Co to jest białko Ki-67 i jaka jest jego rola? 

Białko Ki-67 znajduje się w jądrze komórkowym. Pełni bardzo ważną rolę w procesie mitozy, czyli podczas podziałów komórkowych. Żeby organizm mógł rosnąć, rozwijać się, regenerować muszą zachodzić podziały komórkowe, dzięki którym powstają nowe komórki. Każda komórka somatyczna ludzkiego organizmu przechodzi swój cykl komórkowy, który składa się z interfazy i mitozy. Interfaza w dzielących się komórkach to okres pomiędzy zakończeniem jednego podziału komórki (w tym jądra komórkowego), a przed rozpoczęciem kolejnego podziału. Jest to najdłuższe stadium, w którym znajdują się komórki. W trakcie interfazy komórka przygotowuje się do podziału (czyli do mitozy). W tym czasie rośnie (to okres intensywnych przemian metabolicznych) i podwaja ilość swojego materiału genetycznego (replikacja DNA).

Jak dokładnie przebiega cykl komórkowy?

Kiedy komórka jest w interfazie, jej materiał genetyczny w jądrze komórkowym ma postać chromatyny (długie nici DNA nawinięte są na białka histonowe i w takiej luźnej, zdekondensowanej formie tworzą włóknistą substancję z wieloma zawijasami, pętlami itp.). W chromatynie oprócz DNA i histonów znajdują się również białka niehistonowe i niewielkie ilości RNA. Aby doszło do podziałów komórkowych chromatyna musi zmienić swoją formę na bardziej skondensowaną. Zwoje chromatyny, które nie są jedną długą nicią, a wieloma odcinkami nici zagęszczają się, „ścieśniają” , aby ostatecznie przyjąć postać chromosomów, które mają kształt litery X. Czyli chromosomy zbudowane są z tych samych elementów co chromatyna, tylko są ściślej upakowane.  Jeśli chcesz wiedzieć więcej o tym, jak przebiega mitoza – przeczytaj artykuł GAMETOGENEZA.

Jak to się dzieje, że chromatyna organizuje się w chromosomy?

Właśnie do tego potrzebne jest m.in. białko Ki-67, które jest niehistonowym białkiem wiążącym się z DNA. Wchodzi w skład macierzy jądrowej (chromatyny). Białko Ki-67 działa w pewnym stopniu jak szczotka rozczesująca masę chromatyny i rozdzielająca chromosomy. Białko Ki-67 tworzy na powierzchni chromosomu szczecinowate struktury, które nie pozwalają złączyć się z powrotem chromosomom.

Aktywność białka Ki-67 stwierdza się we wszystkich aktywnych fazach czynnych cyklu komórkowego (G1, S, G2 i mitoza), a najwyższa jest podczas mitozy. Wyjątkiem jest faza G0, kiedy to komórka jest w stanie spoczynku i białko Ki-67 nie jest aktywne. Brak białka Ki-67 hamuje podziały komórkowe. W związku z tym białko Ki-67 jest uważane za dobry wewnątrzkomórkowy wskaźnik stopnia nasilenia podziałów komórkowych.
Dlatego też badanie poziomu ekspresji tego białka jest wykorzystywane w diagnostyce onkologicznej. Cechą charakterystyczną komórek nowotworowych jest ich wysoki potencjał do wzrostu i rozwoju. Inaczej mówiąc większość komórek nowotworowych szybko i intensywnie rośnie i się dzieli. Nasilona proliferacja (podziały) komórek nowotworowych wiąże się z agresywnym przebiegiem choroby i z przerzutowaniem. Białko Ki-67 nazywane jest wskaźnikiem (markerem) proliferacji Ki-67. Wysokość wskaźnika proliferacji Ki-67 odzwierciedla m.in. szybkość podziałów komórkowych, czyli szybkość namnażania się komórek nowotworowych (im wyższy jest Ki-67 tym komórka nowotworowa szybciej się dzieli, szybciej rośnie, więcej jest takich dzielących się komórek). Indeks / wskaźnik Ki-67 (poziom ekspresji tego białka) często koreluje z przebiegiem choroby nowotworowej, dlatego w niektórych typach nowotworów ma dużą wartość predykcyjną i prognostyczną.

Jak się bada Ki-67?

