Magyar Tudomány, 2005/6 652. o.

Immungenomika: a genomalapú immunológia

Rajnavölgyi Éva

az MTA doktora, egyetemi tanár, intézetigazgató, Debreceni Egyetem Orvos és Egészségtudományi Centrum, Általános Orvostudományi Kar Immunológiai Intézet - evaraj @ jaguar.dote.hu

Immungenomika és tumor immunológia - Két határterület mezsgyéjén


A rosszindulatú daganatok kifejlődése korunk rettegett és egyre gyakoribb betegsége. Ez a változatos kórkép mai tudásunk szerint genetikai betegségnek tekinthető, amely - ellentétben az egyetlen gén hibájából származó örökletes megbetegedésekkel - egyetlen testi sejtben bekövetkező sorozatos genetikai változások eredményeként jön létre. A betegség kialakulását az ismert rákkeltő hatások elkerülésével és a korai diagnózis esélyét növelő rendszeres szűrővizsgálatokkal előzhetjük meg. Ez a rövid összefoglaló a rákkutatás genomikai és proteomikai módszereken alapuló új eredményeinek tumor immunológiai jelentőségét vázolja fel.

A tumorsejtek genomikai és proteomikai vizsgálata

A szervezet szinte bármely szövetét érintő, korlátlanul szaporodó rosszindulatú daganatok sajátságainak genomikai és proteomikai módszerekkel történő átfogó tanulmányozása alkalmasnak bizonyult eddig nem ismert összefüggések felderítésére. Így vizsgálhatóvá vált, hogy miben különböznek az egészséges, jól működő szöveti sejtek és a belőlük képződő, korlátlanul szaporodó rosszindulatú ráksejtek, mi az eltérés az egy adott szövettípusból származó különböző tumorsejtek között, vagy milyen sajátságokban térnek el a daganatképződés korai és késői szakaszában izolált ráksejtek. Ezek a vizsgálatok új daganat altípusok azonosítását, a tumorfejlődés különböző stádiumainak jellemzését, valamint a daganatsejtekre jellemző közös és egyedi molekuláris mintázatok felismerését tették lehetővé. Ennek alapján például az immunrendszer B-limfocitáinak (Rajnavölgyi, 2003) rosszindulatú burjánzásával járó, morfológiailag egységesnek tűnő, diffúz nagy B-sejtes limfómák két eltérő csoportba sorolhatók, az ösztrogén-receptorral nem rendelkező, emlő ráksejtek pedig két eltérő prognózisú és áttétképző sajátsággal rendelkező típusra oszthatók. Ezek az eredmények nemcsak az osztályozás szempontjából jelentenek új eredményeket, de a különböző típusú ráksejtek klinikailag releváns alcsoportjainak felismerése új tumor markerek azonosítását (Mills et al., 2001), a korai felismerést szolgáló érzékeny kimutatási eljárások kifejlesztését és az eltérő funkcionális sajátságok alapján tervezett kezelési lehetőségek optimalizását is lehetővé teszik (Hanash et al., 2002; Pusztai et al., 2003; Lakhani - Ashworth, 2001).

A rosszindulatú daganatsejtek képződése

A tumorsejtek összehasonlító genomikai vizsgálata jelentős tumorbiológiai szemléletváltást is eredményezett, amennyiben igazolta, hogy a szöveti sejtek gyorsan szaporodó, rosszindulatú sejtekké történő átalakulása, a malignus transzformáció többlépéses folyamat, amelynek során az egymást követő genetikai változások új tulajdonságokkal jellemezhető, korlátlanul osztódó, más szövetekbe is behatoló invazív sejtek kialakulását eredményezik (Hanahan - Weinberg, 2000). Ezek az eredmények azt is igazolták, hogy bár a daganatsejtek egyetlen genetikailag megváltozott sejt leszármazottai, a tumorfejlődés késői szakaszaiban heterogén sejtpopulációt képviselnek, amelyen belül előfordulnak önmegújító képességgel rendelkező tumor "őssejtek", tovább differenciálódott rosszindulatú és még nem malignus ráksejtek is (Kopper - Hajdú, 2004). Arra is fény derült, hogy a mintegy száz különféle tumor képződése a szervezetben hasonló következményekkel járó genetikai változásokra vezethető vissza (Vogelstein - Kinzler, 2004). Ezek a változások a daganatsejt eredetétől függetlenül olyan közös szabályozási útvonalak résztvevőit érintik, amelyek a sejt alapvető életfunkcióit, mint például túlélését, osztódását, differenciálódását, kellő időben történő pusztulását irányítják. Így a rosszindulatú ráksejtek közös, szerzett sajátsága, hogy bennük a sejtosztódást, a sejt belső és szöveti egyensúlyát fenntartó, valamint a genetikai hibák kijavítását és helyreállítását biztosító folyamatok károsodnak vagy működésképtelenné válnak. Ezek a változások a sejt genetikai instabilitásához és a további genetikai változások gyakoriságának fokozódásához vezetnek, ami további funkcionális zavarokat eredményezhet.

