Молекулярно-биологические основы канцерогенеза

1. Понятие о протоонкогенах (онкогенах)

К важнейшим регуляторам, обеспечивающим постоянство структуры органов и количества клеток, относят сигнальные белковые молекулы – факторы роста и цитокины, составляющие единую медиаторную систему. Они реализуют свое действие через высокоспецифичное связывание со специализированными клеточными рецепторами, расположенными на поверхности мембраны клетки, и

являются важнейшей сигнальной системой для обмена информацией. Указанные сигнальные белки активируют внутриклеточную систему передачи сигнала, запускают экспрессию генов-регупяторов - протоонкогенов. Однако основной генетический контроль численности, пролиферативной активности и весь процесс дифференцировки клеток и тканей контролируются путем трансляции сигнальных белков регуляторными генами - протоонкогенами. Протоонкогены представляют собой нормальные гены, всегда присутствующие в любой клетке. Положение функция и химическая структура бопьшинства

протоонкогенов в хромосомах человека определены, значительная ич часть расположена вблизи точек разрыва хромосом. Также были выделены и специфические белки - продукты этих генов, принимающие участие в передаче митогенных сигналов. Функции, выполняемые протоонкогенами, весьма многообразны. В норме их активация наблюдается при репаративных процессах, эмбриональном развитии. Протоонкогены играют ключевую роль в формировании реакции клетки на действие цитокинов и сами способствуют их выработке Протоонкогены контролируют пролиферацию клеток, в основном, при переходе из одной фазы клеточного цикла в другую. Ключевым фактором в цепи передачи сигналов к пролиферации внутри клетки служат белковые продукты протоонкогенов – протоонкобелки. В упрощённом виде механизм передачи и контроля сигналов вклетке приставляет собой прямое взаимодействие специфических протоонкобелков в строго определенной последовательности. Таким образом, протоонкогены обеспечивают нормальное функционирование системы передачи сигналов в клетке, чем создаются условия для ее полноценного существования в окружающей среде и взаимодействия с другими клетками.

В нормальных клетках протоонкогены с позиции их канцерогенности неактивны. В случае их структурных изменений (мутаций), они значительно повышают уровень своей функциональной активности. Такие активированные протоонкогены называют онкогенами, продуцирующими соответствующие онкобепки Последние напоминают нормальные белки протоонкогенов, но с темисключением, что в качестве изменённых версий их выработка не зависит от естественных регуляторов. Функцин оцкобелков заключается в том, что практически, все они нарушают функционирование системы нормального роста и размножения клеток клеток на различных этапах. Онкобелки активируют клеточную пролиферацию, что приводит к трансформации клетки в злокачественную. Большинство известных онкогенов относится к ключевым белкам сигнальной системы клетки - факторам роста, мембранным и ядерным рецепторам, цитокинам. Включение онкогенов в процесс опухолеобразования может быть непосредственным, когда производимый ими белок участвует в определенном этапе малигнизации, или опосредованным, когда он (белок) оказывает активирующее или ингибирующее влияние на другие гены. Названия онкогенов образуют аббревиатуры от начальных букв латинских названий соответствующих вирусов, из которых они первоначально были выделены. Они распределены в соответствии с продуцируемыми ими белковыми молекулами, кодируемые их клеточными гомологами - протоонкогенами. По сходству со звеньями сигналов, стимулирующих митотическую активность, все протоонкобелки (или онкобелки) делятся на гомологи факторов роста и их рецепторов; передатчики ростовых сигналов от рецепторов на ДНК; аналоги G-белков (протеинкиназы), участвующих в регуляции клеточного деления. В настоящее время считается, что лротоонкогень могут становиться онкогенами или при внесении их вирусом в клетку или при канцеросвнных воздействиях, трансформирующих протоонкогены insitu в кпеточные онкогены.

2. Механизмы активации протоонкогенов

Процесс превращения нормальных протоонкогенов в онкогены называется активацией или экспрессией онкогенов, непосредственно вызывающих опухолевый рост. Известны три основных мехаиизма активации прдтоонкогвмов: а) мутации в структуре протоонкогена или депеции (утеря генетического материала); б) амплификация протоонкогена (увеличение количества копий гена); в) перестройка генома в результате перемещения (транспокации) участков хромосом.

Мутации. Один из возможных путей активации протоонкогена – точечная мутация в его структуре под воздействием различных факторов (канцерогенов). Поскольку они вызывают перестройку структуры ДНК, то их называют генотоксическими канцерогенами. Изменение структуру гена ведет к продук- ции функционально измененного белка, который, включаясь в процесс вместо нормального, может блокировать или извращать реакцию или передачу сигнала. Депеция характеризуется потерей генетического материала. При утрате антионкогенов, или генов-супрессоров, теряется контроль над процессами опухолевой трансформации.

Амплификация. Этот механизм активации как отдельных, так и нескольких протоонкогенов и характеризуется увеличением числа их копий, в клетке появляется значительное количество структурно неизмененных сигнальных белков протоонкобелков. Такая «суперэкспрессия»(«оверэкспрессия») имитирует получение внешних сигналов, усиливающих митотическую активность - так называемых митогенных сигналов, которые постоянно поддерживают клетку в состоянии пролиферации. Это приводит к появлению клеток, реагирующий не на внешние, а лишь на свои внутренние ложные сигналы, что может привести к ее опухолевой трансформации.

