Онкогены - файл n1.doc

Онкогены

Доступные файлы (1):

n1.doc

106kb.

01.04.2014 06:31

скачать

n1.doc

Онкогены.
По статистике в мире ежегодно выявляют более 6 млн. случаев заболеваний раком шес­ти основных органов (легких, желудка, молоч­ной железы, прямой кишки, шейки матки и простаты). Около половины заболевших поги­бает. В конечном счете, каждый пятый житель развитых стран умирает от онкологических заболеваний. Это само по себе говорит об исключительной важ­ности онкологических исследований даже в чисто прикладных целях. Исследования изме­нений в функционировании клеток, возникаю­щих при злокачественном перерождении, име­ют фундаментальное теоретическое значение.
Трансформация клеток и процесс опухолеобразования.

На данный момент выяснено множество признаков, характерных для опухолевых клеток. Вот основные из них:

1) самодостаточность в отношении сигналов пролиферации, свя­занная с аутопродукцией факторов роста, соответствующих рецепто­ров или других компонентов сигнального промитотического каскада;

2) потеря чувствительности к сигналам, сдерживающим процесс пролиферации, обусловленная инактивацией супрессорных (антимитотических) белков;

3) замедление процессов программируемой клеточной гибели, опосре­дованное дисбалансом биохимической регуляции процессов апоптоза;

4) неограниченный репликативный потенциал клеток (преодо­ление «лимита Хэйфлика»), сопряжённый с реактивацией экспрес­сии фермента теломеразы и, как следствие, отсутствием физиоло­гического укорачивания теломер;

5) стимуляция процессов ангиогенеза в опухоли, вызванная экс­прессией трансформированными клетками ангиогенных факто­ров и направленная на удовлетворение повышенных потребностей быстро делящихся неопластических компонентов в оксигенации;

6) способность к инвазии и метастазированию, ассоциированная с продукцией опухолью гистолитическихферментов (протеаз), а также факторов, угнетающих локальный иммунитет;

7) геномная нестабильность, опосредованная инактивацией си­стем репарации ДНК и нарушениями в молекулярном контроле клеточного цикла;

Согласно современным представлениям канцерогенез является многоступенчатым процессом. Выделяют, как минимум, три стадии канцерогенеза: инициацию, промоцию и прогрессию.

Под инициацией понимают процесс непосредственного действия канцерогена на клетки, запускающий их трансформацию. Стадия инициации включает повреждение генетического материала клеток, предрасполагающее ее к неопластическому превращению. В соответствии с существующими представлениями, инициированная клетка может длительное время оставаться в состоянии покоя, не проявляя агрессин, до тех пор, пока не подействует другой фактор, побуждающий клетку к делению, клонообразованию и, тем самым, формированию опухоли.

Промоция – это стадия реализации опухолевого фенотипа, обусловленная влиянием различных факторов.

Под прогрессией понимают процесс постепенного приобретения опухолью все более автономного и агрессивного характера роста. Считается, что в растущей опухоли под воздействием изменяющихся условий (питание, кровоснабжение, химиотерапия) постоянно идет отбор наиболее жизнеспособных клеток. В результате появляются субклоны опухолевых клеток, обладающих наибольшей резистентностъю к действию защитных механизмов и наибольшей агрессивностью.

Морфогенез опухолей, или механизм их развития в морфологи­ческом освещении, можно разделить на стадию предраковых из­менений и стадию формирования и роста опухоли.

Предрак, или предраковое заболевание, — это изменение органа или ткани, которое переходит в рак с большей степенью вероят­ности, чем в неизменных органах или тканях. Однако наличие предракового фона еще не говорит о том, что он перейдет в рак. Малигнизация при предраке наблюдается в 0,1 —5,0 % случаев. Вы­явление таких изменений имеет не только теоретическое, но и большое практическое значение. Оно позволяет выделять группы повышенного риска в отношении возможности развития опухоли того или иного органа, предупреждать возникновение опухоли и диагностировать ее как можно раньше.

