبت رونویسی شده و از طریق هدف­گیری فاکتورهای رونویسی درگیر در EMT مثل ZEB1 و Snail1 نقش مهاری خود را ایفا می­نماید. همانند خانواده­ی miR-200، بین miR-34aو دو فاکتور رونویسی مذکور نیز  لوپ بازخوردی منفی وجود دارد (42و55). یک مطالعه بر روی سرطان کلورکتال نشان داد که فاکتور پروتئینی ZNF281 می­تواند به­عنوان تنظیم­گر حدواسط بین miR-34a و Snail1 عمل نماید. علاوه­بر Snail1، c-MET و β-Catenin  نیز به­عنوان هدف­های دیگر  miR-34aمی­باشند که در غیاب آن می­توانند در پیشبرد EMT نقش ایفا کنند (56).

اثر فعال کنندگی miRNAها بر فرآیند EMT :

   مطالعات نشان می­دهند که فعال شدن فرآیند EMT به­واسطه­ی miRNAها می­تواند از طریق تنظیم منفی miRNAهای مهارکننده­ی EMT توسط miRNAهای دیگر، فاکتورهای پیام­رسانی درگیر در مسیرهای درون سلولی و یا عواملی مثل CD44 اتفاق بیفتد. همچنین هدف­گیری مستقیم mRNAهای رمزگذار پروتئین­های درگیر در فنوتیپ اپی­تلیالی مثل E-کادهرین توسط miRNAهای فعال کننده­ی EMT همچون miR-9 انجام می­گیرد (42و59). خانواده­ی miR-103/107 با هدف­ قرار دادن فاکتور پیش­برنده­ی بیوژنز miRNAها به­نام Dicer باعث تضعیف بیوژنز خانواده­ی miR-200 و القای فرآیند EMT در سلول­های سرطان پستان می­شود. مطالعات، بیش­تنظیمی دو مورد رایج از miRNAهای القا کننده­ی EMT به­نام­های miR-22 و miR-100 را به­طور همزمان با بیان بسیار کاهش­یافته­ی اعضای خانواده­ی miR-200 نشان داده­اند.  miR-22با هدف­گیری خانواده­ی TET دی­اکسیژناز متیل_سیتوزین منجر به افزایش متیلاسیون در ناحیه­ی پروموتر ژن­های miR-200  و بیان کاهش­یافته­ی آن­ها می­شود (59). miRNAها همچنین می­توانند از طریق مسیرهای پیام­رسانی شبکه­ی تنظیمی EMT را کنترل نمایند. یکی از این مسیرها می­تواند مسیر Wnt باشد. بیش­بیان miR-27  منجر به افزایش بیان فاکتورهای ویمنتین، Slug، ZEB1 و ZEB2 و بیان پایین E-کادهرین می­شود. همچنین با اثر بر فاکتور APC، پیشرفت مسیر پیام­رسانی Wnt و القای EMT را تسهیل می­کند (58). فاکتور TGF-β باعث ­تنظیم کاهشی اعضای خانواده­ی miR-200 و تقویت سطوح mRNAی ZEB1 و ZEB2 می­شود. TGF-β همچنین از طریق تنظیم بیان miRNAهای ویژه­ای مثل miR-182 که در مهار مستقیم یک تنظیم­گر منفی NF-κB به­نام CYLD نقش دارد، منجر به فعال شدن مسیر NF-κB درون سلولی و القای EMT می­گردد (42). یک مطالعه بر روی سلول­های سرطان پستان نشان داد که تعویض CD44 از فرم V به فرم S باعث کسب فنوتیپ EMT و پیشرفت سرطان می­شود. CD44s بعد از القای EMT وساطت شده با فاکتورهای Twist و TGF-β باعث افزایش بقای سلول­ها از طریق افزایش دادن فعالیت AKT می­شود. همچنین CD44s از طریق آبشار CD44s-miR-200c-ZEB1 باعث مهار کردن miR-200c و القای EMT می­شود (53). باوجود مطالعات گسترده بر روی نقش و عملکرد miRNAها در پیشرفت فرآیند EMT و نیز کسب ویژگی­های CSC در سرطان­های مختلف، تحقیقات بیشتری نیاز است تا به­وجود شبکههای تنظیمی پیچیده­ی درگیر در فرآیند EMT از طریق شناسایی فاکتورهای دیگر و عملکرد شناخته شده­ی آن­ها پی برد.

 

4) تغییرات در چرخه­ی سلولی طی فرآیند EMT :

چرخه­ی سلولی مجموعه­ای از وقایع می­باشد که در آن­ها ترکیبات سلولی، به­طور دقیقی  بین سلول­های دختری تقسیم شده و می­تواند توسط فعالیت­های نوسان­کننده­ی کینازهای وابسته به سیکلین(CDKs) و کمک فعال­کننده­های آن­ها کنترل شود (60) (شکل6).

 

 

 

 

 

 

شکل6. چرخه­ی سلولی. فازهای مختلف چرخه­ی سلولی توسط کینازها و سیکلین­های مختلف تنظیم می­شود. فاکتورهای پیش­برنده­ی EMT می­توانند با اثر بر عوامل تنظیم کننده­ی چرخه­ی سلولی باعث گسترش سرطان شوند.

   تغییر در بیان و ناهنجاری­های مولکولی پروتئین­های تنظیم­کننده­ی چرخه­ی سلولی مثل CDKs، سیکلین­ها، مهارکننده­های CDKs (CDKIs)، pRB، P53 و E2F در اثر عملکرد فاکتورهای اصلی درگیر در فرآیند EMT، فاکتورهای مولکولی مرتبط با نشانگرهای EMT و نیز مسیرهای مولکولی مختلف درون سلول، نقش اساسی در شروع و پیشرفت سرطان بازی می­کند (61).