A daganatképződés ún. "multi-hit" modellje alátámasztotta a rosszindulatú daganatok kialakulását megelőző, sok esetben még visszafordítható folyamatok és szöveti elváltozások korai és megbízható kimutatásának fontosságát. Az új szövetmintavételi eljárások - kombinálva a korszerű genomikai és proteomikai vizsgálatokkal - ezen a területen új korai szűrési lehetőségek kidolgozását teszik lehetővé (Lakhani - Ashworth 2001).

A tumorsejtek genetikai változásai felismerhetők az immunrendszer sejtjei és molekulái által

Az immunrendszer általános feladata a szervezet egészének védelme, a szervezetbe kerülő vagy ott képződő testidegen és káros anyagok eltávolítása (Erdei 2003; Rajnavölgyi, 2003). Az immunrendszer működését biztosító folyamatok kialakulása az emberi fajjal együtt fejlődő mikroorganizmusok jelenlétében ment végbe, így elsősorban a kórokozók távoltartását és szervezetből való eltávolítását biztosító felismerő és végrehajtó mechanizmusok fejlődtek ki. Ezek megfelelő időben és módon történő aktiválódása szervezetünket számos fertőző betegséggel szemben védi meg, de egyes kórokozók esetén bizonyos egyedekben a védekező rendszer nem tudja maradéktalanul eltávolítani a szervezetbe került kórokozókat. Ilyenkor az immunrendszer és a kórokozó között kétirányú kapcsolat alakul ki, amelynek kimenetelét a gazdaszervezet és a kórokozó folyamatos egymásra hatása és alkalmazkodása határozza meg. Ennek során az immunrendszer képes hosszantartó, lappangó fertőzéseket - mint például a potenciálisan tumort keltő vírusok jelenlétét is - mindaddig egyensúlyban tartani, amíg a védekező folyamatok működésének valamelyik láncszeme vagy annak hatásfoka nem sérül.

Számos vizsgálati eredmény utal arra, hogy az immunrendszer kórokozókkal szemben felvonultatott védekező folyamatai a szervezet saját elöregedett, károsodott vagy elpusztult sejtjeit is képesek felismerni és eltávolítani, míg az egészséges szöveti sejtekkel szemben az immunrendszer nem lép fel, hanem "toleráns" marad. Jogos kérdésként merül fel, hogy a szöveti sejtekből kialakuló, azokhoz nagyon hasonló de genetikailag hibás saját sejtekhez hogyan viszonyul az immunrendszer? A nagyméretű rosszindulatú daganatok kialakulásának lehetősége azt igazolja, hogy az immunrendszer ezt a feladatot nem vagy nem mindig megfelelően látja el. A daganatok kialakulásával kapcsolatos szemléletváltás a tumorok és az immunrendszer kapcsolatának lehetőségeit is átértékelte. Ellentétben a korábbi felfogással, miszerint a ráksejtek olyannyira hasonlítanak a szöveti sejtekhez, hogy azokat az immunrendszer nem képes idegenként felismerni, mai tudásunk szerint a tumorok kialakulása során létrejött genetikai változások alkalmasak a természetes és a szerzett immunitás sejtjeinek mozgósítására. A természetes ölősejtek (NK-sejtek) például a bizonyos tumorsejteken megjelenő speciális "stresszfehérjékkel" (például a polimorf MICA/B) teremtenek kapcsolatot, a szerzett immunitást közvetítő B- és T-limfociták pedig a ráksejtekre jellemz ő tumor antigének felismerésére képesek. Az egyes malignus sejtekre jellemző tumorspecifikus antigének általában mutációk eredményeként képződnek, míg a bizonyos szöveti sejtekben és a ráksejtben is kifejeződő tumorasszociált antigének sokszor megváltozott, egészséges sejtekből hiányzó szekvenciaszakaszok kifejeződése vagy alternatív leolvasás eredményeként jönnek létre (Rosenberg, 1999). A molekuláris biológiai és az immunológiai módszerek kombinálásával az utóbbi évtizedben számos egyedi és közös tumor antigént sikerült azonosítani (Rajnavölgyi - Lányi, 2002). A tumorsejtekből izolált, nagyméretű DNS-szakaszokat tartalmazó "génkönyvtárak" és a rákos betegekből izolált tumorellenes limfociták és ellenanyagok felhasználásával végzett funkcionális immunológiai vizsgálatok olyan új géncsaládok felfedezéséhez is vezettek, amelyek a tumorasszociált fehérjék egy speciális csoportját kódolják. Ezek a tumor antigének a szervezet szöveti sejtjeiben nem jelennek meg, csupán az ivarszervekben mutathatók ki, de a tumorképződés folyamata során többféle ráksejttípusban is újra aktiválódnak. Ezek a közös tumor antigének, amelyek ellen az immunrendszernek még nem volt módja toleranciát kialakítani, az antigén-specifikus immunterápiás eljárások kutatásának új lehetőségeit nyitották meg.

