Wzajemne oddziaływania komórek odgrywają ważną rolę w rozwoju organizmu, zwłaszcza w utrzymaniu integralności tkanek, w procesach naprawczych czy odpowiedzi immunologicznej. Właściwości adhezyjne komórek są związane z ekspresją różnych białek, które są odpowiedzialne za międzykomórkowe oddziaływania homo- i heterofilne. Należą do nich; integryny, kadheryny, selektyny oraz cząsteczki adhezyjne CAMs (cell adhesion molecules) należące do nadrodziny białek immunoglobulinopodobnych.

W procesie ewolucji, w wyniku duplikacji „przodka” genu L1 występującego u stawonogów, powstały u kręgowców 4 homologiczne typy genów L1 (1). U kręgowców występują cztery immunoglobulino podobne adhezyny: L1, neurofascyna, NrCAM (neuronalna cząsteczka adhezyjna) i CHL1 (close homolog of L1 – bliski homolog L1), podczas gdy u bezkręgowców dwa: neuroglian i traktyna (2). Homologi L1 odkryto również u gryzoni, ptaków, ryb oraz Drosophila (3).

L1 jest błonową glikoproteiną zbudowaną z 1256 aminokwasów. W jej budowie wyróżnia się duży fragment zewnątrzkomórkowy zbudowany z 6 domen Ig-podobnych (Ig) związanych z 5 domenami fibronektyny typu III (Fn III), pojedynczy fragment przezbłonowy i krótki, filogenetycznie konserwowany fragment wewnątrzkomórkowy (ryc. 1) (3, 4). Budowa trzeciorzędowa L1 nie została dotychczas poznana. Przypuszcza się, że pierwsze cztery domeny Ig-podobne tworzą strukturę w kształcie podkowy, podobnie jak w hemolinie i aksoninie-1. Białka rodziny różnią się sekwencją i strukturą, ale większość z nich jest przypisana do jednego z czterech typów strukturalnych. W obrębie podrodziny L1 wyróżnia się 4 typy: V, C1, C2 i ostatni zidentyfikowany - I. Najbardziej znaną strukturę charakteryzującą typ I zbliżoną do struktury Ig-podobnych domen L1 posiada telokina. Wzory sekwencji aminokwasowych w ludzkim białku L1 wskazują jednoznacznie, że domeny od siódmej do jedenastej należą do nadrodziny fibronektyny typu III (Fn III). Cytoplazmatyczna domena L1 składa się z 85-148 aminokwasów (1). Domena ta jest bardzo silnie konserwowana ewolucyjnie, co pozwala sądzić, że spełnia ona ważne funkcje. Przypuszcza się również, że zmiany domeny cytoplazmatycznej L1 mogą wpływać na właściwości adhezyjne zewnątrzkomórkowych części cząsteczki białka. Wykazano, że cytoplazmatyczna domena L1 nie jest wymagana w interakcjach homofilnych (5,6).

Białko L1 i białka L1-podobne zidentyfikowano u ludzi, gryzoni, ryb, pierścienic.U ssaków L1 występuje w całym układzie nerwowym, zarówno w rozwijających i różnicujących się neuronach, jak i komórkach Schwanna. W różnicujących się neuronach L1 znajduje się w okolicach połączeń aksonalnych i w ich stożkach wzrostu. Adhezyjne właściwości L1 wpływają na tworzenie włókien nerwów osiowych. L1 może być zaangażowany we wzrost aksonów w trakcie rozwoju układu nerwowego, w oddziaływanie między aksonami a komórkami Schwanna, w migracje komórek neuronalnych, w synaptogenezę i mielinizację a nawet w przeżycie komórek nerwowych. Początkowo L1 odnajdowano wyłącznie w komórkach układu nerwowego. Badania ostatnich lat wykazały, że białko L1 znajduje się w szeregu typach komórek i tkanek, w tym tkanek nowotworowych (4, 8, 9). Ekspresja L1 w trakcie rozwoju kory mózgowej jest regulowana przez hormony tarczycy. Nieprawidłowa ekspresja L1 wynikająca z niedoczynności tarczycy może zostać naprawiona poprzez leczenie hormonalne (10).