miRNAها توانایی مهار کردن مرگ سلولی و پیشبرد تکثیر سلول­ها را به­وسیله­ی اثرات متقابل با ترکیبات چرخه­ی سلولی دارا می­باشند. خوشه­ی miR-17-92 از طریق هدف­گیری فاکتور E2F1 و Cyclin D1 بر چرخه­ی سلولی اثر گذارده و در همکاری با انکوژن c-Myc از مرگ سلولی CSCها جلوگیری می­کند (62). این خوشه­ی miRNA زمان­بندی پیشرفت چرخه­ی سلولی را از طریق تنظیم بیان فاکتورهای BMI1، PTEN، RBL2 و P21 تنظیم می­نماید (61). یک خانواده­ی miRNA شامل miR-34a، miR-34b و miR-34c در رابطه با پیشرفت چرخه­ی سلولی به­خوبی مطالعه شده و تنظیم کاهشی آن­ها در چندین نوع سلول سرطانی شامل آدنوکارسینومای ریه، سرطان کلون و کارسینومای هپاتوسلولار مشاهده شده است 61و63). miR-34a  باعث القای توقف چرخه­ی سلولی در محدوده­ی G1/S و پیری سلول می­گردد. این miRNA از طریق تنظیم نمودن CDK6، Cyclin D1 و E2F  بر پیشرفت چرخه­ی سلولی در سلول­های سرطان کلون اثر منفی می­گذارد. بیش­­بیانی خانواده­ی miR-34a ممکن است باعث تجمع درصدی از سلول­ها در محدوده­ی G0/G1 و کاهش جمعیت سلول­ها در فاز S شود (61){Michelle M. J. Mens, 2018 #66;Engkvist, 2017 #68;Michelle M. J. Mens, 2018 #66}. از جمله­ی دیگر فاکتورهای مولکولی درگیر در تنظیم چرخه­ی سلولی در سرطان­ها می­توان به فاکتورهای اصلی پیش­برنده­ی فرآیند EMT شامل Snail1 و Snail2 اشاره کرد. نوسانات میزان بیان این فاکتورها و اثر تنظیمی آن­ها بر چرخه­ی سلولی  به تاثیر متفاوت آن­ها در فازهای مختلف چرخه­ی سلولی بر اساس نوع سلول سرطانی منجر خواهد شد. در یک مطالعه­، Mittal و همکاران نشان دادند که ارتباط مثبتی بین فاکتور Slug و Cyclin D1وجود داشته و تنظیم کاهشی آن باعث مهار بیان Cyclin D1 و توقف چرخه­ی سلولی در فاز G1 می­شود. از سویی دیگر، در یک مطالعه توسط Liu و همکاران بر روی سرطان پروستات اثر منفی Slug بر روی بیان Cyclin D1 نشان داده شد. به­طوری که بیان فاکتور Slug منجر به مهار بیان Cyclin D1 و توقف چرخه­ی سلولی در محدوده­ی G0/G1 گردید (64). مطالعه بر روی سلول­های کارسینومای نازوفارنکس(NPC) به­وجود فاکتور تنظیم­کننده­ی دیگری در طی فرآیند EMT به­نام FEZF1-AS1  اشاره کرد که به­عنوان یک LncRNAی عامل انکوژن و تومورزایی در سرطان NPC مطرح شده است. فاکتور FEZF1-AS1 باعث فعال شدن مسیر پیام­رسانی Wnt/β-Catenin شده و افزایش تجمع β-Catenin هسته­ای در اثر بیش بیان این فاکتور منجر به تنظیم بیان نشانگرهای فرآیند EMT می­شود. همچنین، کاهش بیان فاکتور E-کادهرین و افزایش بیان فاکتورهای N-کادهرین و ویمنتین در سلول­های سرطانی در اثر عملکرد فاکتور مذکور دیده شده است. بیش بیان فاکتور FEZF1-AS1 قادر به پیشبرد تکثیر سلول­های سرطانی از طریق کاهش بیان P21  و افزایش بیان Cyclin D1 بوده و در غیاب این فاکتور، اثر متضادی بر بیان فاکتورهای مذکور اعمال و منجر به توقف چرخه­ی سلولی در محدوده­ی G0/G1 می­شود (65). فاکتور دیگری تحت­عنوان FLASH  به­عنوان تنظیم­کننده­ی EMT و چرخه­ی سلولی در سرطان­ها شناسایی شده که اثر خود را از طریق مهار بیان ژن E-کادهرین به­واسطه­ی کنترل پس از رونویسی ZEB1 اعمال می­کند. در نبود FLASH، یوبی کوئیتیناسیون ZEB1 توسط فاکتورهای SIAH1 و FBXO45 باعث تخریب پروتئازومی آن و افزایش بیان E-کادهرین و بازگشت فرآیند EMT می­شود. همچنین، نبود این فاکتور به توقف    چرخه­ی سلولی در فاز S و ممانعت از پیشرفت آن منجر می­شود. مطالعات نشان می­دهد که این توقف در چرخه­ی سلولی نمی­تواند تنظیم ZEB1 و E-کادهرین مرتبط با FLASH را میانجی­گری نماید. در واقع تنظیم بیان ZEB1/ E-کادهرین      به­واسطه­ی FLASH مستقل از عملکرد فاکتور FLASH در پیشرفت چرخه­ی سلولی است. عملکرد این فاکتور در پیشرفت چرخه­ی سلولی از طریق اثر مثبت بر بیان ژن­های هیستونی می­باشد (66).

