Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1048010.32607/20758251-2015-7-2-17-28ReviewsОбзорыResearch ArticleCancer Invasion: Patterns and MechanismsИнвазия опухолевых эпителиальных клеток: механизмы и проявленияKrakhmalN. V.КрахмальН. В.
Russian Federation
d_evgeniy@oncology.tomsk.ruZavyalovaM. V.ЗавьяловаM. В.
Russian Federation
d_evgeniy@oncology.tomsk.ruDenisovE. V.ДенисовE. В.
Russian Federation
d_evgeniy@oncology.tomsk.ruVtorushinS. V.ВторушинS. В.
Russian Federation
d_evgeniy@oncology.tomsk.ruPerelmuterV. M.ПерельмутерВ. M.
Russian Federation
d_evgeniy@oncology.tomsk.ruSiberian State Medical UniversityСибирский государственный медицинский университет Министерства здравоохранения Российской ФедерацииTomsk Cancer Research InstituteТомский научно-исследовательский институт онкологииTomsk State UniversityНациональный исследовательский Томский государственный университет1506201572VOL 7, NO2 (2015)ТОМ 7, №2 (2015)172817012020Copyright ©; 2015, Krakhmal N.V., Zavyalova M.V., Denisov E.V., Vtorushin S.V., Perelmuter V.M.Copyright ©; 2015, Крахмаль Н.В., Завьялова M.В., Денисов E.В., Вторушин S.В., Перельмутер В.M.2015Krakhmal N.V., Zavyalova M.V., Denisov E.V., Vtorushin S.V., Perelmuter V.M.Крахмаль Н.В., Завьялова M.В., Денисов E.В., Вторушин S.В., Перельмутер В.M.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10480

Cancer invasion and the ability of malignant tumor cells for directed migration and metastasis have remained a focus of research for many years. Numerous studies have confirmed the existence of two main patterns of cancer cell invasion: collective cell migration and individual cell migration, by which tumor cells overcome barriers of the extracellular matrix and spread into surrounding tissues. Each pattern of cell migration displays specific morphological features and the biochemical/molecular genetic mechanisms underlying cell migration. Two types of migrating tumor cells, mesenchymal (fibroblast-like) and amoeboid, are observed in each pattern of cancer cell invasion. This review describes the key differences between the variants of cancer cell migration, the role of epithelial-mesenchymal, collective-amoeboid, mesenchymal-amoeboid, and amoeboid-mesenchymal transitions, as well as the significance of different tumor factors and stromal molecules in tumor invasion. The data and facts collected are essential to the understanding of how the patterns of cancer cell invasion are related to cancer progression and therapy efficacy. Convincing evidence is provided that morphological manifestations of the invasion patterns are characterized by a variety of tissue (tumor) structures. The results of our own studies are presented to show the association of breast cancer progression with intratumoral morphological heterogeneity, which most likely reflects the types of cancer cell migration and results from different activities of cell adhesion molecules in tumor cells of distinct morphological structures.

Изучение инвазивных свойств опухолевой ткани, способности злокачественно измененных клеток к направленному движению и формированию вторичных метастатических очагов в отдаленных органах и тканях остается актуальным на протяжении многих лет. Многочисленные исследования подтверждают существование в рамках инвазивного роста двух основных моделей клеточной миграции, посредством которых опухолевые клетки преодолевают структурные барьеры и распространяются в окружающие ткани. Среди них выделяют коллективную (групповую) и индивидуальную миграции. Каждому варианту клеточного движения свойственны определенные морфологические характеристики, а также биохимические и молекулярно-генетические особенности тех механизмов, которые лежат в их основе. В пределах каждого варианта клеточного движения обнаружены опухолевые клетки, осуществляющие миграцию двумя различными способами - мезенхимальным (фибробластоподобным) и амебоидным. В представленном обзоре рассмотрены ключевые параметры, определяющие различия между разновидностями инвазивного роста, описана роль эпителиально-мезенхимального, коллективно-амебоидного, мезенхимально-амебоидного и амебоидно-мезенхимального переходов в процессе инвазии, а также значение различных опухолевых факторов и молекул микроокружения. Рассмотрена взаимосвязь опухолевой инвазии, опухолевой прогрессии и эффективности терапии злокачественных новообразований. Представлены убедительные доказательства того, что проявления инвазии характеризуются большим разнообразием тканевых структур. Приведены полученные нами результаты изучения особенностей течения рака молочной железы в зависимости от внутриопухолевой морфологической гетерогенности новообразования, представляющей, вероятно, частное проявление разнообразия инвазивного роста опухоли и обусловленной специфической активностью молекул межклеточной адгезии в опухолевых клетках различных морфологических структур.