Białka L1 wykazują homofilne interakcje z innymi cząsteczkami L1 występującymi na powierzchni przylegającej komórki a miejsce tego wiązania zlokalizowano na domenie Ig2. Wykazano, że w interakcjach heterofilnych z ektodomeną L1 reaguje szereg białek w tym: integryny, białka siateczki zewnątrzkomórkowej (laminina) i szereg proteoglikanów, w tym neurokan, fosfakan (ryc. 2) (3).

Fragmenty zawierające sekwencję Arg-Gly-Asp (RGD) w szóstej domenie Ig-podobnej są miejscami receptorowymi integryn α5β1 (receptor fibronektyny), αvβ1, αvβ3 (receptor witronektyny). Poza fragmentem Ig-podobnym wykazano istnienie sekwencji RDG wiążącej integryny αvβ1 w trzecim segmencie domeny fibrynopodobnej. Tak więc, białko L1 spełniając funkcje liganda i receptora sprzyja adhezji komórek i wzrostowi neurytów w izolowanych neuronach (11).

Nie wszystkie interakcje L1 wywołują adhezję lub wzrost aksonu. L1 wiąże się również z powierzchniowymi proteoglikanami macierzy zewnątrzkomórkowej, czego efektem jest silne zahamowanie adhezji neuronalej i przerastania neurytu (4).

Istnieją dowody na to, że L1 może brać udział w wędrówce prekursorów neuronalnych. Lokalizacja prekursorów w „znokautowanych” myszach różni się od lokalizacji u osobników żyjących w warunkach naturalnych. L1 stymuluje rozrost neuronów w hodowlach komórkowych. Wykorzystuje do tego mechanizm centralnego integratora sygnałów: kinazę MAP (12). Wykazano, że L1 wspomaga indukowaną integryną αvβ3 migrację komórek. Kompleks L1- integryna αvβ3 odgrywa istotną rolę w procesach migracji leukocytów (13).

Wpływ, jaki wywiera L1 na zachowanie innych komórek wskazuje, że białko to jest czynnikiem związanym z wewnątrzkomórkowymi szlakami sygnalizacyjnymi. W jaki sposób glikoproteina występująca na powierzchni komórki, nieposiadająca domen katalitycznych może być zaangażowana w sygnalizację? Odbywa się to poprzez wiązanie L1 do cząsteczek, które same są zdolne wywołać sygnał. Stymulowanie wzrostu aksonów spowodowane jest aktywowaniem związanych z kinazami tyrozynowymi receptorów czynników wzrostu fibroblastów (4).

Fosforylacja jest powszechnie występującym mechanizmem regulującym wewnątrzkomórkowe kaskady sygnalizacyjne. L1 ulega glikozylacji i fosforylacji. Zidentyfikowanie miejsc fosforylacji L1 i kinaz odpowiedzialnych za fosforylację L1 może pozwolić wyjaśnić mechanizm wpływu L1 na rozwój neuronów. Zidentyfikowano trzy kinazy biorące udział w fosforylacji L1: CKII, p90rsk, ERK2, które in vitro fosforylują niektóre aminokwasy serynowe w domenie cytoplazmatycznej cząsteczki L1.

Wykazano, że konstytutywna aktywacja kinazy ERK (składnik ścieżki kinazy MAP) ma istotne znaczenie w procesie transformacji komórkowej i rozwoju różnych nowotworów. Kinaza ERK jest aktywowana przez L1. Wykazano, że ekspresja L1 u myszy powoduje zwiększenie zdolności rakotwórczych komórek. W przypadku nowotworu okrężnicy u ludzi również zaobserwowano, że indukcja ekspresji L1 w hodowlach komórek pozbawionych genu L1 prowadzi do zwiększenia właściwości inwazyjnych i przyspieszenia wzrostu nowotworu. Wygaszanie endogennego L1 przez siRNA w komórkach nowotworowych okrężnicy obniżało wspomniane wyżej zdolności. Wykazano, że neoekspresja L1 w komórkach NIH3T3 (mysie fibroblasty embrionalne) powoduje nabieranie przez nie pewnych cech komórek nowotworowych takich jak zwiększona ruchliwość i transformacja komórek. Stąd wydaje się, białka z rodziny L1 mogą być potencjalnymi promotorami rozwoju i inwazji komórek raka okrężnicy (14).