یوبی­کوئیتیناسیون پروتئین­ها به­عنوان یک تغییر پس از ترجمه­ای، و عامل اساسی در هومئوستازی سلولی نقش بازی  می­کند. در این فرآیند یوبی­کوئیتین لیگازهای E3 درگیر هستند که از جمله­ی آن­ها می­توان به خانواده­ی پروتئین­های TRIM اشاره کرد. بد ­تنظیمی این پروتئین­ها باعث اختلال در فرآیندهای سلولی مختلف مثل چرخه­ی سلولی و ایجاد سرطان­ها       می­شود (60). بیان و مکان­یابی پروتئین­های TRIM در طی چرخه­ی سلولی به پیشرفت و تغییر فازهای مختلف آن بستگی دارد. این پروتئین­ها می­توانند به­عنوان انکوژن­ها یا ژن­های سرکوبگر تومور باعث کنترل تکثیر سلولی و میتوز شوند. TRIM59 یکی از اعضای خانواده­ی یوبی­کوئیتین لیگاز E3، نقش خود را از طریق فعال­سازی مسیر پیام­رسانی ERK-MAPK بر روی القای فرآیند EMT در سلول­های سرطانی ریه و نیز فاکتورهای تنظیمی چرخه­ی سلولی مثل CDK6 اعمال می­کند و به­عنوان   پیش­برنده­ی اصلی پیشرفت سرطان محسوب می­شود (67). بیش­بیان TRIM44، کد کننده­ی پروتئین دیگر مسیر          یوبی­کوئیتیناسیون، به­عنوان فاکتور مهمی در فرآیند سرطان­زایی و پیشرفت بدخیمی­های انسانی مطرح شده است. این فاکتور پروتئینی از طریق تسهیل انتقال فاز G1/S و بیش­تنظیمی سیکلین­ها و CDKs باعث پیشبرد چرخه­ی سلولی و تکثیر     سلول­های سرطانی ریه می­شود (68). از جمله­ی فرآیندهای مولکولی درون سلول که در القای فرآیند  EMTو پیشرفت    چرخه­ی سلولی دخیل است، فرآیند بیوژنز ریبوزوم  می­باشد. این فرآیند در یک روش وابسته به چرخه­ی سلولی تنظیم شده است و به­طور ویژه­ای با رشد و تقسیم سلولی مرتبط است. بیش­تنظیمی این فرآیند طی توقف G1/S اتفاق می­افتد. القای رونویسی rDNA با انعطاف­پذیری سلولی، از بین رفتن تمایز سلول­ها و حالت بنیادی مرتبط می­باشد. تقریبا نیمی از اپران­های rDNA در سلول­های تمایز یافته توسط کمپلکس بازآرایی مجدد کروماتین (N-COR) خاموش شده­اند و مطالعات، تغییراتی در رونویسی rDNA را همراه با از بین رفتن تمایز یا EMT نشان می­دهند. رونویسی rDNA، به­عنوان مرحله­ی شروع کننده در بیوژنز ریبوزوم­ها با افزایش سنتز پروتئین­های موافق با رشد و تقسیم سلولی مرتبط است. با شروع فعالیت رونویسی، جدا شدن N-CoR از rDNA، فاکتورهایی مثل RNA پلی­مرازI (POLI)، UBF، Snail1 و کمپلکس mTORC2 (عامل پیش برنده­ی EMT) را به خدمت گرفته که درنهایت منجر به مهار بیان Cyclin D1 و نشانگرهای اپی­تلیالی و نیز افزایش بیان فاکتورهای فنوتیپ مزانشیمی می­گردد (69). در سلول­های یوکاریوتی طبیعی تنظیم منفی بیان فاکتور ZEB1 توسط کمپلکس مهار کننده­ی Rb1/E2F1-HDAC1 از طریق اتصال مستقیم به پروموتر آن صورت می­گیرد. بنابراین،  سلول­های سرطانی Rb-/- و E2F1-/- طی فرآیند EMT سطح بالایی از ZEB1 را بیان می­کنند. در سلول­های دارای بیان بالای ZEB1، بیان افزایش یافته­ی GADD456 مشاهده شده است که نقش ضروری در تنظیم چرخه­ی سلولی، پیری سلول و آپوپتوزیس بازی می­کند و به مهار فعالیت کینازی کمپلکس CDK1/Cyclin B1 (دخیل در پیشرفت چرخه­ی سلولی از فاز G2 به M ) منجر می­شود (70).

فرآیند EMT می­تواند باعث القای تغییرات مکانیکی سلولی در قشر اکتینی سلول­های سرطانی طی مرحله­ی میتوز شود.  سلول­های جانوری برای میتوز موفق، نیاز به کسب حالت کروی برای فرآهم نمودن فضای لازم جهت تشکیل دوک میتوزی دارند که به­واسطه­ی از بین بردن شکل نرمال سلول­های بافت اطراف از طریق انقباض اکتومیوزین غشایی خود و نیز سلول­های مجاور حاصل می­شود. در مقابل، سلول­های سرطانی به­دلیل محیط چالش بر انگیز خود که دارای جمعیت پر سلولی در حال افزایش می­باشند، توانایی گرد شدن در مرحله­ی میتوز را دارند. مطالعات نشان می­دهند که رخداد EMT از طریق افزایش نیروهای لازم جهت گرد شدن میتوزی در کسب حالت کروی و بهبود  توانایی سلول­های سرطانی برای تقسیم سلولی در محیط محدود شده­ی یک تومور کمک می­کند. باوجود فشارهای مکانیکی خارجی در اطراف سلول در حال تقسیم در محیط تومور، قشر اکتینی سلول سرطانی برخی سازگاری­های انکوژنی را جهت کسب حالت کروی و پیشرفت تومور از خود نشان می­دهد. در سلول­های سرطانی موجود در بستر اپی­تلیالی افزایش فعالیت فاکتور RhoA و فعالیت پایین Rac1 اتفاق می­افتد. طی EMT، تغییرات مکانیکی قشر سلولی رخ می­دهند؛ به­طوری­که فاکتور انکوژنی Ect2 توسط فاکتور RhoA فعال شده و باعث افزایش در Rac1 طی اینترفاز می­گردد. افزایش ترکیبی فاکتورهای LimK1 و Arp2/3 در پایین­دست Rac1 باعث کاهش در سفت شدن و منقبض شدن قشر سلولی سلول در حال تقسیم و نیز سلول­های مجاور خواهد شد که از طریق کاهش مقاومت مکانیکی  سلول­های اینترفازی مجاور شروع گرد شدن میتوزی را تسهیل می­نماید. طی میتوز کاهش قابل توجه در بیان فاکتور RhoA باعث افزایش سفت شدن و منقبض شدن قشر سلولی و افزایش مقاومت آن در برابر فشارهای خارج سلولی خواهد شد (71)(شکل7). مطالعات بر روی سلول­های اپی­تلیالی دروزوفیلا پیشنهاد می­کند که فرآیند مرگ سلولی یا آپوپتوزیس و   جهت­یابی دوک میتوزی می­توانند به­عنوان مکانیسم­های مهارکننده­ی تومور عمل نمایند. اما، این احتمال وجود دارد که  جهت­یابی نامناسب دوک میتوزی بتواند به­عنوان عامل مسبب تومورزایی به­حساب آید. مطالعه بر روی سلول­های اپی­کاردیوم موش حاکی از نقش فرآیند EMT در القای جابه­جایی جهت­یابی دوک میتوزی از حالت افقی به حالت عمودی می­باشد. همچنین، مطالعه بر روی اپی­تلیوم صفحه­ی بال دروزوفیلا، جهت­یابی نامناسب دوک میتوزی را در ایجاد سلول­هایی با فنوتیپ مزانشیمی نشان داده که این سلول­ها با تولید و ترشح سیتوکاین­های میتوژنی باعث بیش­تکثیری اپی­تلیوم و ایجاد تومورهای بدخیم می­شوند (72).