Среди предраковых морфологи выделяют так называемые фо­новые изменения, проявляющиеся дистрофией и атрофией, гипер­плазией и метаплазией. Сюда относятся практически все хрони­ческие воспалительные специфические и неспецифические про­цессы. Например, в желудке — это хронический гастрит различ­ной этиологии; в легких — хронический бронхит и т.д.

Исходя из того, что одни предраковые состояния обязательно переходят в рак, а другие — не переходят, их подразделяют на облигатный и факультативный предрак.

Облигатный предрак, т.е. предрак, обязательно завершающийся развитием рака, чаще связан с наследственной предрасположен­ностью. Это врожденный полипоз толстой кишки, пигментная ксеродерма, нейрофиброматоз (болезнь Реклингхаузена), нейробластома сетчатки и др. Облигатный предрак требует обязательно­го проведения комплекса профилактических мероприятий и даже радикального лечения, а больные облигатным предраком должны состоять на учете у онколога.

К факультативному предраку относят гиперпластически-диспластические процессы, а также некоторые дисэмбриоплазии.

Так называемый латентный период рака, т.е. период существо­вания предрака до развития рака, для опухолей разной локализа­ции различен и исчисляется годами (до 30 —40 лет). Понятие «ла­тентный период рака» приложимо лишь к облигатному предраку.

Формирование опухоли, или переход предраковых изменений в рак, изучено недостаточно. На основании экспериментальных данных можно предположить следующую схему развития опу­холи: а) нарушение регенераторного процесса; б) предопухолевые изменения, характеризующиеся гиперплазией и дисплазией; в) возникающая стадийно малигнизация пролиферирующих клеток; г) возникновение опухолевого зачатка; д) прогрессия опухоли.

Онкологическим изменениям в клетке могут препятствовать естественные защитные системы организма. Так, на пути клеток с предтрансформационным и трансформированным потенциалом встают системы естественной резистентности и иммун­ной защиты. Существуют 2 основных механизма борьбы с новообра­зованием, один основан на физическом уничтожении злокачествен­ных клеток клетками организма-хозяина, другой — на блокировании жизненно важных процессов опухолевой клетки. Таким образом, перерождение нормальной клетки в опухолевую и дальнейшее противостояние организма опухоли зависят от согласованного функционирования всех гуморальных и клеточных систем организма, а также от сохранения целостности его внутренней среды.
Генетические основы канцерогенеза.

В данный момент тот факт, что рак – заболевание генетическое, не вызывает сомнений. В пользу генетической природы злокаче­ственности свидетельствуют два факта:

1. Корреляции между существованием на­следуемых опухолей и наличием специфиче­ских хромосомных перестроек в клетках опу­холи.

2. Стабильность злокачественных свойств в трансформированных клетках и их передача из одного клеточного поколения в другое.

Наиболее прямые доказательства генети­ческого контроля образования злокачествен­ных опухолей были получены при изучении температурочувствительных мутаций у виру­сов. В начале 1970-х гг. были получены температурочувствительные мутанты вируса саркомы, которые трансформировали нормальные клетки в раковые только при определенной, пермиссивной температуре. Это значит, что при этой температуре экспрессируется мутант-ная форма только одного гена, и этого доста­точно для того, чтобы вызвать опухолевую трансформацию и поддерживать ее. Инактива­ция этой мутации при другой, непермиссивной температуре возвращала клетку в нормальное состояние. Таким образом, сделали вывод, что в вирусе саркомы содержится один ген, вызы­вающий и поддерживающий злокачественность. Он был назван онкогеном. В 1981 г. был вы­делен первый онкоген из вируса саркомы ку­рицы — src.

Вскоре было показано, что искусственное введение гена src в генетический аппарат клет­ки трансформирует ее и без вируса. После это­го были открыты и другие вирусные онкогены: туе, ras, abl и многие другие. Стало ясно, что опухолевые вирусы вызывают опухоли не сами по себе, а потому, что вносят онкоген в гене­тический аппарат клетки и закрепляют его там. Если удалить онкоген из генетического аппа­рата вируса, то последний, не лишаясь способ­ности размножаться и интегрироваться в геном клетки, утратит возможность вызывать форми­рование злокачественных опухолей.

