Научная электронная библиотека

Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

ПАРАТГОРМОН-РОДСТВЕННЫЙ ПРОТЕИН. 2-е издание переработанное и дополненное

Курзанов А. Н., Ледванов М. Ю., Быков И. М., Медведев В. Л., Стрыгина Е. А., Бизенкова М. Н., Заболотских Н. В., Ковалев Д. В., Стукова Н. Ю.,

14.2.1. Роль паратгормон-родственного протеина в период эмбрионального развития молочных желез, полового созревания и ранней беременности

Эмбриональное развитие молочных желез регулируется сложными взаимодействиями между множественными факторами роста, включая ПТГрП. ПТГрП является критическим регулятором морфогенеза эмбриональной молочной железы (Hiremath M., Wysolmerski J., 2013).

Существует немало убедительных доказательств, свидетельствующих о важной роли ПТГрП в формировании молочных желез у млекопитающих (Wysolmerski J.J. et al., 1995; Boras-Granic K. et al., 2011; Gonzalez-Suarez E. et al., 2010; Wysolmerski J.J. et al., 2001; Van Houten J.N. et al., 2003). ПТГрП и PTH1R необходимы для нормального развития молочной железы. ПТГрП участвует в физиологическом развитии молочной железы (Rouffet J., Barlet J.P., 1995) являясь важным элементом организации сложного взаимодействия эпителиальных и мезенхимальных клеток (Seitz P.K. et al., 1993). ПТГрП играет важную роль в морфогенезе молочной железы, влияя на межклеточные взаимодействия между эпителиальными клетками, формирующими протоки и альвеолы, и клетками стромы, включающими фибробласты и адипоциты. Для формирования молочной железы абсолютно необходимы и ПТГрП и PTH1R. ПТГрП и его рецептор, важны для образования мезенхимы молочной железы и роста формирующихся молочных протоков в эмбриональном периоде (Hens J.R., Wysolmersk J.J., 2005; Hens J.R. et al., 2007). ПТГрП регулирует развитие эмбриональных молочных желез, секретируя и активируя PTH1R на соседних клетках.

Во время эмбрионального развития молочной железы ген ПТГрП экспрессируется в эпителиальных клетках почки молочной железы, как только начинает развиваться молочная плакода. тогда как ген его рецептора PTH1R экспрессируется в мезенхиме, окружающей инвагинирующую почку молочной железы (Juppner H. et al., 1991; Wysolmerski J.J. and Stewart A.F., 1998). Взаимодействие ПТГрП с рецептором PTH1R индуцирует полную дифференцировку этих клеток (Wysolmerski J.J. et al., 1995; Wansbury O. et al., 2011).

Поскольку почка молочной железы инвагинатна, ПТГрП действует на свой рецептор, чтобы вызвать дифференциацию окружающей мезенхимы в специализированную конденсированную мезенхиму молочной железы. Стимуляция ПТГрП необходима для того, чтобы эта мезенхима выполняла три жизненно важные функции:

1) поддерживать развитие эпителиальных клеток молочных желез;

2) индуцировать эпидермис для образования оболочки соска;

3) инициировать рост и морфогенез протоков.

В отсутствие сигнала ПТГрП эпителиальные клетки молочной железы дифференцируются в клетки кожи, сосок не формируется и морфогенез прерывается (Wysolmerski J.J. et al., 1998; Dunbar M.E. et al., 1999; Foley J. et al., 2001).

Экспрессия ПТГрП ограничена эпителиальными клетками в зародышах молочных желез как у эмбрионов мыши, так и у плодов человека мезенхимальными клетками у обоих видов. Во время развития мыши ПТГрП заметно продуцируется в эпителиальных клетках молочной железы, начиная с дня E11 одновременно с образованием плакод молочной железы. PTH1R широко экспрессируется окружающими незрелыми мезенхимальными клетками, расположенными под всем эпидермисом у обоих видов.