cancerinvasioncell migrationcollective cell migrationindividual cell migrationинвазияиндивидуальная миграцияклеточная миграцияколлективная миграцияопухольThe study was supported by a grant from the Russian Science Foundation No. 14-15-00318 (review of the authors’ own data) and the Tomsk State University Competitiveness Improvement Programme. Work was partially carried out on equipment of Tomsk Regional Common Use Center, with the support of the Russian Ministry of the Agreement No.14.594.21.0001 (RFMEFI59414X0001).Исследование выполнено за счет гранта РНФ № 14-15-00318 (обзор собственных данных) и в рамках программы повышения конкурентоспособности ТГУ. Часть работ была выполнена на оборудовании Томского регионального центра коллективного пользования (соглашение 14.594.21.0001).[1] van Zijl F., Krupitza G., Mikulits W. // Mutat Res. 2011, V.728, №1-2, P.23-34[2] Spano D., Heck C., De Antonellis P., Christofori G., Zollo M. // Semin Cancer Biol. 2012, V.22, №3, P.234-249[3] Santibanez J.F. // ISRN Dermatol. 2013, V.2013, P.597927[4] Mehlen P., Puisieux A. // Nat Rev Cancer. 2006, V.6, №6, P.449-458[5] Nguyen D.X., Bos P.D., Massague J. // Nat Rev Cancer. 2009, V.9, №4, P.274-284[6] Monteiro J., Fodde R. // Eur J Cancer. 2010, V.46, №7, P.1198-1203[7] Kovalyov A.A. // Zdorovie Ukrainy. 2011, V.4, №17, P.26-28[8] Kovalyov A.A., Grudinskaya T.A., Kusnezowa T.P., Kovalyov K.A. // Oncology. 2012, V.14, №2, P.126-129[9] Hay E.D. // Acta Anat (Basel). 1995, V.154, №1, P.8-20[10] Kalluri R., Weinberg R.A. // J Clin Invest. 2009, V.119, №6, P.1420-1428[11] Tam W.L., Weinberg R.A. // Nat Med. 2013, V.19, №11, P.1438-1449[12] Cox E.A., Sastry S.K., Huttenlocher A. // Mol Biol Cell. 2001, V.12, №2, P.265-277[13] Friedl P., Hegerfeldt Y., Tusch M. // Int J Dev Biol. 2004, V.48, №5-6, P.441-449[14] Friedl P., Alexander S. // Cell. 2011, V.147, №5, P.992-1009[15] Friedl P., Locker J., Sahai E., Segall J.E. // Nat Cell Biol. 2012, V.14, №8, P.777-783[16] Hernandez-Caballero M.E. // Molecular mechanisms of metastasis: epithelial-mesenchymal transition, anoikis and loss of adhesion. In Carcinogenesis, Tonissen K 2013, P.165-194[17] Friedl P., Gilmour D. // Nat Rev Mol Cell Biol. 2009, V.10, №7, P.445-457[18] Ulrich F., Heisenberg C.P. // Traffic. 2009, V.10, №7, P.811-818[19] Khalil A.A., Friedl P. // Integr Biol (Camb). 2010, V.2, №11-12, P.568-574[20] Yilmaz M., Christofori G. // Mol Cancer Res. 2010, V.8, №5, P.629-642[21] Friedl P., Wolf K. // J Cell Biol. 2010, V.188, №1, P.11-19[22] Pankova K., Rosel D., Novotny M., Brabek J. // Cell Mol Life Sci. 2010, V.67, №1, P.63-71[23] Scott R.W., Crighton D., Olson M.F. // J Vis Exp. 2011, №58[24] Cheung K.J., Gabrielson E., Werb Z., Ewald A.J. // Cell. 2013, V.155, №7, P.1639-1651[25] Kitamura T., Kometani K., Hashida H., Matsunaga A., Miyoshi H., Hosogi H., Aoki M., Oshima M., Hattori M., Takabayashi A. // Nat Genet. 