A tumorellenes immunválasz legfontosabb mechanizmusai

Az immunológiai kutatások azt is igazolták, hogy a daganatsejtek ellen kialakuló hatékony immunválasz sok hasonlóságot mutat a vírussal fertőzött sejtek által kiváltott sejtes immunválasszal, amennyiben mind a vírus-, mind pedig a tumorellenes immunválasz leghatékonyabb végrehajtó/effektor sejtjei a természetes ölősejtek (NK-sejt), valamint a citotoxikus T-limfociták (Tc) (Rajnavölgyi, 2003, 2004). A két sejtféleség eltérő módon tesz különbséget az egészséges és a megváltozott tulajdonságú, vírussal fertőzött vagy rákos sejtek között, de a sejtpusztító mechanizmusok beindulása hasonló molekulák közvetítésével vezet a vírust hordozó vagy ráksejtek membránjának károsításához és a célsejt elpusztításához. A Tc-sejteket a ráksejtekben szintetizálódó tumor antigének sejten belüli lebontása során képződő peptidek MHC-I fehérjékkel alkotott sejtfelszíni komplexei aktiválják (Rajnavölgyi, 2003). Az NK-sejtek citotoxikus aktivitását a peptiddel feltöltött sejtfelszíni MHC-I molekulák jelenléte gátolja, így csak azokat a tumorsejteket képesek károsítani, amelyek felszínén a tumorfejlődés késői szakaszában csökken az MHC-I molekulák megjelenése. Mivel a sejtpusztító hatással rendelkező antigén-specifikus Tc-sejtek potenciális veszélyt jelenthetnek a szervezet szöveti sejtjei számára, így elsődleges aktiválódásuk szigorúan szabályozott. Az immunrendszernek ezt az ágát csak a leghatékonyabb hivatásos antigén prezentáló sejtként működő, megfelelően aktivált dendritikus sejtek (DS) és a természetes immunitás egyéb sejtjeivel való kollaboráció indítja el. Ebben a folyamatban az NK-sejtek mellett a tumoreredetű módosított lipideket felismerő NKT-sejtek is fontos szerepet játszanak. Így a Tc-sejtek elsődleges aktiválásához az NK- és az NKT-sejtek által aktivált DS-ek, a tumor antigéneket felismerő segítő T-limfociták (Th) és a Tc-sejtek koordinált együttműködésére van szükség (2. ábra).