Когда почка молочной железы инвагинируется ПТГрП индуцирует пролиферацию и дифференцировку мезенхимальных клеток, по крайней мере частично, путем активации сигнальных каскадов BMP и Wnt (Hens J.R. et al., 2007; 2009; Hiremath M. et al., 2012). У самцов мышей развитие эмбриональной молочной железы нарушается между E14 и E15 циркулирующими андрогенами, которые взаимодействуют с рецептором андрогена, экспрессируемым в мезенхиме молочной железы (Cowin P., Wysolmerski J., 2010; Propper A.Y. et al., 2013). Эпителиальные клетки у плода индуцируют под влиянием ПТГрП экспрессию рецепторов андрогенов в мезенхимальных клетках, которые в ответ на действие андрогенов, продуцируемых семенниками мужских эмбрионов, собираются вокруг эпителиальной почки и разрушают ее. Андрогены индуцируют конденсацию и уплотнение мезенхимальных клеток вокруг эпителиального зачатка, разрывая его связь с эпидермисом. Кроме того, андрогены вызывают широко распространенный апоптоз мезенхимальных клеток. Процесс приводит либо к отсутствию развития протоковой системы молочной железы, либо к формированию рудиментарного протока, который отделен от кожи и не может расти в жировую подушку молочной железы. Дефекты дифференцировки мезенхимы молочной железы при делеции у эмбрионов генов ПТГрП и PTH1R приводят к отмене этого андроген-опосредованного разрушения молочной почки и потере полового диморфизма в развитии молочной почки (Dunbar M.E. et al., 1999). В отсутствии ПТГрП или его рецептора в мезенхимальных клетках, в них не экспрессируются рецепторы андрогенов и из сохранной эпителиальной почки идет развитие молочной железы по женскому типу Исследования роли мезенхимы молочной железы в развитии эмбриональных молочных желез продемонстрировали, что паракринные взаимодействия между ПТГрП и PTH1R необходимы для разрастания протоков молочной железы, образования сосков и поддержания эмбриональных стволовых клеток/клеток-предшественников молочной железы (Hiremath M., Wysolmerski J., 2013).

Исследования роли ПТГрП в развитии молочной железы в основном были сосредоточены на эффектах N-концевых доменов, либо полноразмерного белка. В недавней работе (Luparello C. et al., 2019) впервые показано влияние срединной секреторной формы ПТГрП, то есть фрагмента [38–94], на неопухолевые эпителиальные клетки молочной железы линии HB2. Показано, что срединный регион ПТГрП действует как стимулятор роста/дифференцировки клеток в обычных условиях и в условиях «питательного стресса», соответственно перепрограммируя экспрессию генов, и способен связываться с цитогенетическими препаратами из клеток HB2. Это подтверждает концепцию, согласно которой физиологические механизмы, вовлекающие ПТГрП в развитие молочной железы, могут включать зрелые формы белка, отличные от N-концевого фрагмента.

Нарушение передачи сигналов ПТГрП на PTH1R у мышей или людей вызывает дефекты развития мезенхимы молочной железы и приводит к нарушению последующего морфогенеза (Robinson G.W., 2007; Cowin P., Wysolmerski J., 2010; Propper A.Y. et al., 2013).