2007, V.39, №4, P.467-475[26] Giampieri S., Manning C., Hooper S., Jones L., Hill C.S., Sahai E. // Nat Cell Biol. 2009, V.11, №11, P.1287-1296[27] Sanz-Moreno V., Marshall C.J. // Curr Opin Cell Biol. 2010, V.22, №5, P.690-696[28] Lecaudey V., Cakan-Akdogan G., Norton W.H., Gilmour D. // Development. 2008, V.135, №16, P.2695-2705[29] Aman A., Piotrowski T. // Dev Cell. 2008, V.15, №5, P.749-761[30] Vitorino P., Meyer T. // Genes Dev. 2008, V.22, №23, P.3268-3281[31] Taylor M.A., Parvani J.G., Schiemann W.P. // J Mammary Gland Biol Neoplasia. 2010, V.15, №2, P.169-190[32] Barcellos-Hoff M.H., Akhurst R.J. // Breast Cancer Res. 2009, V.11, №1, P.202[33] Lebrun J.J. // ISRN Molecular Biology. doi:10.5402/2012/381428 2012, V.2012[34] Matise L.A., Palmer T.D., Ashby W.J., Nashabi A., Chytil A., Aakre M., Pickup M.W., Gorska A.E., Zijlstra A., Moses H.L. // Breast Cancer Res. 2012, V.14, №4, P.R98[35] Wicki A., Christofori G. // Br J Cancer. 2007, V.96, №1, P.1-5[36] Gaggioli C., Hooper S., Hidalgo-Carcedo C., Grosse R., Marshall J.F., Harrington K., Sahai E. // Nat Cell Biol. 2007, V.9, №12, P.1392-1400[37] Friedl P., Wolf K. // Cancer Research 2008, V.68, №18, P.7247-7249[38] Scott R.W., Hooper S., Crighton D., Li A., Konig I., Munro J., Trivier E., Wickman G., Morin P., Croft D.R. // J Cell Biol. 2010, V.191, №1, P.169-185[39] Schoumacher M., Goldman R.D., Louvard D., Vignjevic D.M. // J Cell Biol. 2010, V.189, №3, P.541-556[40] Friedl P. // Curr Opin Cell Biol. 2004, V.16, №1, P.14-23[41] Madsen C.D., Sahai E. // Dev Cell. 2010, V.19, №1, P.13-26[42] Sanz-Moreno V., Gadea G., Ahn J., Paterson H., Marra P., Pinner S., Sahai E., Marshall C.J. // Cell. 2008, V.135, №3, P.510-523[43] Carragher N.O., Walker S.M., Scott Carragher L.A., Harris F., Sawyer T.K., Brunton V.G., Ozanne B.W., Frame M.C. // Oncogene. 2006, V.25, №42, P.5726-5740[44] Yamazaki D., Kurisu S., Takenawa T. // Oncogene. 2009, V.28, №13, P.1570-1583[45] Siletz A., Schnabel M., Kniazeva E., Schumacher A.J., Shin S., Jeruss J.S., Shea L.D. // PLoS One. 2013, V.8, №4, P.e57180[46] Friedl P., Wolf K., Lammerding J. // Curr Opin Cell Biol. 2011, V.23, №1, P.55-64[47] Chikina A.S., Aleksandrova A.Yu. // Molecular Biology. 2014, V.48, №2, P.165-180[48] Ehrbar M., Sala A., Lienemann P., Ranga A., Mosiewicz K., Bittermann A., Rizzi S.C., Weber F.E., Lutolf M.P. // Biophys J. 2011, V.100, №2, P.284-293[49] Abreu-Blanco M.T., Verboon J.M., Parkhurst S.M. // Curr Biol. 2014, V.24, №2, P.144-155[50] Li H., Peyrollier K., Kilic G., Brakebusch C. // Biofactors. 2014, V.40, №2, P.226-235[51] Lash L.L., Wallar B.J., Turner J.D., Vroegop S.M., Kilkuskie R.E., Kitchen-Goosen S.M., Xu H.E., Alberts A.S. // Cancer Research 2013, V.73, №22, P.6793-6803[52] Militello R., Colombo M.I. // Commun Integr Biol. 2013, V.6, №5, P.e25460[53] Bloomfield G., Skelton J., Ivens A., Tanaka Y., Kay R.R. // Science. 2010, V.330, №6010, P.1533-1536[54] Sabeh F., Shimizu-Hirota R., Weiss S.J. // J Cell Biol. 2009, V.185, №1, P.11-19[55] Gadea G., Sanz-Moreno V., Self A., Godi A., Marshall C.J. // Curr Biol. 2008, V.18, №19, P.1456-1465[56] Chaussepied M., Janski N., Baumgartner M., Lizundia R., Jensen K., Weir W., Shiels B.R., Weitzman J.B., Glass E.J., Werling D. // PLoS Pathog. 