Ez a természetes és a szerzett immunitás sejtjeinek kölcsönhatását igénylő folyamat a tumor szöveti környezetében kezdődik, és csak a tumorszövethez közeli nyirokcsomók speciális mikrokörnyezetében vezethet a Tc-sejtek aktivációjához abban az esetben, ha az elpusztult tumorsejteket bekebelező DS-ek közvetítésével kellő mennyiségű tumor antigén kerül a T-limfociták számára bemutatásra. A Tc-sejtek "sorozatgyilkosként" működnek, és sok ráksejt elpusztítására is képesek, így rendkívül hatékony végrehajtó funkciót közvetítenek. Ezért a védelmet biztosító tumorellenes immunválasz kialakulásához alapvető fontosságú, hogy a tumorképződés melyik stádiumában van lehetőség kellő számú Tc-sejt aktiválódására, és azoknak milyen mennyiségű rákos sejt elpusztításával kell megbirkózniuk.

A rosszindulatú tumorsejtek és az immunrendszer kétirányú kapcsolata

Amennyiben a tumorsejtek felismerése és az immunrendszer végrehajtó sejtjeinek aktiválódása és felszaporodása már a tumorképződés kezdeti szakaszában megtörténik, több esély van a tumorsejtek maradéktalan eltávolítására. Bár ezt a folyamatot nem érzékeljük, az egészséges immunrendszerrel rendelkező egyedek szervezetét sok esetben valószínűleg ilyen optimális körülmények között zajló immunológiai folyamatok védik meg a nagyméretű daganatok kialakulásától (2. ábra). A genetikailag módosított egerekkel végzett vizsgálatok egyértelműen igazolták, hogy az adaptív immunválasz kialakulását biztosító gének vagy az ölősejtek sejtkárosító hatásáért felelős molekulák hiánya jelentősen fokozza a spontán és a kémiai ágensekkel kiváltott tumorok képződését.

A tumor immunológia ma elfogadott szemlélete szerint a genetikailag módosult testi sejtek folyamatos "immunológiai ellenőrzése" csak egy lehetséges kimenetele annak a hosszantartó folyamatnak, ami az immunrendszer és a tumorszövet közti kétirányú dinamikus kölcsönhatások eredményeként kialakul. Amennyiben a tumorsejtek korai immunológiai eltávolítása nem teljes, a hosszantartó vírusfertőzéshez hasonló egyensúlyi állapot alakulhat ki, amelyben az immunrendszer továbbra is próbálja ellenőrzés alatt tartani a szaporodó és állandóan változó tumorsejteket. Ez a "szelekciós környezet" azonban kedvez az immunrendszer kontrollja alól kimenekülni igyekvő új tumorsejt-variánsok képződésének, ami szabad utat engedhet egyes jól alkalmazkodó rosszindulatú sejtek felgyorsult osztódásának. Ezeket a tumorképződés késői szakaszában zajló genetikai és funkcionális változásokat tulajdonképpen az immunrendszer hatékony védekező mechanizmusai kényszerítik a ráksejtekre, aminek eredményeként a jól alkalmazkodó daganatsejtek számos olyan tulajdonságra is szert tesznek, amelyek segítségével megpróbálják magukat álcázni vagy észrevétlenné tenni az immunrendszer felismerő funkcióival szemben. A tumorsejtek és az immunrendszer kétirányú kapcsolatát igazolják azok a megfigyelések, amelyek szerint a legyengült immunrendszerrel rendelkező egyedekben kialakuló tumorok egészséges egyedekben lényegesen intenzívebb immunválasz kiváltására képesek (nagyobb immunogenitásúak), mint az egészséges egyedekből származó ráksejtek. Az is igazolt, hogy az áttétekből izolált ráksejtekben sokkal több esetben lehet kimutatni a Tc-sejtek aktiválásához szükséges MHC-I molekulák jelentősen gátolt kifejeződését, mint az elsődleges tumorsejtekben. Ezek a jelenségek is azt jelzik, hogy az immunrendszer védekező mechanizmusainak működése szelekciós nyomást gyakorol a fejlődő ráksejtekre, aminek eredményeként azokban az immunológiai felismerést kikerülő változások következnek be. Valószínű ennek a folyamatnak az eredménye az is, hogy a legtöbb daganatsejt olyan faktorok termelésére válik képessé, amelyek az immunrendszer végrehajtó sejtjeinek aktiválása helyett az ún. szabályozó T-limfociták felszaporodásának kedveznek. Ezek a gátlósejtek - a tumorsejtek által termelt más faktorokkal együtt - lehetővé teszik az immunrendszer effektor sejtjeinek távol tartását, aktiválódásának és/vagy végrehajtó funkcióinak gátlását és a tumorellenes tolerancia kialakulását.