Badanie poziomu wskaźnika Ki-67 jest wykonywane na materiale biologicznym pobranym podczas biopsji gruboigłowej guza lub wycinku pobranym w trakcie zabiegu chirurgicznego, czyli poziom ekspresji białka Ki-67 badamy bezpośrednio w komórkach nowotworowych. Pobrany materiał poddaje się działaniu specjalnych przeciwciał przeciwko białku Ki-67. Przeciwciała dodatkowo połączone są z barwnikiem, który później można zaobserwować w mikroskopie. Obecne w komórkach białko Ki-67 łączy się z przeciwciałem zabarwiając jądro komórkowe na określony kolor. Następnie lekarz patolog, który przeprowadza to badanie obserwuje zmiany pod mikroskopem i ocenia wg specjalnych standardów i norm poziom ekspresji białka Ki-67. Wynik jest odzwierciedleniem tego co lekarz widzi w obrazie mikroskopu świetlnego (jest to odsetek komórek nowotworowych, a właściwie jąder komórkowych wybarwionych, wyznakowanych barwnikiem z przeciwciałem Ki-67). Kryterium dodatniej ekspresji Ki-67 nie zostało dokładnie ustalone, dlatego też interpretacja wyniku może się różnić pomiędzy laboratoriami.

Na ogół wartość progowa dla wysokiej proliferacji (wynik dodatni) w różnych laboratoriach zawiera się w granicach 20–29%. Spotyka się również następujący podział: wskaźnik proliferacji Ki-67 niski≤ 15%, średni 16-30%, wysoki >30%). W opisie z badania patomorfologicznego (histopatologicznego) powinna znajdować się wartość odcięcia dla Ki-67 (wysoka proliferacja) stosowana w danym laboratorium.

Nie w każdym typie nowotworów ten marker jest wykorzystywany. To, w których rodzajach nowotworów bada się wskaźnik proliferacji Ki-67 zależy od tego, czy w badaniach została potwierdzona jego przydatność w tym zakresie. Standardy postępowania diagnostycznego i leczniczego dla poszczególnych nowotworów określają jakie markery są wiarygodne i są konieczne w postępowaniu diagnostyczno-terapeutycznym. Przykładem nowotworów, gdzie wykazano ważną rolę oceny wskaźnika proliferacji Ki-67 w procesie diagnostyki i leczenia są rak piersi, neuroendokrynne nowotwory przewodu pokarmowego oraz rak szyjki macicy.

Wskaźnik proliferacji Ki-67 w raku piersi

W raku piersi wskaźnik proliferacji Ki-67 jest jednym z podstawowych czynników rokowniczych i predykcyjnych. Zgodnie z wytycznymi postępowania diagnostyczno-terapeutycznego w raku piersi Polskiego Towarzystwa Onkologii Klinicznej w mikroskopowym rozpoznaniu raka, który jest bezwzględnym warunkiem rozpoczęcia leczenia, stan Ki-67 jest oceniany razem  z oceną stanu ER (receptor estrogenowy), PgR (receptor progesteronowy), HER2 (receptor ludzkiego naskórkowego czynnika wzrostu). Niski poziom białka Ki-67 wiąże się z wysoką ekspresją receptorów steroidowych (ER i PgR). Stwierdzono, że im wyższy stopień złośliwości histologicznej, tym wyższa ekspresja Ki-67. Wysoki poziom Ki-67 koreluje z wysokim ryzykiem nawrotu raka piersi.

Ocena ekspresji Ki-67 jest szczególnie ważna w przypadku oceny patomorfologicznej nienaciekającego raka przewodowego (DCIS, ductal carcinoma in situ) i raków naciekających (ok. 85% wszystkich raków piersi). Na podstawie biomarkerów ocenianych w badaniu immunohistochemicznym (Er, PgR, HER2, Ki-67) raki naciekające dzielimy na podtypy, które nie tylko są czynnikiem rokowniczym, ale również są bardzo ważne dla ustalenia sposobu uzupełniającego leczenia systemowego przed-, około- i pooperacyjnego (chemioterapia, hormonoterapia, leczenie celowane). Na przykład podtyp luminalny A  jest bardziej wrażliwy na hormonoterapię, a mniej na chemioterapię. Podtyp luminalny B HER2-dodatni zwykle jest leczony chemioterapią, a później wykorzystywane są przeciwciała monoklonalne. Biorąc pod uwagę marker Ki67, który informuje o szybkości dzielenia się komórek nowotworowych i rokowania – przykładowo  dla podtypu luminalnego B HER2-dodatniego rokowania mogą być lepsze, gdyż ma on dość niski wskaźnik proliferacji Ki-67, z kolei podtyp luminalny B HER2-ujemny zwykle ma wyższy marker Ki67, co oznacza, że komórki dzielą się szybciej, a więc nowotwór postępuje szybciej.