Транслокация. Онкогены могут активироваться при перенесении по контроль другого гена - сильного промотора. Промотор – это ген, который контролирует начало репликации одного определённого гена. Перенос, или транслокация, происходит при перемещении участков одной хромосомы на другую без потери генетической информации - реципрокная транслокация— взаимный, равноценный обмен фрагментами генома. При этом онкоген может переноситься на активные участки генома. В результате этих событий протоонкогены., локализованные в зоне обмена участков генома могут претерпевать различные изменения своей структуры с последующим нарушением нормальной регуляции функции.

Разновидностью перестройки хромосом, является инсерционная активация протоонкогенов, или «вставочный канцерогенез», когда какой-либо ген может встраиваться в геном клетки и усиливать активность близлежащих протоонкогенов. Инсерционные гены называют еще гены-энхансеры. Их носителями являются РНК-содержащие ретровирусы, в то время как ДНК-вирусы способны вызывать клеточную трансформацию преимущественно посредством блокады генов-супрессоров.

Протоонкогены находятся под жестким контролем генов-супрессоров, или антионкогенов. Мутации протоонкогенов, выводящие их из-под воздействия генов-супрессоров, способствуют автономности их функционирования и вызывают постоянную, «не выключающуюся» активность и клетка теряет способность выходить из митотического цикла.

3. Понятие об опухолевых генах-супрессорах и мутаторных генах

Гены-супрессоры (другие названия - антионкогены, рецессивные опухолевые гены, опухолевые супрессоры) - класс онкоассоциированных генов, утрата или подавление активности которых также приводит к развитию опухолей. В неизмененных клетках гены-супрессоры подавляют деление клеток и стимулируют их дифференцировку. Мутации в таких генах ведут к подавлению их активности, утрате контроля за процессами пролиферации и, как следствие, развитию рака. Орнако..главный представитель антионкогенов ген-супрессор р53, кото-рый в норме в каждой отдельной клетке обеспечивает постоянный контроль ДНК, предотвращая появление вредоносных мутаций, в том числе и опухолеродных. У человека он находится в хромосоме 17. Физиологические функции р53 заключаются в распознавании и исправлений ошибок, неизменно возникающих в ходе репликации ДНК.

Мутации могут привести к инактивации гена-су прессорарбЗ и появлению измененной формы белка. К основным мишеням относятся гены, продукты которых вызывают остановку клеточного цикла в различных его фазах; гены, индуцирующие апоптоз; гены-регуляторы морфологии и т.д.

Мутаторные гены - ред генов специализированных на распознавании и восстановлении (репарации) повреждений ДНК, которые могут вызывать генетическую нестабильность и развитие рака. Физиологическая Функция мутаторных генов заключается в выявлении повреждении Д Н К и поддержании целости генома путем активации репарационных систем с целью восстановлёния исходно-нормальной структуры Д Н К. Поэтому их еще называют генами репарации ДНК. Установлено, что инактивация подобных генов ведет к нарушению репарации ДНК, в клетке накапливается большое количество мутаций и резко увеличивается вероятность размножения клеточных вариантов с различными генетическими нарушениями.

4. Эпигенетические изменения в опухолевых клетках - изменения, не затрагивающие непосредственно структуру ДНК, но приводящие к наследуемому изменению активности генов.

Метилирование Д Н К - процесс энзиматического присоединения метипьной группы к основаниям ДНК в первые минуты после репликации и в строго определенном ее месте. Эти места представляют собой участки ДНК (или CpG-островки), которые распределены по геному неравномерно. Не изменяя генетического кода, метилирование контролирует и участвует в регуляции экспрессии генов и поддержании целости генома. В норме содержание метильных групп в ДНК стабильно благодаря постоянному жесткому контролю баланса между процессами метилирования и деметилирования. В процессе канцерогенеза наблюдается гиперметилирование CpG-островков с одновременным снижением уровня метилирования остальной части генома. Вследствие этого изменяются функции ДНК, возникает нестабильность генома, что способствует возрастанию частоты мутаций.лиаманению активности онкогенов и генов-супрессоров.

5. Цитокины

Цитокины - это биологически активные вещества белковой природы, регулирующие широкий спектр процессов, протекающих в организме. Цк могут быть как в секретируемой, так и мембрано-связанной формах. Секретируемые действуют системно и дистантно, мембраносвязанные требуют непосредственного контакта между клетками. Цк являются медиаторами передачи сигналов между клетками через специфические рецепторы. Основными функциями Цк явпяются стимуляция или торможение митотической активности и дифференцировки, регуляция гемопоэза, хемотаксиса и воспалительных процессов, участие в ангиогенезе, апоптозе, эмбриогенезе и ряд других. Цк, как модификаторы широкого спектра биологических реакций, играют важнейшую роль в иммунном ответе и других физиологических и патологических процессах, в том числе при опухолевой трансформации и

осуществлении противоопухолевого надзора. Цк сами могут вызывать злокачественную трансформацию клеток в случае мутаций их рецепторов или на уровне продукции самих Цк, что ведет к постоянной активной клеточной проли ферации. Цк играют также важную роль в стимуляции опухолевого роста как его медиаторы. Злокачественные клетки и сами способны секретировать Цк. стимулируйющие рост опухолей по аутокринным или паракринным механизмам. Цк опухопевых клеток способны блокировать иммунный ответ на уровне лимфоцитов и антигенрезентирующих клеток, но в тоже время цитокины имеют существенное значение в реализации механизмов противоопухолевого иммунитета.