В настоящее время установлено, что опухоли могут вызываться как ДНК-вирусами, так и РНК-вирусами, причем механизм их действия различен. И в том и другом случае опухолевая трансформация клеток есть результат включения (интеграции) вирусной ДНК (или ДНК-копий в случае РНК-вирусов) в геном клеток хозяина. Однако, в случае ДНК-содержащцх онковирусов (вирусы группы Папова, аденовирусы, герпес вирусы и т.д.) в геном клеток включаются вирусо специфичные онкогены. Онкогены РНК-содержащих вирусов не являются вирусоспецифическими генами и ведут свое происхождение от ядерной ДНК клеток-хозяев, а именно: от клеточных протоонкогенов. Считается, что онкогены РНК-вирусов происходят из протоонкогенов, которые на определенном этапе эволюции были захвачены вирусом из генома позвоночных во время инфекционного цикла.

Геномы нормальных клеток позвоночных содержат фрагменты ДНК, которые похожи на ген src, входящий в состав вируса саркомы Рауса, но не идентичны ему. Поэтому геном­ные и вирусные последовательности называют несколько по разному: v-src — вирусные (он­когены), c-src — клеточные (протоонкогены). Интроны, которые присутствовали в c-src, сплайсированы в v-src.

Таким образом, под онкогенами принято понимать гены, про­являющие трансформирующую активность в эксперименте, и активирующиеся в процессе канце­рогенеза. Подобные генетические элементы в норме чаще всего участвуют в позитивном контро­ле клеточного деления. Активация онкогенов чаще всего проявляется в увеличении количества их продуктов. Это явление называется суперэкспрес­сией. Иными словами, трансформированная клет­ка может отличаться от нормальной просто повы­шенным содержанием совершенно нормальных белков, которые в норме также стимулируют деле­ние клетки, а при трансформации эта способность лишь немного повышаемся, что может оказаться вполне достаточным для опухолевого роста. Это характерно для онкогенов ERBB, MYC, INT, PRAD, FOS и многих других. Вместе с тем, прев­ращение нормального или, так называемого, протоонкогена в онкоген в процессе трансформации может быть и результатом мутации. При этом из­менение аминокислотной последовательности онкобелка сопровождается увеличением его фермен­тативной активности. Классическим примером таких нарушений служат мутации в онкогенах се­мейства RAS.

Протоонкогены регулируют нормальное пове­дение клетки: ее ответы на ростовые факторы, на гормоны, нормальный темп и «расписание» ее делений. Чтобы клетка начала расти и раз­множаться, нужны специальные сигналы, вы­рабатываемые чаще всего другими клетками, а иногда и самой клеткой. Это обычно белко­вые молекулы, называемые факторами роста. Их синтез строго регулируется, но если происходит нарушение регуляции, то факторы могут накапливаться в больших коли­чествах. Они начинают сигнализировать клетке о необходимости расти и делиться. Поэтому ге­ны, кодирующие факторы роста, могут высту­пать в роли онкогенов. Чтобы фактор подей­ствовал, необходим рецептор на поверхности клетки-мишени. Когда фактор присоединяется к рецептору, последний активируется, что мо­жет в ряде случаев выразиться в ферментатив­ной реакции, например фосфорилировании оп­ределенных белков. В результате некоторых повреждений рецепторов они обретают способность активироваться даже при отсутствии своего фактора роста и будут непрерывно пе­редавать сигнал о необходимости начинать рост. В случае повреждения ген рецептора ста­новится онкогеном. Передача сигнала для рос­та клетки не ограничивается факторами роста и их рецепторами. В передаче такого сигнала участвует много других белков, и сам процесс часто идет путем фосфорилирования одним белком второго, вторым — третьего и т. д. Гены, кодирующие участников этих цепей, могут вы­ступать в роли онкогенов.