 

 

 

 

 

شکل7. اثر EMT بر گرد شدن میتوزی. تغییرات مکانیکی قشر سلولی در بستر اپی­تلیالی سلول­های سرطانی طی EMT، باعث تغییر فعالیت فاکتورهای درون سلولی مختلف، ارتباطات بین­سلولی مجاور و تسهیل تقسیم سلول­های توموری و گسترش آن­ها می­شود.  

5) ناپایداری ژنومی طی فرآیند EMT :

ناپایداری ژنومی سلول­ها به­عنوان عامل پیش­نیاز پیشرفت سرطان محسوب شده (73و74) و تغییر در تمامیت ژنوم از طریق تجمع جهش­ها باعث کسب فنوتیپ سرطانی سلول­ها می­گردد (75). در بیشتر سرطان­های توارثی، ناپایداری ژنومی از طریق غیر فعال شدن ژن­های ترمیم آسیب DNA مثل BRCA1، BRCA2، TP53 و ژن­های شرکت­کننده در ترمیم DNA مثل ATM و ATR حاصل می­شود (76). همچنین، مطالعات حاکی از رخداد ناپایداری ژنومی از طریق فاکتورهای درگیر در EMT هستند؛ وجود سیتوکاین­هایی در ریز­محیط تومور مثل TGF-β که توسط سلول­های توموری و سلول­های استرومایی      احاطه­کننده­ی آن­ها ترشح می­شود،  قادر به تحریک ناپایداری ژنومی می­باشند. فاکتور TGF-β اثرات متناقضی را از طریق فعال کردن پیام­رسانی ضد تکثیری سلول­ها و یا از طریق بهره­مند کردن آن­ها از ویژگی­های پیش­انکوژنی روی سرطان­ها اعمال می­کند (77). TGF-β از طریق تولید آسیب DNA القا شده با فشار اکسیداتیو در سلول­های جهش­یافته در ژن RUNX3 توان ایجاد ناپایداری ژنومی را دارد. خانواده­ی پروتئین­های RUNX دارای سه فاکتور رونویسی هترودایمر RUNX1، RUNX2 و RUNX3 می­باشدکه RUNX1 و RUNX3 در سلول­های سرطانی به­وسیله­ی جهش و یا بد تنظیمی­های اپی­ژنتیکی غیرفعال شده­اند و این یافته­ها بر نقش آن­ها به­عنوان سرکوب­کننده­های ضروری تومور تأکید می­کند. RUNX3 نقش اصلی خود را در پیشبرد سرطان در همکاری با فاکتور TGF-β ایفا می­کند و فاکتور TGF-β در سلول­های سالم از نظر ژن RUNX3 منجر به القای EMT از طریق تولید گونه­های واکنشگر اکسیژن (ROS) می­شود.  از سوی دیگر، RUNX3 با تنظیم افزایشی رونویسی HMOX1، تجمع زیاد ROS را کاهش می­دهد. در چنین شرایطی سطوح پایین آسیب DNA و ناپایداری ژنومی دیده شده و پیشرفت تومور کاهش می­یابد. اما، در سلول­های دارای نقص در ژن RUNX3، تنظیم کاهشی رونویسی HMOX1 و افزایش تجمع ROS، درنهایت به افزایش آسیب DNA از طریق فشار اکسیداتیو و تحریک پیشرفت تومور منجر می­گردد (78) (شکل8).

   همچنین در مطالعه­ای مشخص شد که فاکتور TGF-β می­تواند از طریق القای ناهنجاری­های میتوزی در سلول­هایی که متحملEMT شده بودند، به­راه اندازی آنیوپلوئیدی­ها و ناپایداری ژنومی را منجر شود (79) و ظهور نقایص میتوزی و القای ناپایداری ژنومی نیازمند تکثیر مداوم سلول­های متحمل EMT است. فاکتور TGF-β به­عنوان یکی از پیشبرنده­های فرآیند EMT نقش خود را در القای ناپایداری ژنومی ایفا می­کند. این فاکتور همراه با Snail1 باعث مهار پروتئین­های پوشش هسته­ای و کمپلکس منفذ هسته­ای می­شود؛ پروتئین­هایی که در هماهنگ و موزون کردن پیشرفت میتوز، کنترل نقاط بررسی فعالیت دوک میتوزی، تجمع آن­ها و حفظ عملکرد پوشش هسته­ای نقش اساسی ایفا می­کنند.

 

 

شکل8:  اثر RUNX3 بر پیشرفت EMT و سرطان. آسیب DNA در اثر فشار اکسیداتیو ایجاد شده با TGF-β باعث شروع فرآیندهای مولکولی پیش­برنده­ی EMT می­شود. نبود فاکتور عملکردی RUNX3 منجر به افزایش آسیب DNA و گسترش سرطان می­شود. 