A tumorellenes immunterápia lehetőségei

A tumorellenes immunterápiás eljárások legnagyobb kihívása az olyan stratégiák kifejlesztése, amelyek segítségével a rosszindulatú ráksejtek és az immunrendszer egyensúlyi folyamata kedvező irányba terelhető, és végül a tumorsejtek maradéktalan eltávolításához vezet (3. ábra).

Ennek előfeltétele a malignus átalakulást megelőző állapotok, vagy az elsődleges rosszindulatú ráksejtek megjelenésének mielőbbi felfedezése, ami a korai szűrővizsgálatok fejlesztésének és bevezetésének fontosságára hívja fel a figyelmet. A már kialakult tumorok elleni hatékony védekezés legnagyobb eséllyel olyan kombinált terápiás eljárások bevezetésével válhat csak lehetővé, amelyek során a malignus sejtek célzott pusztítását szolgáló immunterápiát a hagyományos sebészi, sugár- és/vagy kemoterápiával oly módon kombinálják, hogy az immunrendszer aktivált végrehajtó sejtjeinek csupán kisszámú visszamaradt tumorsejttel szemben kelljen fellépnie.

Az ilyen célú tumorellenes immunterápiák két, elvileg eltérő koncepcióra épülnek. A passzív immunterápiás eljárások során a visszamaradt tumorsejteket olyan saját végrehajtó sejtekkel (tumorspecifikus Tc- vagy aktivált NK- és NKT-sejtek) próbálják eltávolítani, amelyeket a gátló mechanizmusok kikerülése céljából a szervezeten kívül szaporítanak fel és aktiválnak. A hasonló elven működő, sejtpusztító hatású manipulált ellenanyagokkal végzett passzív immunterápia ennél szélesebb körben alkalmazható, mivel az effektor sejtekkel szemben nem követeli meg az egyénre szabott alkalmazást. Az aktív immunterápiás eljárások lényege, hogy a tumor antigéneket úgy juttatják vissza az egyed szervezetébe, hogy annak eredményeként hosszan tartó immunológiai memória alakuljon ki az esetlegesen újra fellépő tumorsejtekkel szemben. Az erre a célra tervezett sejteket vagy molekulákat a fertőző betegségek megelőzésére alkalmazott oltóanyagokkal ellentétben terápiás célú vakcináknak is nevezik. A genomikai és proteomikai eljárások alkalmazásával azonosított tumorspecifikus gének, fehérjék és antigének elsősorban az aktív immunizáláson alapuló eljárások számára nyitottak új lehetőségeket. Az egyik ilyen egyénre szabott kombinált eljárás a DS-alapú tumorvakcináció, amelynek során a tumor antigénekkel mesterségesen feltöltött saját aktivált DS-eket használják fel a hosszan tartó tumorellenes immunválasz kiváltásához (Rajnavölgyi, 2003).


Kulcsszavak: tumorképződés, tumor antigének, tumorellenes immunitás és tolerancia, tumorellenes immunterápia



1. ábra * A rosszindulatú ráksejtek kialakulásának többlépéses folyamata

A tumorok kifejlődését az egészséges sejtekben működő tumorgének (onkogének) kóros aktivációja, a sejtek belső egységét védő tumort gátló (tumorszupresszor) gének és a genetikai változások korrigálását végző stabilitási gének inaktiválódása váltja ki. Ezek a halmozott genetikai változások a tumorsejt számára növekedési előnyt jelentenek az egészséges sejtekkel szemben. A sejt életműködését befolyásoló genetikai hibákat az érintett sejtben vagy annak környezetében általános ellenőrző mechanizmusok próbálják kiküszöbölni. Így a tumorképződés korai, egysejt szinten zajló lépései az immunrendszertől függetlenül zajlanak, eredményeként új tulajdonságokkal felruházott, korlátlanul szaporodó invazív sejtek alakulnak ki.