Цепи передачи сигналов заканчиваются в клеточном ядре. Там происходит активация факторов транскрипции, т. е. белков, связыва­ющихся с регуляторными участками опреде­ленных генов и активирующих их транскрип­цию. Под действием факторов транскрипции на соответствующих генах происходит синтез матричных РНК, а на матрице последних — белков. Это те белки, которые нужны для рос­та и размножения клеток. И среди генов, коди­рующих факторы транскрипции, оказываются онкогены.

Таким образом, мно­гие гены, кодирующие белки передачи сигнала для роста и размножения клеток, являются потенциальными онкогенами, и при поврежде­нии или нерегулируемой активации этих генов клетки превращаются в раковые.

Известны различные пути активирования протоонкогенов, в результате чего они стано­вятся автономными. Как правило, действие различных канцерогенных факторов приводит к постоянной активности протоонкогена. Так, хромосомные транслокации могут перенести протоонкоген в новое положение — под контроль постоянно активного промотора. В результате этого переноса прото­онкоген начинает работать непрерывно, не да­вая клетке выйти из цикла делений (myc), или посылая непрерывные сигналы с мембраны в ядро (ras), или приводя к синтезу ростовых факторов.

Некоторые опухолевые вирусы сами по се­бе не содержат онкогена, но, встраиваясь в хро­мосому рядом с протоонкогеном, активиру­ют его, вызывая непрерывную экспрессию, — это «вставочный» канцерогенез.

Канцерогенные вещества и облучение об­ладают высокой мутагенной активностью, вызывая мутации в различных генах, в том чис­ле и в протоонкогенах. Эти мутации могут вести либо к нарушению регуляции протоонкогена, и тогда он выходит из-под контроля, либо к изменению свойств белка, кодируемо­го этим онкогеном.

Вскоре после открытия первых онкогенов появились сообщения о существовании генов, утрата или подавление активности которых также приводит к развитию опухолей. Иными словами, белковые продукты этих генов необходимы для того, чтобы не дать клетке превра­титься в раковую. Эти гены были названы ан­тионкогенами или генами-супрессорами опухо­лей (ГСО). Число известных ГСО тоже быстро растет, хотя и уступает числу открытых онко­генов.

Для большинства видов новообразований чело­века отмечены одни и те же молекулярно-генетические аномалии: суперэкспрессия онкогенов семейства ERBB и MYC, а также локуса INT-2; точковые мутации онкогенов семейства RAS; делеции, т.е. исчезновение антионкогенов, располо­женных на хромосомах 3р, 5q, 11p, 13q, 17p, 17q, 18q и др.; нуклеотидные замены в антионкогене р5З. Существует определенная органоспецифичность в характере онкоассоциированных мутаций, однако она носит достаточно умеренный характер. Наиболее изученными и часто встречающимися ге­нетическими изменениями практически при любой опухоли у человека являются точковые мутации в антионкогене р53. Мутации гена р53 регистрируются в 50-60% всех новообразований и являются плохим прогно­стическим признаком. Они позволяют трансфор­мированным клеткам сохранять жизнеспособ­ность в митозе и активно пролиферировать.

Имеются и другие антионкогены, расположен­ные в разных хромосомах, мутации которых при­водят к развитию различных злокачественных опухолей. Но, так как антионкогены доминантны, то их мутации у одного из родителей не приведут к возникновению опухоли. Происходит своеоб­разная страховка индивида, получившего мутантный антионкоген от одного из родителей, так на­зываемая конституциональная гетерозиготность. Однако в процессе онтогенеза в соматиче­ских клетках идет мутационный процесс и может появиться клон гомозиготный по определенному антионкогену. Это явление называется потерей врожденной гомозиготности и оно ведет к развитию злокачественных новообразований. Чаще все­го для малигнизации бывает недостаточно только потери конституциональной гомозиготности ан­тионкогена. Необходимы еще мутации в протоонкогенах, приводящие к образованию и активации клеточных онкогенов.

Следствием мутаций различного характера, приводящих к появ­лению опухолевой клетки, является перепрограммирование генома в результате инактивации или торможения нормальных генов и антион­когенов и активации протоонкогенов и онкогенов.