به­طور ویژه، مهار شدن لامین β1 توسط فاکتورهای TGF-β و Snail1 باعث اختلال در فرآیند سیتوکینز، تجمع دوک میتوزی و فشردگی کروماتین می­گردد. ناکارآمد بودن لامین β1 منجر به برآمدگی غشای هسته­ای و شکست سیتوکینز و ایجاد سلول­های دو هسته­ای می­شود. مهار پروتئین­های پوشش هسته­ای باعث تضعیف آن و کاهش مقاومت آن در برابر فشار مکانیکی اعمال شده بر روی هسته طی فرآیند EMT خواهد شد که به­هم ریختن شکل ساختار هسته­ای باعث تراوش نوکلئوپلاسم به درون فضای سیتوپلاسمی طی اینترفاز می­شود. از سویی، فرو ریختن  پوشش هسته­ای منجر به تنظیم نامناسب مکان­یابی پروتئین­های هسته­ای و سیتوپلاسمی و به دام افتادن اندامک­های سیتوپلاسمی در هسته می­گردد. همچنین، DNA سلول در معرض اثرات آسیب­رسان سیتوپلاسم قرار گرفته که منجر به آسیب سنگین به DNA و قطعه قطعه شدن آن خواهد شد. در واقع، تهاجم سلولی می­تواند باعث از هم­گسیختن پوشش هسته و از بین رفتن بخش­بندی درون سلول گردد.  همچنین، عواقب جبران­ناپذیر آسیب­های DNA و تحریک ناپایداری­های القا شده با جهش­ها به از بین رفتن یکپارچگی ژنوم منجر می­شود (80). علاوه­بر فاکتورهای رونویسی دخیل در EMT، مکانیسم­های ترمیم آسیب DNA نیز در ایجاد ناپایداری­های ژنومی نقش دارند. فاکتوری تحت­­عنوان SIM2S از طریق فعالیت وابسته به ATM باعث بیش­تنظیمی نوترکیبی هومولوگ (HR) و جلوگیری از فرآیند EMT می­شود. طی آسیب DNA،  باقی­مانده­ی آمینواسیدی S115  این فاکتور از طریق میانکنش با ATM فسفریله شده و در همکاری با BRCA1، RAD51 را به جایگاه آسیب فرا می­خواند. جهش در جایگاه S115 از ژن SIM2S باعث کاهش عملکرد پروتئین حاصل از آن در نوترکیبی هومولوگ، از طریق شکست به ­خدمت­گیری RAD51 خواهد شد. EMT القا شده با جهش S115 با کاهش در E-کادهرین مشخص شده و باعث تهاجم و متاستاز افزایش یافته می­شود (74). مطالعات نشان می­دهند که ناپایداری ژنومی همزمان با سایر نقص­های ژنی مثل K-Ras به­عنوان مرحله­ی کلیدی در تومورزایی به­حساب می­آید. فاکتور K-Ras     می­تواند از طریق استفاده­ی نامناسب و غیرمعمول از روش­های ترمیم DNA شامل ترمیم اتصال بد (MMR)، HR و NHEJ باعث ایجاد ناپایداری ژنومی شود. فرآیند ترمیم MMR ناقص می­تواند به­عنوان عامل جهش­های فعال­کننده­ی K-Ras نقش ایفا کند. EGFR از طریق فسفریله­کردن PCNA و مهار کردن آن باعث مهار ترمیم MMR شده و در­نهایت منجر به افزایش  جهش­ها در ژن K-Ras خواهد شد. فاکتور K-Ras از طریق القا کردن ترکیبات درگیر در روش ترمیم NHEJ مثل DNA لیگاز 3α، پلی ADP-ریبوز پلی­مراز1 و XRCC4 باعث پیشبرد مسیر مستعد به خطای NHEJ و القای ناپایداری ژنومی طی میتوز خواهد شد. این یافته­ها نشان می­دهند که سلول­ها باوجود دارا بودن مکانیسم­های ترمیم DNA، ممکن است از طریق نقایص در روش­های ترمیم DNA دچار ناپایداری ژنومی شوند (75). علاوه­بر فاکتورهای رونویسی و عوامل درگیر در مکانیسم­های ترمیم DNA، یکپارچگی ژنوم همچنین به­ اجرای مناسب چرخه­ی سلولی وابسته است. این یکپارچگی می­تواند از طریق مسیرهای انتقال دهنده­ی پیام­های مکانیکی اطراف تومور دچار تغییر شود. فاکتور TGF-β به­عنوان یکی از مهم­ترین سیتوکاین­های ترشح شده از ریز­محیط تومور، از طریق بیان کردن پروتئین تشکیل دهنده­ی فیلامنت یا Septin-6 به­واسطه­ی فاکتور رونویسی Snail1 باعث افزایش پایداری و ماندگاری جسم میانه در طی فرآیند میتوز و چند هسته­ای شدن سلول­ها می­شود.     فیلامنت­های Septin شامل Septin2، Septin6 و Septin7 به اتصال حلقه­ی قابل انقباض اکتومیوزین به غشای پلاسمایی سلول کمک کرده و مانع از اشتباهات میتوزی، آنیوپلوئیدی و چند هسته­ای شدن سلول­ها می­شوند. عملکرد این فاکتورها بسیار مرتبط با هم بوده و نقص در یکی از آن­ها، می­تواند منجر به از دست دادن عملکرد و کارآیی مناسب بقیه شود (81). 

  • بحث

 امروزه، دیدگاه­های بسیاری در مورد ارتباطات بین EMT و CSCs گسترش یافته است. نقش فاکتورهای رونویسی مختلف در پیشبرد EMT و القای فنوتیپ CSC طی مطالعات زیادی مشخص شده است. این فاکتورها در فرآیندهای درون سلولی مختلفی شرکت کرده و منجر به القای EMT می­شوند. همچنین، ارتباطات پیچیده­ای بین فاکتورهای مختلف و عملکردهای ترکیبی آن­ها دیده می­شود. مطالعات روی فاکتورهای منحصر به فرد فرآیندهای سلولی  و مولکولی ویژه­ی EMT می­تواند فهم دقیق مکانیسم­های پیش­برنده­ی سرطان را آشکار کند. همچنین، درمان­های هدف­دهی کننده­ی CSCs در خلال مکانیسم­های ویژه­ی اجرائی آن­ها جهت متاستاز و پیشرفت سرطان نیازمند مطالعات گسترده بر روی بسیاری از عوامل پیش­برنده­ی مرتبط و ارتباطات مولکولی بین آن­ها می­باشد. اگرچه تعدادی از مطالعات روی گونه­های جانوری برخی از تغییرات سلولی و مولکولی ویژه­ای را طی EMT نشان داده است، با این­حال، مطالعات روی رده­ی سلول­های انسانی جهت آشکار ساختن دقیق          مکانیسم­های اجرائی گسترش سرطان مورد نیاز است.

  • نتیجه­گیری

    سرطان به­عنوان یکی از بیماری­های ژنتیکی رایج، نتیجه­ی مکانیسم­های پیش­برنده­ی پیچیده­ای در درون سلول می­باشد. باوجود مطالعات مختلف در زمینه­ی تغییرات سلولی و مولکولی دخیل در مراحل مختلف پیشرفت بیماری، شکاف­های علمی زیادی در فهم دقیق انواع مکانیسم­های پیش­برنده­ی سرطان به­چشم می­خورد. تلاش در جهت رسیدن به مسیرهای انتقال پیام در سرطان و پی بردن به ارتباطات پیچیده­ی سلولی و مولکولی می­تواند امکان طبقه­بندی تومورها را براساس معیارهای مختلف مثل مکانیسم­های نوظهور درون­سلولی سرطانی تسهیل کرده و درمان­های مبتنی بر هدف­گیری عوامل اصلی پیش­برنده­ی سرطان را تقویت نماید. بنابراین، درک بیشتر چنین مکانیسم­هایی علاوه بر غنی­سازی دانش ما از روند پیشرفت سرطان و روشن ساختن مبانی اصلی مرتبط با آن، از الزامات اصلی بهبود و توسعه­ی روش­های تشخیصی، پیش­آگهی و درمانی جهت مدیریت سرطان به شمار می­رود.