Удаление гена ПТГрП у мышей и людей приводит к тому, что почка молочной железы не инициирует морфогенез ветвления протоковой системы (Wysolmerski J.J. et al., 1998; Wysolmerski J.J. et al., 2001). Молочные железы у самок мышей с гомозиготной инактивацией гена ПТГрП не развиваются, за исключением, самых ранних этапов). У ПТГрП-нокаутных мышей отсутствуют эпителиальные протоки молочных желез. ПТГрП-нокаутные эмбрионы мышей обнаруживают первичную недостаточность ветвящегося морфогенеза во время развития эмбриональных молочных желез. Почки молочных желез формируются надлежащим образом у эмбрионов с нокаутом гена ПТГрП, но не подвергаются начальному циклу ветвления, который приводит к формированию типичного незрелого протокового дерева. Эпителиальная структура молочной железы не может удлиняться и/или проникать в развивающуюся жировую прокладку в отсутствие ПТГрП. Вместо этого молочная почка остается в верхней дерме, окруженной плотной фиброзно-соединительной тканью. Эпителиальные клетки молочной железы дегенерировали у новорожденных мышей, нокаутированных по ПТГрП, оболочка соска не сформировалась, и все следы системы эпителия молочных желез исчезли, что объясняет отсутствие структур молочной железы у зрелых спасенных мышей с нокаутом гена ПТГрП (Dunbar M.E. et al., 1998). Изучение плодов с мутациями в гене PTH1R, которые вызвали потерю функции рецептора подтвердило важность передачи сигналов ПТГрП для правильного развития молочной железы у людей (Wysolmerski J.J. et al., 2001). Потеря PTH1R на мезенхимальных клетках у эмбрионов с делецией PTH1R в зародышевых почках вызывает дефекты развития молочных желез, идентичные тем, которые вызваны потерей ПТГрП из эпителиальных клеток у эмбрионов с делецией ПТГрП (Wysolmerski J.J., Stewart A.F., 1998; Wysolmerski J.J. et al., 1998; Foley J. et al., 2001; Dunbar M.E. et al., 1999; Cormier S. et al., 2003; Hiremath M., Wysolmerski J.J., 2013). Аналогичным образом, у плодов человека с хондродисплазией Бломстранда и гомозиготными нулевыми мутациями в гене PTH1R отсутствует развитие протоков молочной железы.(Wysolmerski J.J. et al., 2001). Мутации, вызывающие инактивацию рецептора ПТГрП, приводят к развитию летальных форм карликовости, сопровождающихся отсутствием у плодов сосков и молочных желез (Toribio R.E. et al., 2010). Потеря функции PTH1R у мышей и людей приводит к полному отсутствию эпителия молочной железы (Wysolmerski J.J. et al., 1998; Dunbar M.E., Wysolmerski J.J., 1999; Foley J. et al., 2001).

Сверхэкспрессия и недостаточная экспрессия ПТГрП нарушают процесс ветвления протоков, посредством которого развивается молочная железа Избыточная экспрессия ПТГрП у мышей проявляется нарушением пролиферации и удлинения протоков и морфогенеза протоков в процессе развития молочных желез в период полового созревания и на ранних сроках беременности (Wysolmerski J.J. et al., 1994; 1995). Сверхэкспрессия ПТГрП в базальных кератиноцитах трансгенных мышей с использованием промотора кератина 14 (мыши K14-ПТГрП) приводит к превращению субэпидермальной мезенхимы из дермы в конденсированную мезенхиму молочной железы. Это, в свою очередь, подавляет развитие волосяного фолликула и заставляет эпидермис приобретать характеристики специализированной кожи сосков (Foley J. et al., 2001). Трансгенная опосредованная реинтродукция ПТГрП в эпителиальные клетки молочной железы у животных, нокаутированных по ПТГрП, обратила вспять недостаточность эмбрионального развития молочной железы и позволила развить целостную систему молочных протоков внутри жировой ткани молочной железы. Эти и другие результаты продемонстрировали, что сигналы ПТГрП от эпителия зачатка молочной железы к мезенхиме индуцируют правильную дифференцировку специализированной мезенхимы молочной железы, что, в свою очередь, поддерживает дальнейший эпителиальный морфогенез (Hens J.R. et al., 2007; Cowin P., Wysolmerski J., 2010).

ПТГрП также играет роль в эпителиально-мезенхимальных взаимодействиях, которые управляют морфогенезом молочной железы во время беременности, включая поздние этапаы морфогенеза протоков. Гиперэкспрессия ПТГрП в молочной железе трансгенных мышей сопровождается развитием дефектов формирования протоковой системы при пубертации, а также лобулоальвеолярном развитии при беременности. ПТГрП был впервые обнаружен в зрелой молочной железе во время поздней беременности и лактации (Budayr A.A. et al., 1989; Thiede M.A., Rodan G.A., 1988). Dunbar M.E. et al. (1998) обнаружили мРНК, кодирующую ПТГрП в эпителии молочных желез и рецепторы PTH1R в строме во время полового созревания и в период беременности. Избыточное производство ПТГрП в миоэпителиальных клетках молочной железы трансгенных мышей приводит к аномальному развитию протоков молочной железы в период полового созревания и ранней беременности (Wysolmerski J.J. et al., 1994). Перепроизводство ПТГрП в период полового созревания серьезно ухудшает как общую скорость пролиферации протоков, так и характер бокового ветвления. Кроме того, перепроизводство ПТГрП во время ранней беременности ухудшает развитие терминальных протоков. Эти эффекты, по-видимому, опосредованы аминоконцевым доменом ПТГрП, действующим через рецептор PTH1R.