Примеры некоторых онкогенов и ГСО человека представлены в следующей таблице:
Таблица 1.Онкогены и гены-супрессоры опухолей

Природа гена / белка	Ген / белок (примеры)	Локализация опухоли (примеры)
Факторы роста	PDGF	Глиомы, саркомы
	TGF-?	Многие опухоли
Рецепторы	erb-B	Глиобластомы, рак груди
	erb-B2	Рак груди, яичников, слюнных желез
Передача сигнала	Ki-ras	Рак легких, яичников, кишечника и другие лейкемии
	N-ras
Факторы активации	c-myc	Лейкемии, рак груди, желудка, легких
Факторы транскрипции	N-myc	Нейробластомы, глиобластомы
	L-myc
Факторы блока	TGF-P	Рак кишечника
Передатчики и блокаторы передачи	DPC-4	Рак поджелудочной железы
	NF-1	Лейкемии, рак периферической нервной системы
Контроль клеточного цикла	cyclins D, E	Рак груди
	pl5	Разные опухоли
	pl6	Меланома
	pRB	Ретинобластома, остеосаркома (наследств.)
	p53	Многие опухоли (1/2 всех) (наследств.)
Апоптоз	p53	Многие опухоли (1/2 всех) (наследств.)
	Bcl-2	Разные опухоли
Бессмертие	Теломераза	Разные опухоли
Другие гены-супрессоры опухолей	APC	Рак кишечника (наследств.)
	BRCA1, BRCA2	Рак груди (наследств.)
Репарация ДНК	Гены репарации	Рак кишечника, ксеродерма (наследств.)
	ATM	Рак груди (наследств.)

Современная наука полагает, что для возникновения трансфор­мированного клеточного клона необходимо как минимум 5-9 му­таций в разных онкогенах и антионкогенах. Если взять в расчёт скорость мутационных процессов, подобное накопление мутаций в одной и той же клетке представляется почти невероятным событием. По-видимому, на каком-то из про­межуточных этапов трансформации опухолевый клон приобретает способность к ускоренному мутагенезу, т. е. свойство геномной нестабильности. Факт геномной нестабильности эксперименталь­но подтверждается тем, что наряду со «значимыми» мутациями в онкогенах и антионкогенах, в опухолях наблюдается огромное ко­личество «побочных» относительно нейтральных повреждений ге­нома.

Т. е. суть молекулярно-генетических изменений в опухолях сводится к трём компонентам: 1) активирующие мутации в онкогенах; 2) инактивирующие мутации в антионкогенах; 3) геномная нестабильность.

Для систематизации онкоассоциированных мутаций удобно придер­живаться следующей простой классификации. Все мутации можно подразделить на две большие группы: хромосомные и генные. Хромосомные мутации представлены, как правило, делециями, потерями больших участков хромосом, которые можно выявить под микроскопом в результате специального цитогенетического анализа. Вероят­но, в этих "потерянных" участках локализуются, прежде всего, антионкогены или гены, имеющие отношение к процессам запрограммированной клеточной гибели (апоптозу), угнетению проли­ферации и активации дифференцировки клеток.

Группа генных мутаций, обнаруживаемых ме­тодами молекулярно-генетического анализа, в свою очередь, делится на две подгруппы: зароды­шевые и соматические мутации. Соматические му­тации возникают в процессе взаимодействия орга­низма с внешними канцерогенами на протяжении всей жизни по механизмам, описанным выше. Зародышевые мутации уже имеются в половых клет­ках и поэтому передаются по наследству. Их мож­но выявить при рождении ребенка, например, путем исследования клеток пуповинной крови.