  • تشکر و قدردانی

 نویسندگان این مقاله از تمامی پژوهشگران حیطه­ی سرطان که راه را برای مدیریت و درمان این بیماری هموار می­نمایند تشکر و قدردانی می­کنند.

-

  1. Nagai H and Kim YH. Cancer prevention from the perspective of global cancer burden patterns. J Thorac Dis. 2017;9(3):448-51. Epub 2017/04/30.
  2. Ayob AZ and Ramasamy TS. Cancer stem cells as key drivers of tumour progression. J Biomed Sci. 2018;25(1):20. Epub 2018/03/07.
  3. Lee SY, Ju MK, Jeon HM, Lee YJ, et al. Oncogenic Metabolism Acts as a Prerequisite Step for Induction of Cancer Metastasis and Cancer Stem Cell Phenotype. Oxid Med Cell Longev. 2018;2018:1027453. Epub 2019/01/24.
  4. Hoseinpoor feizi MA, Moniri javadhesari S, Montazeri V and Halimi M. Studying the expression of survivin & its splice variant; ∆Ex3 as diagnostic molecular markers in breast cancer International Center for Science, High Technology and Environmental Sciences. 2008.
  5. Hosseinpour Feizi MA, Moniri Javadhesari S, Babaei E, Montazeri V, et al. Study of the expression of Survivin & its splice variants; ΔEX3, 2B and 3B as diagnostic molecular markers in breast cancer. Journal of Shahid Sadoughi university of medical sciences and health services. 2009;17(2 (65)).
  6. Moniri Javadhesari S, Gharechahi J, Hosseinpour Feizi MA, Montazeri V, et al. Transcriptional expression analysis of survivin splice variants reveals differential expression of survivin-3α in breast cancer. Genet Test Mol Biomarkers. 2013;17(4):314-20.
  7. Zhou P, Li B, Liu F, Zhang M, et al. The epithelial to mesenchymal transition (EMT) and cancer stem cells: implication for treatment resistance in pancreatic cancer. Mol Cancer. 2017;16(1):52. Epub 2017/03/02.
  8. Cai Z, Cao Y, Luo Y, Hu H, et al. Signalling mechanism(s) of epithelial-mesenchymal transition and cancer stem cells in tumour therapeutic resistance. Clin Chim Acta. 2018;483:156-63. Epub 2018/05/02.
  9. Du B and Shim JS. Targeting Epithelial-Mesenchymal Transition (EMT) to Overcome Drug Resistance in Cancer. Molecules. 2016;21(7). Epub 2016/07/28.
  10. Ponnusamy L, Mahalingaiah PKS, Chang Y-W and Singh KP. Role of cellular reprogramming and epigenetic dysregulation in acquired chemoresistance in breast cancer. Cancer Drug Resistance. 2019.
  11. Zakaria N, Mohd Yusoff N, Zakaria Z, Widera D, et al. Inhibition of NF-kappaB Signaling Reduces the Stemness Characteristics of Lung Cancer Stem Cells. Front Oncol. 2018;8:166. Epub 2018/06/06.
  12. Venkatesh V, Nataraj R, Thangaraj GS, Karthikeyan M, et al. Targeting Notch signalling pathway of cancer stem cells. Stem Cell Investig. 2018;5:5. Epub 2018/04/24.
  13. San-Chi C, Tsai-Tsen L and Muh-Hwa Y. Emerging roles of epithelial-mesenchymal

transition in hematological malignancies. Journal of Biomedical Science (2018) 25:37.