Podtypy naciekającego raka piersi na podstawie badań immunohistochemicznych:

Ki-67 w nowotworach neuroendokrynnych przewodu pokarmowego

Zgodnie z wytycznymi  ENTES  (ang. European Neuroendocrine Tumor Society) i WHO oraz rekomendacjami Polskiej Sieci Guzów Neuroendokrynnych, wskaźnik proliferacji Ki-67 jest bardzo ważnym elementem postępowania diagnostyczno-terapeutycznego w nowotworach neuroendokrynnych (NEN) układu pokarmowego. 

Kluczową cechą mikroskopową o wartości prognostycznej i predykcyjnej w leczeniu chorych na neuroendokrynne nowotwory przewodu pokarmowego jest stopień histologicznej dojrzałości nowotworu, który jest oceniany na podstawie wskaźnika proliferacji Ki-67 oraz liczby figur podziału (liczby komórek znajdujących się w fazie mitozy).  Jest on niezależnym parametrem, który dzieli nowotwory neuroendokrynne na trzy grupy w zależności od przewidywanego przebiegu klinicznego choroby o: niskiej (G1), średniej (G2) i wysokiej (G3) złośliwości. System oceny  NEN wg stopnia dojrzałości histologicznej został zaproponowany przez ENTES w 2006 roku, a w 2010 roku został przyjęty przez WHO i wprowadzony do postępowania diagnostyczno-terapeutycznego. 

Kryteria oceny stopnia histologicznej dojrzałości nowotworów neuroendokrynnych:

Na podstawie zróżnicowania i stopnia dojrzałości histologicznej neuroendokrynnych nowotworów przewodu pokarmowego został zaproponowany jeszcze bardziej szczegółowy podział NEN, który biorąc pod uwagę wskaźnik proliferacyjny Ki-67 różnicuje je na 3 kategorie różniące się przebiegiem klinicznym, leczeniem i rokowaniem. Widzimy więc, że indeks proliferacji Ki-67 pełni bardzo ważną rolę w kontekscie planowania postępowania terapeutycznego, które różni się w zależności od typu NEN.

Białko Ki-67 a rak szyjki macicy

Białko Ki-67 wspólnie z białkiem p16 pełnią istotną rolę w skriningu raka szyjki macicy. Test immunocytochemiczny z wykorzystaniem przeciwciał do obu tych białek (białka Ki67 i p16) jest wykonywany w przypadku gdy podczas rutynowego badania cytologicznego uzyskano  niejednoznaczny wynik opisu zmian.

Dotyczy to zmian komórkowych określanych jako:

• ASC-US (atypowe komórki nabłonka wielowarstwowego płaskiego o nieokreślonym charakterze) 
• LSIL (śródnabłonkowa neoplazja małego stopnia; obejmuje infekcje HPV/dysplazję małego stopnia CIN I)

Taki wynik cytologii wskazuje na nieprawidłowości morfologiczne badanych komórek szyjki macicy, ale nie ma pewności jakiego typu są to zmiany. Mogą one wynikać ze stanu zapalnego lub być już efektem wczesnych zmian nowotworowych. W takiej sytuacji można wykonać test immunocytochemiczny biomarkerów Ki67/p16, który będzie pomocny w diagnostyce różnicowej.

Dodatni wynik Ki67 będzie wskazywał na wzmożone tempo podziałów komórkowych, które może być charakterystyczne dla komórek nowotworowych, a z kolei dodatni wynik p16 będzie pośrednio wskazywał na infekcję wirusem HPV, gdyż właśnie w komórkach zakażonych wirusem brodawczaka ludzkiego stwierdza się nadekspresję tego białka. Tak więc dodatni wynik obu markerów – białka Ki-67 i p16 jest wskazaniem do pogłębionej diagnostyki w kierunku raka szyjki macicy (następnym krokiem jest kolposkopia). O kolposkopii przeczytasz więcej w artykule KOLPOSKOPIA.