2010, V.6, №11, P.e1001197[57] Tozluoglu M., Tournier A.L., Jenkins R.P., Hooper S., Bates P.A., Sahai E. // Nat Cell Biol. 2013, V.15, №7, P.751-762[58] Miyazawa Y., Uekita T., Ito Y., Seiki M., Yamaguchi H., Sakai R. // Mol Cancer Res. 2013, V.11, №6, P.628-637[59] Razidlo G.L., Schroeder B., Chen J., Billadeau D.D., Mc-Niven M.A. // Curr Biol. 2014, V.24, №1, P.86-93[60] Bakal C. // J Cell Biol. 2013, V.203, №3, P.378-379[61] Synek L., Sekeres J., Zarsky V. // Front Plant Sci. 2014, V.4, P.543[62] Pinner S.E., Sahai E. // F1000 Biol Rep. 2009, V.1, P.67[63] Gerlitz G., Bustin M. // Trends Cell Biol. 2011, V.21, №1, P.6-11[64] Condeelis J., Segall J.E. // Nat Rev Cancer. 2003, V.3, №12, P.921-930[65] Ewald P.W., Swain Ewald H.A. // Evol Appl. 2013, V.6, №1, P.70-81[66] Berton S., Belletti B., Wolf K., Canzonieri V., Lovat F., Vecchione A., Colombatti A., Friedl P., Baldassarre G. // Mol Cell Biol. 2009, V.29, №18, P.5031-5045[67] Häger A., Alexander S., Friedl P. // European Journal of Cancer Supplements. 2013, V.11, №2, P.291-293[68] Vasil’ev Yu.M., Gel’fand I.M. // Biochemistry (Mosc). 2006, V.71, №8, P.821-826[69] Micalizzi D.S., Farabaugh S.M., Ford H.L. // J Mammary Gland Biol Neoplasia. 2010, V.15, №2, P.117-134[70] Said N.A., Williams E.D. // Cells Tissues Organs. 2011, V.193, №1-2, P.85-97[71] Kim S., Lee J.W. // Genomics Inform. 2014, V.12, №1, P.12-20[72] Tsai J.H., Yang J. // Genes Dev. 2013, V.27, №20, P.2192-2206[73] Gotte M., Kersting C., Radke I., Kiesel L., Wulfing P. // Breast Cancer Res. 2007, V.9, №1, P.R8[74] Savagner P. // Ann Oncol. 2010, V.21, S7, P.vii89-vii92[75] Lu M., Jolly M.K., Levine H., Onuchic J.N., Ben-Jacob E. // Proc Natl Acad Sci U S A. 2013, V.110, №45, P.18144-18149[76] Tsai J.H., Donaher J.L., Murphy D.A., Chau S., Yang J. // Cancer Cell. 2012, V.22, №6, P.725-736[77] Taddei M.L., Giannoni E., Morandi A., Ippolito L., Ramazzotti M., Callari M., Gandellini P., Chiarugi P. // Cell Commun Signal. 2014, V.12, P.24[78] Giannoni E., Parri M., Chiarugi P. // Antioxid Redox Signal. 2012, V.16, №11, P.1248-1263[79] Ocana O.H., Corcoles R., Fabra A., Moreno-Bueno G., Acloque H., Vega S., Barrallo-Gimeno A., Cano A., Nieto M.A. // Cancer Cell. 2012, V.22, №6, P.709-724[80] Bindels S., Mestdagt M., Vandewalle C., Jacobs N., Volders L., Noel A., van Roy F., Berx G., Foidart J.M., Gilles C. // Oncogene. 2006, V.25, №36, P.4975-4985[81] Vandewalle C., Van Roy F., Berx G. // Cell Mol Life Sci. 2009, V.66, №5, P.773-787[82] Samatov T.R., Tonevitsky A.G., Schumacher U. // Mol Cancer. 2013, V.12, №1, P.107[83] Sanchez-Tillo E., Liu Y., de Barrios O., Siles L., Fanlo L., Cuatrecasas M., Darling D.S., Dean D.C., Castells A., Postigo A. // Cell Mol Life Sci. 2012, V.69, №20, P.3429-3456[84] De Craene B., Berx G. // Nat Rev Cancer. 2013, V.13, №2, P.97-110[85] Friedl P., Wolf K. // Nat Rev Cancer. 