Для выяснения механизмов, посредством которых раковые клетки формируют резистентность и определённые структуры тканей в ответ на терапевтический стресс, исследователи отслеживали временную динамику жизненного цикла полиплоидных гигантских раковых клеток (ПГРК), индуцированных митотическим дестабилизатором винкристином (ВКР).

Живая флуоресцентная микроскопия клеток выявила, что ВКР активирует отличительный эндорепликационный жизненный цикл, который заменяет канонический митоз. Эндорепликация представляет собой процесс многократной репликации ДНК без последующего деления клетки, что приводит к образованию клеток с многократным набором хромосом — полиплоидных гигантских клеток. Эти клетки демонстрируют существенно сниженную пролиферативную активность по сравнению с обычными раковыми клетками, однако приобретают ряд других критически важных свойств.

ПГРК проявляют усиленный эпителиально-мезенхимальный переход (ЭМП) — процесс, при котором эпителиальные клетки теряют свою полярность и межклеточные контакты, приобретая миграторные и инвазивные свойства мезенхимальных клеток. Параллельно наблюдается прогрессивное приобретение бластомероподобных черт — ПГРК начинают напоминать клетки раннего эмбриона на стадии дробления. Важно отметить, что ПГРК обладают широким потенциалом мультилинейной дифференцировки, то есть способностью давать начало различным типам клеток.

Как популяции ПГРК, так и отдельные потомки, полученные от одиночных ПГРК, демонстрировали приобретение злокачественных свойств, зависящее от времени экспозиции и концентрации препарата, в условиях in vitro, а также туморигенную способность in vivo. Это указывает на то, что ПГРК могут служить источником рецидивирующих опухолей с повышенной агрессивностью.

ПГРК-деривированные сфероиды — трёхмерные агрегаты клеток, напоминающие миниатюрные ткани — продемонстрировали способность дифференцироваться в клетки происхождения из всех трёх зародышевых листков: эктодермы, мезодермы и энтодермы. Это свидетельствует о плюрипотентности или, по крайней мере, о мультипотентности этих клеток, что принципиально отличает их от дифференцированных раковых клеток исходной опухоли.

Особое внимание исследователи уделили предпочковым ПГРК, индуцированным более высокими концентрациями винкристина. Эти клетки проявляли усиленную способность к формированию железистых структур и дифференцировке тканей. Морфологические исследования показали, что ядра в ПГРК-деривированных сфероидах претерпевают увеличение в размерах, формируют просветную структуру, после чего происходит созревание просвета — процесс, напоминающий органогенез в нормальном развитии.

С механистической точки зрения, ПГРК входят в состояние сенесценции — необратимой остановки клеточного цикла. Однако это не пассивное состояние: характеризуется оно повышенным секреторным фенотипом, связанным с сенесценцией (SASP, от англ. senescence-associated secretory phenotype). SASP проявляется в обильной продукции провоспалительных цитокинов, которые оказывают паракринное воздействие на окружающие клетки и микроокружение опухоли.

Ключевое открытие исследования заключается в идентификации конкретных молекулярных мишеней, критических для ПГРК-опосредованных процессов. Супрессия экспрессии IL1β, IL6 или IL8 при помощи РНК-интерференции, а также фармакологическая ингибиция их рецепторов, подавляли формирование ПГРК, их почкование — процесс, при котором от гигантской клетки отделяются более мелкие дочерние клетки, — эпителиально-мезенхимальный переход и бластомероподобное репрограммирование в структурированную ткань.

Полученные данные предоставляют новые механистические инсайты в раннее эмбриогенез и канцерогенез на уровне структурно-развития тканей. Исследование демонстрирует, что терапевтический стресс может не просто убивать раковые клетки, но и индуцировать в них фундаментальные перепрограммирования, приводящие к образованию резистентных, плюрипотентных популяций с повышенной способностью к формированию структурированных тканей. Эти результаты имеют важные клинические импликации для понимания механизмов приобретения резистентности к химиотерапии и разработки стратегий его преодоления, направленных на цитокиновые сигнальные пути SASP.