На канцерогенез влияют и эпигенетические процессы. Во-первых, это активность теломераз - ферментов, восстанавливающих концевые участки хромосом (теломеры) после каждого митоза. Известно, что теломеры состоят из 15 тыс. нуклеотидных пар, представляющих собой повторы двух триплетов ТТА (четыре повтора) и ГГЦ (восемь повторов). Через 30-50 делений в теломерах остается 2-3 тыс., нуклеотидных пар и клетка вступает в апоптоз. Если мутируют гены, регулирующие теломеразную активность, то укорочения теломеров после деления не происходит и возникает иммортализация (бессмертие) клеток. В нормальных условиях теломераза активна в стволовых клетках, кератиноцитах, клетках эпителия кишечника, клетках эндометрия, клетках сперматогенного эпителия и др., в нормальных дифференцированных клетках ее активность крайне мала. В клетках доброкачественных опухолей регистрируется повышение теломеразной активности до 20-30%, а в клетках злокачественных новообразований - до 70-100%,

Во-вторых, одним из важнейших факторов, влияющих на процесс малигнизации, является ме­ханизм активации и инактивации генов путем ме­тилирования цитозина (геномный импринтинг). Чем сильнее метилирование, тем менее активны гены, и наоборот. Показано, что экспрессия генов зависит от активности фермента метилазы. Имеются и другие генетические механизмы озлокачествления, такие как нарушение процессов репарации ДНК, генетически обусловленный био­химический полиморфизм ферментов детоксикации ксенобиотиков (эстеразы, оксигеназы, цитохром - Р450).

Всегда следует помнить, что для возникнове­ния опухоли необходимо несколько генетических событий (мутаций) и поэтому патогенез опухоле­вого роста складывается из многих генетических и негенетических звеньев.
Т. о. основные положения онкогенной теории, являющейся ведущей в настоящий момент, можно упрощён­но сформулировать следующим образом:

1. Онкогеном называется ген, который а) в норме оказывает ак­тивирующее влияние на процессы пролиферации и/или препятству­ет клеточной гибели; б) активируется в опухолях; в) проявляет транс­формирующие свойства в экспериментах по трансфекции (процесс введения нуклеиновой кислоты в клетки человека и животных невирусным методом).

2. Онкогены необходимы для нормального функционирования (обновления) тканей; их работа находится под строгим контролем сигнальных систем организма. Соматическая мутация в онкогене приводит к независимости клетки от внешних регулирующих влия­ний, т. е. клеточный клон, находясь в условиях аутостимуляции, при­обретает способность к неконтролируемому размножению. Генетичес­кие повреждения в онкогенах могут возникать вследствие случай­ного мутационного процесса, однако вероятность мутаций существенно повышается при увеличении канцерогенной нагрузки.

3. При вирусном канцерогенезе у животных вирус содержит уже активированную версию онкогена и, таким образом, является лишь транспортной формой последнего. У человека, напротив, большин­ство опухолей возникает за счёт активации (мутации) эндогенных онкогенов.

4. Активация одного онкогена почти всегда компенсируется. Процесс злокачественной трансформации требует сочетанных на­рушений в нескольких онкогенах.

Список использованной литературы:

1. 
   Георгиев Г.П. Как нормальная клетка превращается в раковую // Соросовский образовательный журнал. – 1999. – № 4. – С. 17–22.
   
2. 
   Глушков А.Н. Общебиологические закономерности и механизмы канцерогенеза // Медицина в Кузбассе. - 2004. - № 1. - С. 3-9.
   
3. 
   Глыбочко П. В. Онкология — М. : Издательский центр «Академия», 2008. — 400 с.
   
4. 
   Жимулёв И. Ф. Общая и молекулярная генетика — Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2007.
   
5. 
   Имянитов Е.Н., Хансон К.П. Молекулярная онкология: клинические аспекты – СПб: Издательский дом СПбМАПО, 2007
   
6. 
   Семинский И.Ж. Генетические основы опухолевого роста // Сибирский медицинский журнал (г. Иркутск). - 2003. - Т. 38. № 3. - С. 93-96.
   
7. 
   Сеньчукова М.А., Стадников А.А. К вопросу о бактериально-вирусных основах онкогенеза
   
8. 
   Чиссов В.И., Дарьялова С.Л. Онкология - М. : ГЭОТАР - Медиа, 2007. - 560 с.