Test immunocytochemiczny Ki67/p16 wykonuje się z rozmazu cytologicznego. Jeżeli wcześniej została wykonana cytologia płynna (cienkowarstwowa, LBC- liquid-based cytology), można wykorzystać ten sam materiał do badania Ki-67/p16. Dokładny opis tego jak się wykonuje ten test, kiedy bada się ekspresję białka Ki-67 i ekspresję białka p16 znajdziesz w artykule opisującym BIAŁKO p16 w raku szyjki macicy i inne nowotworach.

Bibliografia

1. Shi Q, Xu L, Yang R, Meng Y, Qiu L. Ki-67 and P16 proteins in cervical cancer and precancerous lesions of young women and the diagnostic value for cervical cancer and precancerous lesions. Oncol Lett. 2019 Aug;18(2):1351-1355. doi: 10.3892/ol.2019.10430. Epub 2019 Jun 3. PMID: 31423197; PMCID: PMC6607340.
2. Sun X, Kaufman PD. Ki-67: more than a proliferation marker. Chromosoma. 2018 Jun;127(2):175-186. doi: 10.1007/s00412-018-0659-8. Epub 2018 Jan 10. PMID: 29322240; PMCID: PMC5945335.
3. Jassem J, Krzakowski M, Bobek-Billewicz B, Duchnowksa R, Jeziorski A, Olszewski W, Senkus-Konefka E, Tchórzewska-Korba H, Wysocki P. Breast cancer. Oncol Clin Pract 2018; 14. DOI: 10.5603/OCP.2018.0027.
4. Kos-Kudła B., Blicharz-Dorniak J., Strzelczyk J. et al. Diagnostic and therapeutic guidelines for gastro-entero-pancreatic neuroendocrine neoplasms (recommended by the Polish Network of Neuroendocrine Tumours). Endokrynol Pol 2017; 68 (2): 79–110.
5. Cuylen S, Blaukopf C, Politi AZ, Müller-Reichert T, Neumann B, Poser I, Ellenberg J, Hyman AA, Gerlich DW. Ki-67 acts as a biological surfactant to disperse mitotic chromosomes. Nature. 2016 Jul 14;535(7611):308-12. doi: 10.1038/nature18610. Epub 2016 Jun 29. PMID: 27362226; PMCID: PMC4947524.
6. Nasierowska-Guttmejer A., Kędzia W., Rokita W. et al. Polish recommendations regarding diagnostics and treatment of cervical squamous intraepithelial lesions according to the CAP/ASCCP guidelines. Ginekol. Pol. 2016; 87 (9): 670–676 (doi: 10.5603/GP.2016.0066).
7. Iaconis L, Hyjek E, Ellenson LH, Pirog EC. p16 and Ki-67 immunostaining in atypical immature squamous metaplasia of the uterine cervix: correlation with human papillomavirus detection. Arch Pathol Lab Med. 2007 Sep;131(9):1343-9. doi: 10.5858/2007-131-1343-PAKIIA. Erratum in: Arch Pathol Lab Med. 2008 Jan;132(1):13. PMID: 17824788.
8. Trihia H, Murray S, Price K, Gelber RD, Golouh R, Goldhirsch A, Coates AS, Collins J, Castiglione-Gertsch M, Gusterson BA; International Breast Cancer Study Group. Ki-67 expression in breast carcinoma: its association with grading systems, clinical parameters, and other prognostic factors–a surrogate marker? Cancer. 2003 Mar 1;97(5):1321-31. doi: 10.1002/cncr.11188. PMID: 12599241.
9. Spyratos F, Ferrero-Poüs M, Trassard M, Hacène K, Phillips E, Tubiana-Hulin M, Le Doussal V. Correlation between MIB-1 and other proliferation markers: clinical implications of the MIB-1 cutoff value. Cancer. 2002 Apr 15;94(8):2151-9. doi: 10.1002/cncr.10458. PMID: 12001111.
10. Scholzen T, Gerdes J. The Ki-67 protein: from the known and the unknown. J Cell Physiol. 2000 Mar;182(3):311-22. doi: 10.1002/(SICI)1097-4652(200003)182:3<311::AID-JCP1>3.0.CO;2-9. PMID: 10653597.
11. Gerdes J, Schwab U, Lemke H, Stein H. Production of a mouse monoclonal antibody reactive with a human nuclear antigen associated with cell proliferation. International Journal of Cancer. 1983 Jan;31(1):13-20. DOI: 10.1002/ijc.2910310104. PMID: 6339421.