  1. Li H, Zhang W, Yan M, Qiu J, et al. Nucleolar and spindle associated protein 1 promotes metastasis of cervical carcinoma cells by activating Wnt/beta-catenin signaling. J Exp Clin Cancer Res. 2019;38(1):33. Epub 2019/01/27.
  2. Razali RA, Lokanathan Y, Yazid MD, Ansari AS, et al. Modulation of Epithelial to Mesenchymal Transition Signaling Pathways by Olea Europaea and Its Active Compounds. Int J Mol Sci. 2019;20(14). Epub 2019/07/19.
  3. Nakano M, Ito M, Tanaka R, Ariyama H, et al. Epithelial-mesenchymal transition is activated in CD44-positive malignant ascites tumor cells of gastrointestinal cancer. Cancer Sci. 2018;109(11):3461-70. Epub 2018/08/25.
  4. Li G, Su Q, Liu H, Wang D, et al. Frizzled7 Promotes Epithelial-to-mesenchymal Transition and Stemness Via Activating Canonical Wnt/beta-catenin Pathway in Gastric Cancer. Int J Biol Sci. 2018;14(3):280-93. Epub 2018/03/22.
  5. Asad M, Wong MK, Tan TZ, Choolani M, et al. FZD7 drives in vitro aggressiveness in Stem-A subtype of ovarian cancer via regulation of non-canonical Wnt/PCP pathway. Cell Death Dis. 2014;5:e1346. Epub 2014/07/18.
  6. Zhang Q, Liu S, Parajuli KR, Zhang W,, et al. Interleukin-17 promotes prostate cancer via MMP7-induced epithelial-to-mesenchymal transition. Oncogene. 2017;36(5):687-99. Epub 2016/07/05.
  7. Peixin Dong KI, Ying Xiong, Hidemichi Watari, Sharon J.B. Hanley, et al. Reactivation of epigenetically silenced miR-124 reverses the epithelial-to-mesenchymal transition and inhibits invasion in endometrial cancer cells via the direct repression of IQGAP1 expression. Oncotarget. 2016.
  8. Li CH, Sun XJ, Niu SS, Yang CY, et al. Overexpression of IQGAP1 promotes the angiogenesis of esophageal squamous cell carcinoma through the AKT and ERKmediated VEGFVEGFR2 signaling pathway. Oncol Rep. 2018;40(3):1795-802. Epub 2018/07/18.
  9. Hu W, Wang Z, Zhang S, Lu X, et al. IQGAP1 promotes pancreatic cancer progression and epithelial-mesenchymal transition (EMT) through Wnt/beta-catenin signaling. Sci Rep. 2019;9(1):7539. Epub 2019/05/19.
  10. Zhou HJ XZ, Wang Z and Zhang H. SUMOylation of VEGFR2 regulates its intracellular trafficking and pathological angiogenesis. Nat Commun. 2018;9(1):p. 3303
  11. Basu S, Cheriyamundath S and Ben-Ze'ev A. Cell-cell adhesion: linking Wnt/beta-catenin signaling with partial EMT and stemness traits in tumorigenesis. F1000Res. 2018;7. Epub 2018/10/03.
  12. Wang MH, Sun R, Zhou XM, Zhang MY, et al. Epithelial cell adhesion molecule overexpression regulates epithelial-mesenchymal transition, stemness and metastasis of nasopharyngeal carcinoma cells via the PTEN/AKT/mTOR pathway. Cell Death Dis. 2018;9(1):2. Epub 2018/01/07.
  13. Chen C, Zhao S, Karnad A and Freeman JW. The biology and role of CD44 in cancer progression: therapeutic implications. J Hematol Oncol. 2018;11(1):64. Epub 2018/05/12.
  14. Buhrmann C, Yazdi M, Popper B, Kunnumakkara AB, et al. Induction of the Epithelial-to-Mesenchymal Transition of Human Colorectal Cancer by Human TNF-beta (Lymphotoxin) and its Reversal by Resveratrol. Nutrients. 2019;11(3). Epub 2019/03/29.
  15. Kong L, Guo S, Liu C, Zhao Y, et al. Overexpression of SDF-1 activates the NF-kappaB pathway to induce epithelial to mesenchymal transition and cancer stem cell-like phenotypes of breast cancer cells. Int J Oncol. 2016;48(3):1085-94. Epub 2016/01/20.
  16. Wang F, Ma L, Zhang Z, Liu X, et al. Hedgehog Signaling Regulates Epithelial-Mesenchymal Transition in Pancreatic Cancer Stem-Like Cells. J Cancer. 2016;7(4):408-17. Epub 2016/02/27.
  17. Riobo-Del Galdo NA, Lara Montero A and Wertheimer EV. Role of Hedgehog Signaling in Breast Cancer: Pathogenesis and Therapeutics. Cells. 2019;8(4). Epub 2019/04/28.
  18. Zhang J, Tian XJ and Xing J. Signal Transduction Pathways of EMT Induced by TGF-beta, SHH, and WNT and Their Crosstalks. J Clin Med. 2016;5(4). Epub 2016/04/05.
  19. Bartsch RHaJoW. Essential roles of telomerase reverse transcriptase Htert in cancer stemness and metastasis. FEBS Letters. 2018.
  20. Déjardin MTJ. Telomere chromatin establishment and its maintenance during mammalian development. Chromosoma. 2018;127::3-18.
  21. Schiemann NJRaWP. Means to the ends: The role of telomeres and telomere processing machinery in metastasis Biochim Biophys Acta 2016;1866(2): :320-9.
  22. Marco De Vitis FBaAS. Telomere Length Maintenance in Cancer: At the Crossroad between Telomerase and Alternative Lengthening of Telomeres (ALT). Int J Mol Sci. 2018;19::606.
  23. Luca Pompili CL, Annamaria Biroccio and Erica Salvati. Diagnosis and treatment of ALT tumors: is Trabectedin a new therapeutic option? Journal of Experimental & Clinical Cancer Research. 2017;36::189.
  24. Hu YS G, Zhang L, Li F, Jiang Y, et al. Switch telomerase to ALT mechanism by inducing telomeric DNA damages and dysfunction of ATRX and DAXX. Sci Rep. 2016;6:32280.
  25. Angelica M. Lagunas1 JWaDLC. Telomere DNA damage signaling regulates cancer stem cell evolution, epithelial mesenchymal transition, and metastasis Oncotarget,. 2017;8:pp: 80139-55.
  26. Rocco Mazzolini NuGa, Andrea Garcia-Garijo, Alba Millanes-Romero, Sandra Peir ´o SS, et al. Snail1 transcription factor controls telomere transcription and integrity. Nucleic Acids Reacher. 2018;46.
  27. Ahmed El-Badawy NIG, Mohamed A. Nasr, Hoda Elkhenany, Toka A. Ahmed, et al. Telomerase reverse transcriptase coordinates with the epithelial-to-mesenchymal transition through a feedback loop to define properties of breast cancer stem cells. The Company of Biologists. 2018;7.
  28. Alyssa A. La Belle WPS. The propensity for epithelial-mesenchymal transitions is dictated by chromatin states in the cancer cell of origin. Stem Cell Investigation. 2017.
  29. Fang LSaJ. Epigenetic Regulation of Epithelia-Mesenchymal Transition. Cell Mol Life Sci. 2016.
  30. Cells D-DRoNRAwSSdE-MTiOC. DOC1-Dependent Recruitment of NURD Reveals Antagonism with SWI/SNF during Epithelial-Mesenchymal Transition in Oral Cancer Cells. Cell Reports. 2017.
  31. Bidet NKaY. New Insights into the Implication of Epigenetic Alterations in the EMT of Triple Negative Breast Cancer. Cancers. 2019.
  32. Sudha Suriyamurthy DB, Peter ten Dijke and Prasanna Vasudevan Iyengar. Epigenetic Reprogramming of TGF- Signaling in Breast Cancer. Cancers. 2019.