2003, V.3, №5, P.362-374[86] Tsuji T., Ibaragi S., Hu G.F. // Cancer Research 2009, V.69, №18, P.7135-7139[87] Zavyalova M.V., Perelmuter V.M., Vtorushin S.V., Denisov E.V., Litvyakov N.V., Slonimskaya E.M., Cherdyntseva N.V. // Diagn Cytopathol. 2013, V.41, №3, P.279-282[88] Gerashchenko T.S., Denisov E.V., Litviakov N.V., Zavyalova M.V., Vtorushin S.V., Tsyganov M.M., Perelmuter V.M., Cherdyntseva N.V. // Biochemistry (Mosc). 2013, V.78, №11, P.1201-1215[89] Denisov E.V., Geraschenko T.S., Zavyalova M.V., Litviakov N.V., Tsyganov M.M., Kaigorodova E.V., Slonimskaya E.M., Kzhyshkowska J., Cherdyntseva N.V., Perelmuter V.M. // Neoplasma. 2015, P.doi: 10.4149/neo_2015_041[90] Alexander S., Friedl P. // Trends Mol Med. 2012, V.18, №1, P.13-26[91] Goswami S., Wang W., Wyckoff J.B., Condeelis J.S. // Cancer Research 2004, V.64, №21, P.7664-7667[92] Mallini P., Lennard T., Kirby J., Meeson A. // Cancer Treat Rev. 2014, V.40, №3, P.341-348[93] Chen W.J., Wang H., Tang Y., Liu C.L., Li H.L., Li W.T. // Chin J Cancer. 2010, V.29, №2, P.151-157[94] Li Q.Q., Xu J.D., Wang W.J., Cao X.X., Chen Q., Tang F., Chen Z.Q., Liu X.P., Xu Z.D. // Clin Cancer Res. 2009, V.15, №8, P.2657-2665[95] Zavyalova M.V., Litvyakov N.V., Garbukov E.Y., Vtorushin S.V., Stakheeva M.N., Savenkova O.V., Kritskaya N.G., Perelmuter V.M., Slonimskaya E.M., Cherdyntseva N.V. // Siberian Journal of Oncology. 2008, V.6, P.30-34[96] Denisov E.V., Litviakov N.V., Zavyalova M.V., Perelmuter V.M., Vtorushin S.V., Tsyganov M.M., Gerashchenko T.S., Garbukov E.Y., Slonimskaya E.M., Cherdyntseva N.V. // Sci Rep. 2014. V. 4. № 2014, V.4, P.4709[97] Watanabe S. // Cancer. 1954, V.7, №2, P.215-223[98] Fidler I.J. // Eur J Cancer. 1973, V.9, №3, P.223-227[99] Liotta L.A., Saidel M.G., Kleinerman J. // Cancer Research 1976, V.36, №3, P.889-894[100] Yu M., Stott S., Toner M., Maheswaran S., Haber D.A. // J Cell Biol. 2011, V.192, №3, P.373-382[101] Greene B.T., Hughes A.D., King M.R. // Front Oncol. 2012, V.2, P.69[102] Kusters B., Kats G., Roodink I., Verrijp K., Wesseling P., Ruiter D.J., de Waal R.M., Leenders W.P. // Oncogene. 2007, V.26, №39, P.5808-5815[103] Hou J.M., Krebs M.G., Lancashire L., Sloane R., Backen A., Swain R.K., Priest L.J., Greystoke A., Zhou C., Morris K. // J Clin Oncol. 2012, V.30, №5, P.525-532[104] Tsuji T., Ibaragi S., Shima K., Hu M.G., Katsurano M., Sasaki A., Hu G.F. // Cancer Research 2008, V.68, №24, P.10377-10386[105] Zavyalova M.V., Perelmuter V.M., Slonimskaya E.M., Vtorushin S.V., Garbukov E.Y., Glushenko S.A. // Siberian Journal of Oncology. 2006, V.1, P.32-35[106] Zavyalova M.V., Denisov E.V., Tashireva L.A., Gerashchenko T.S., Litviakov N.V., Skryabin N.A., Vtorushin S.V., Telegina N.S., Slonimskaya E.M., Cherdyntseva N.V. // BioResearch Open Access. 2013, V.2, №2, P.148-154[107] Perel’muter V.M., Zav’ialova M.V., Vtorushin S.V., Slonimskaia E.M., Kritskaia N.G., Garbukov E., Litviakov N.V., Stakheeva M.N., Babyshkina N.N., Malinovskaia E.A. // Adv Gerontol (Russian). 2008, V.21, №4, P.643-653