W 1949 Bickers i Adams opisali przypadek brytyjskiej rodziny, w której u większości mężczyzn przyczyną zgonu było wrodzone wodogłowie. Badania pośmiertne wykazały zniekształcenia strukturalne mózgu: zwężający się wodociąg śródmózgowia. Występowanie wodogłowia wywołane jest najprawdopodobniej zwężeniem wodociągu. Zespół ten nazwano „wodogłowiem wywołanym zwężeniem wodociągu śródmózgowia, lub wodociągu Sylwiusza” (HSAS – Hydrocephalus due to Stenosis of the Acqueduct of Sylvius). Kliniczne i patologiczne cechy tej recesywnej, sprzężonej z płcią choroby poznano bardzo dokładnie. Częstość występowania tego zespołu ocenia się średnio 1 na 30 000 narodzin męskich osobników. W większości przypadków u pacjentów z wodogłowiem sprzężonym z płcią obserwuje się bardzo zróżnicowane nieprawidłowości. Jedyną wspólną cechą HSAS jest niedorozwój umysłowy ze wskaźnikiem IQ w zakresie od 20 do 50. Większość chorych cierpi na spastyczną paraplegię, co w większości wypadków jest spowodowane zwyrodnieniem dróg korowo-rdzeniowych. Ponadto odnotowywane są również przypadki agenezji lub dysgenezji ciała modzelowatego lub przegrody przezroczystej (3).

U ludzi gen L1jest zlokalizowany w pobliżu telomeru na długim ramieniu chromosomu X (Xq28). Gen kodujący L1 znajduje się pomiędzy locus ALD i MeCP2. Wielkość genu L1 od miejsca startu translacji do kodonu stop wynosi 12942 bp a gen zbudowany jest z 28 eksonów. Alternatywne składanie (mechanizm konserwowany od ponad 430 milionów lat) specyficzne dla różnych tkanek prowadzi do ominięcia eksonów 2 i 27, skutkiem czego powstają różne izoformy L1. Na przykład w mięśniach nie odnajduje się transkryptów eksonu 2 i 27, podczas gdy są one obserwowane w mózgu. Struktura genowa L1jest silnie konserwowana, szczególnie wśród ssaków. Zachowana jest u nich bardzo duża identyczność aminokwasowa (80-95%) w domenach zewnątrzkomórkowych i całkowita zgodność aminokwasowa w domenie cytoplazmatycznej (15,16).

Mutacje w obrębie genu L1dotyczą zarówno domen zewnątrz- jak i wewnątrzkomórkowych. Mutacje, które występują w obrębie genu L1 można podzielić na dwie grupy: mutacje eliminujące zdolności zakotwiczenia na powierzchni komórki (mutacje braku sensu i mutacje zmiany ramki odczytu regionu zewnątrzkomórkowego) i mutacje, które wywierają subtelniejszy efekt na strukturę i funkcje białka (mutacje zmiany sensu). W obrębie mutacji zmiany sensu wyróżnia się mutacje dotyczące domen zewnątrzkomórkowych i domen wewnątrzkomórkowych (17).

Mutacje w genie kodującym L1wywo-łują szerokie spektrum wad układu ner-wowego. Zidentyfikowano 85 różnych mutacji genu L1. Mutacje zmiany sensu mogą wpływać na funkcjonowanie białka na kilka różnych sposobów. Jeśli spowodują nieprawidłowe fałdowanie białka, przeszkodzi to w prezentacji specyficznego miejsca wiązania liganda lub rozerwie czwartorzędową strukturę białka. Mutacje zmiany sensu, które nie niszczą struktury drugorzędowej mogą wpływać na interakcje wewnątrz domenowe lub uszkadzać miejsca wiązania białko - białko (18).