  33. T Zhan NRaMB. Wnt signaling in cancer. Oncogene. 2016.
  34. Yanping Gao BF, Siqi Han, Kai Zhang, Jing Chen, et al. The Roles of MicroRNA-141 in Human Cancers: From Diagnosis to Treatment. Cellular Physiology and Biochemistry. 2016.
  35. Gregoire J-MF L, Salazar-Cardozo C, Alby F, Masson V, et al. Identification of epigenetic factors regulating the mesenchyme to epithelium transition by RNA interference screening in breast cancer cells. BMC Cancer. 2016.
  36. Gao Y ZY, Zhang J, Lu Y, Liu X, et al. The dual function of PRMT1 in modulating epithelial-mesenchymal transition and cellular senescence in breast cancer cells through regulation of ZEB1. Scientific reports. 2016.
  37. Yue Hu YZ, Mingrui Dai, Jiaxin Wu, Bin Yu, et al. Snail2 induced E-cadherin suppression and metastasis in lung carcinoma facilitated by G9a and HDACs. CELL ADHESION & MIGRATION. 2019;13.
  38. Silvia Juliana Serrano-Gomez MMaSKA. Regulation of epithelial-mesenchymal transition through epigenetic and posttranslational modifications. Molecular Cancer 2016.
  39. Hiroaki Miyazaki R-uT, Marta Prieto-Vila, Yumi Kawamura, Seiji Kondo, et al. CD44 exerts a functional role during EMT induction in cisplatinresistant head and neck cancer cells. Oncotarget. 2018;9.
  40. Shu-Jin He C-QX, Yu Zhang, Xiang-Tong Lu, Hou-Wen Chen, et al. Recent progress on the effects of microRNAs and natural products on tumor epithelial–mesenchymal transition. OncoTargets and Therapy. 2017.
  41. Dominika Piasecka MB, Radzislaw Kordek, Rafal Sadej and Hanna Romanska. MicroRNAs in regulation of triple-negative breast cancer progression. Journal of cancer research and clinical oncology. 2018.
  42. Eva Slabáková ZC, Ján Remšík and Karel Souček. Alternative mechanisms of miR-34a regulation in cancer. Cell Death and Disease. 2017.
  43. Yang Hao DBaPtD. TGF--Mediated Epithelial-Mesenchymal Transition and Cancer Metastasis. Int J Mol Sci. 2019.
  44. Michitaka Nakano MI, Risa Tanaka, Hiroshi Ariyama, Kenji Mitsugi AM, et al. Epithelial‐mesenchymal transition is activated in CD44‐positive malignant ascites tumor cells of gastrointestinal cancer. Cancer science. 2018.
  45. Cunen WU YZ, Shan Jiang, Shenlin Liu, Jinyong Zhou, et al. Interaction between Wnt/β-catenin pathway and microRNAs regulates epithelial-mesenchymal transition in gastric cancer. International journal of oncology. 2016.
  46. Jongchan Kim FY, Zhenna Xiao, Yutong Sun and Li Ma. MicroRNAs and metastasis: small RNAs play big roles. Cancer Metastasis Rev. 2018.
  47. Santina Venuto aGM. E3 Ubiquitin Ligase TRIM Proteins, Cell Cycle and Mitosis. Cells. 2019.
  48. Michelle M. J. Mens MG. Cell Cycle Regulation of Stem Cells by MicroRNAs. Stem cell Review and Reports. 2018.
  49. Ye Y, Zhuang J, Wang G, He S, et al. microRNA-605 promotes cell proliferation, migration and invasion in non-small cell lung cancer by directly targeting LATS2. Experimental and Therapeutic Medicine. 2017.
  50. Engkvist ME, Stratford EW, Lorenz S, Meza-Zepeda LA, et al. Analysis of the miR-34 family functions in breast cancer reveals annotation error of miR-34b. Science Reporter,. 2017.
  51. Zhou GaaY. Effect of modulation of epithelial‑mesenchymal transition regulators Snail1 and Snail2 on cancer cell radiosensitivity by targeting of the cell cycle, cell apoptosis and cell migration/invasion (Review). Oncology letters. 2019.
  52. Cheng Y. FEZF1-AS1 is a key regulator of cell cycle, epithelial–mesenchymal transition and Wnt/β-catenin signaling in nasopharyngeal carcinoma cells Bioscience Reports. 2018.
  53. Abshire CF, Carroll JL and Dragoi AM. FLASH protects ZEB1 from degradation and supports cancer cells' epithelial-to-mesenchymal transition. Oncogenesis. 2016.
  54. Biao Geng ML, Lilong qin, Wenying Zhao, Hanli wang, et al. An TRIM59‐CDK6 axis regulates growth and metastasis of lung cancer. J Cell Mol Med. 2018.
  55. Ying Xing QM, Xuesong Chen, Yanbin Zhao, Wei Liu, et al. TRIM44 promotes proliferation and metastasis in non‑small cell lung cancer via mTOR signaling pathway. Oncotarget. 2016;7.
  56. Varsha Prakash BBC, Jennifer M. Feenstra, Randall A. Dass, Petra Sekyrova, et al. Ribosome biogenesis during cell cycle arrest fuels EMT in development and disease. Nature communications. 2019.
  57. Zheng H-C. The molecular mechanisms of chemoresistance in cancers Oncotarget. 2017;8.
  58. Kamran Hosseini AT, Carsten Werner and Elisabeth Fischer-Friedrich. EMT-induced cell mechanical changes enhance mitotic rounding strength. bioRxiv. 2019.
  59. Nakajima Y-i. Mitotic spindle orientation in epithelial homeostasis and plasticity. J Biochem. 2018.
  60. Kuan-Li Wu Y-MT, Chi-Tun Lien , Po-Lin Kuo and Jen-Yu Hung. The Roles of MicroRNA in Lung Cancer Int J Mol Sci. 2019.
  61. Scott J. Pearson TRS, Cole M. McQueen, Jessica Elswood, Emily E. Schmitt,et al. ATM-dependent activation of SIM2s regulates homologous recombination and epithelial-mesenchymal transition. Oncogene. 2019.
  62. GG Jinesh VS, S Vijayaraghavan, K Balaji and S Mukherjee. Molecular genetics and cellular events of K-Ras-driven tumorigenesis. Oncogene. 2018.
  63. TubbsA N. EndogenousDNAdamage as a source of genomic instability in cancer. . Cell 2017.
  64. David CJ HY, Chen M, Su J, Zou Y, et al. TGF-beta tumor suppression through a lethal EMT. Cell. 2016.
  65. Vaidehi Krishnan YLC, Tuan Zea Tan, Madhura Kulkarni,, Muhammad Bakhait Bin Rahmat LST et al. TGFb Promotes Genomic Instability after Loss of RUNX3 Molecular Cell Biology. 2017.
  66. Comaills V KL, Morris R, Buisson R, Yu M, et al. Genomic instability is induced by persistent proliferation of cells undergoing epithelial-to-mesenchymal transition. Cell Rep. 2016.
  67. Valentine Comaills LK, Robert Morris, Lee Zou and Daniel AandHaber SM. Genomic Instability Is Induced by Persistent Proliferation of Cells Undergoing Epithelial-to-Mesenchymal Transition. Cell Reports. 2016.
  68. Allison K. Simi AyAA, Melody Stallings-Mann, Sherry Zhang, Tiffaney Hsia MC, et al. A Soft Microenvironment Protects from Failure of Midbody Abscission and Multinucleation Downstream of the EMT-Promoting Transcription Factor Snail Molecular Cell Biology. 2018.