2. ábra * A természetes és szerzett immunitás sejtjeinek együttműködése a tumorellenes immunválasz során

A tumorszövet közelében elhelyezkedő DS-ek folyamatosan felveszik a tumorsejtekből felszabaduló tumor antigéneket, a rajtuk megjelenő "veszély molekulák" közvetítésével kapcsolatba kerülnek az NK-sejtekkel, amelyek képesek ezeket a stresszfehérjéket felismerni. Az aktivált NK-sejtek által termelt gyulladási citokinek aktiválják a DS-eket, és elősegítik a tumorellenes immunválasz elindítását. A tumorsejtekből felszabaduló módosított lipidszerű molekulákat a DS-ek szintén felveszik, és az MHC-I molekulákhoz hasonló CD1 molekulák segítségével bemutatják az NKT-sejtek számára. Az NKT-sejtek aktivációja olyan citokinek termeléséhez vezet, amelyek elősegítik a DS-ek aktivációját, valamint a Th- és a Tc-sejtek képződését. Az aktivált NK- és Tc-sejtek hatékony sejtölő működése a tumorsejtek eltávolítását eredményezheti. Bizonyos tumoroknál az NKT-sejtek gátolhatják is a tumorellenes immunválasz kialakulását.



3. ábra * A tumorfejlődés korai és késői szakaszában lévő tumorsejtek kapcsolata az immunrendszerrel

A dinamikus változásokkal járó tumorképződés folyamata során a genetikailag instabil ráksejtek immunrendszerrel való kölcsönhatása is változik. A genetikai változásokat felhalmozó rosszindulatú sejteket az immunrendszer akkor ismeri fel, ha a változás kellő mennyiségű tumor antigén képződéséhez és az immunrendszer megfelelő aktivációjához vezet. A tumorképződés későbbi stádiumában az aktiválódó immunrendszer a jól alkalmazkodó tumorsejtvariánsok meneküléséhez és az immunrendszer mechanizmusainak hatástalanításához vezethet. A ráksejtek és az immunrendszer kétirányú kapcsolata tumortípusokként és az immunrendszer aktuális állapotától függően egyedenként és a tumorképződés folyamata során is eltérő lehet.


Irodalom

Rajnavölgyi Éva (2003): A dendritikus sejtek és terápiás felhasználási lehetőségeik. Magyar Tudomány. 4, 440-450.

Mills, Gordon B. - Bast, R. C. Jr. - Srivastava, S. (2001): Future for Ovarian Cancer Screening: Novel Markers from Everging Technologies of Transcriptional Profiling and Proteomics. Journal of the National Cancer Institute. 93, 1437-1438.

Hanash, Samir M. - Madoz-Gurpide, J. - Misek, D. E. (2002): Identification of Novel Targets for Cancer Therapy Using Expresion Proteomics. Leukemia. 16, 478-485.

Pusztai Lajos - Ayers, M. - Stec, J. - Hortobágyi G. N. (2003): Clinical Application of cDNA Microarrays in Oncology. Oncologist. 8, 252-258.

Lakhani, Sunil R. - Ashworth, Alan (2001): Microarray and Histopathological Analysis of Tumours: The Future and the Past? Nature Reviews Cancer. 1, 151-157.

Hanahan, Douglas - Weinberg, Robert A. (2000): The Hallmarks of Cancer. Cell. 100, 57-70.

Kopper László - Hajdú Melinda (2004): Tumorőssejtek. Magyar Tudomány. 3, 319-325.

Vogelstein, Bert - Kinzler, Kenneth W. (2004): Cancer Genes and the Pathways They Control. Nature Medicine. 10, 789-799.

Erdei Anna (2003): A természetes immunitás hatalma. Magyar Tudomány. 4, 422-430.

Rosenberg, Steven A. (1999): A New Era for Cancer Immunotherapy Based on the Genes That Encode Cancer Antigens. Immunity. 10, 281-287

Rajnavölgyi Éva - Lányi Árpád (2002): CD4+ T Lymphocytes in Anti-tumor Immunity. Advances in Cancer Research. 87, 195-249.

Rajnavölgyi Éva (2004): Az őssejtek és az immunrendszer. Magyar Tudomány. 3, 306-318.

Dunn, Gavin P. - Old, L. J. - Schreiber, R. D. (2004): The Immunobiology of Cancer Immunosurveillance and Immunoediting. Immunity. 21, 137-148.


<-- Vissza a 2005/6 szám tartalomjegyzékére