U osobników z mutacjami w genie L1diagnozowano: XLH (X – linked hydrocephalus), zespół MASA (Mental retardation, Aphasia, Spastic paraplegia and Adducted thumbs), sprzężony z płcią niedowład spastyczny lub sprzężoną z płcią agenezję ciała modzelowatego (19). Większość z tych fenotypów obserwowano u osobników jednej rodziny. Pozwoliło to wysunąć hipotezę, że choroby te są wynikiem plejotropowych efektów mutacji w jednym genie. Zaprzestanie traktowania oddzielnie chorób związanych z mutacjami w L1przyczyniło się do powstania nowego terminu: syndromu CRASH (Corpus callosum agenesis, Retardation, Adducted thumbs, Spastic paraplegia and Hydrocephalus). Nazwa ta odnosi się do wszystkich klinicznych objawów mutacji w genie kodującym L1. Mutacje w tym genie mogą się prawdopodobnie przyczynić do powstania zespołu MRX3 i PH. MRX3 jest formą specyficznego niedorozwoju umysłowego związanego z chromo-somem Xq28. Okołokomorowa heterotopia (PH – Periventricular Heterotopia) jest wywołana defektem migracyjnym w trakcie rozwoju mózgowo-korowego. PH jest często związana z występowaniem ogniskowych padaczek lekoopornych. W obu przypadkach zaproponowano, że odpowiedzialne są za to mutacje w genie L1, ale nie udowodniono jeszcze tego założenia (4, 20).

Onkogeneza jest wielostopniowym procesem związanym ze zmianami genetycznymi obdarzającymi komórki nowotworowe po pierwsze zwiększonymi właściwościami proliferacyjnymi, a w zaawansowanych stadiach zdolnością do rozluźnienia adhezji między-komórkowej i nabycia zdolności poruszania się. Pozwala to komórkom nowotworowym na naciekanie sąsiednich tkanek i tworzenie odległych przerzutów. Powyższe procesy związane są ze zmianami w ekspresji białek i w procesach sygnalizacyjnych odpowiedzialnych za adhezję komórkową. Nadekspresja L1 w wielu nowotworach w porównaniu do tkanek prawidłowych zapoczątkowała szerokie badania nad jej znaczeniem w biologii tych guzów, ale także badania nad możliwością oznaczania białka L1, jako markera nowotworowego. Jak się wydaje, cząsteczka adhezyjna L1 jest obiecującym markerem nowotworowym. Dobry biomarker, powinien pozwalać określić występowanie specyficznego nowotworu z dużą dokładnością i mógłby zostać użyty nie tylko do rozpoznawania, określenia stopnia zaawansowania, ale również do monitorowania skuteczności chemio- lub radioterapii i wykrywania wznowy guza.

Cząsteczka adhezyjna L1 jak wykazały badania in vitro jest związana z mechanizmami kontrolującymi proliferację, migrację i procesy inwazji szeregu nowotworów. Pierwsze prace donosiły o ekspresji i funkcji L1 w komórkach nowotworowych pochodzących z płuc, nerek i skóry, białaczkach monocytowych i mięsaku mięśni poprzecznie prążkowanych oraz w wielu nowotworowych liniach komórkowych uzyskanych od ludzi i gryzoni jak linia neuroektodermalna (czerniak i nerwiak zarodkowy współczulny). Badania nad identyfikacją onkogenów wykazały, że jednym z kandydatów w rakach jajnika może być gen kodujący białko adhezji komórkowej L1. Wykazano wysoką ekspresję L1 w rakach wywodzących się z komórek nabłonka i bardzo rzadko w innych typach raków jajnika. Zastosowanie przeciwciał monoklonalnych L1-11A przeciwko ludzkiemu L1 pozwoliło na bardzo szerokie badania nad przydatnością oznaczania tego białka metodą immunohistochemiczną dla diagnozowania bardzo agresywnych raków u ludzi jak raka jajnika, endometrium czy rak jelita grubego (21, 22).

Cząsteczka adhezyjna L1 może słu-żyć jako marker w diagnozowaniu no-wotworów jajnika i macicy. Nowotwór endometrium jest jednym z najczęściej występujących i diagnozowanych nowotworów w krajach wysoko rozwiniętych. W 2001 roku w USA zanotowano 38 300 zachorowań na raka macicy, w tym 6600 przypadków śmiertelnych.