Введение.
Канцерогенез - многоступенчатый процесс накопления мутаций и других генетических изменений, приводящих к нарушениям ключевых клеточных функций, таких как регуляция пролиферации и дифференцировки, естественной гибели клеток (апоптоз ), морфогенетических реакций клетки, а также, вероятно, к неэффективному функционированию факторов специфического и неспецифического противоопухолевого иммунитета . Только совокупность таких изменений, приобретаемая, как правило, в результате довольно длительной эволюции неопластических клонов, в ходе которой происходит отбор клеток с необходимыми признаками, может обеспечить развитие злокачественного новообразования. Вероятность возникновения в одной клетке нескольких генетических изменений резко повышается при нарушениях работы систем, контролирующих целостность генома. Поэтому мутации, ведущие к генетической нестабильности, также являются неотъемлемым этапом опухолевой прогрессии. Более того, некоторые врожденные аномалии систем генетического контроля являются фактором, предопределяющим неизбежное возникновение новообразования: они настолько увеличивают вероятность появления в каждой клетке организма различных онкогенных мутаций, что у индивидуума раньше или позже в какой-то из клеток пролиферирующего клона под давлением отбора обязательно накопится необходимая совокупность изменений и образуется опухоль.
Значительный прогресс в понимании механизмов канцерогенеза связан с открытием сначала онкогенов и протонкогенов, а затем - опухолевых супрессоров и мутаторных генов . Онкогены - это клеточные или вирусные (вносимые вирусом в клетку) гены, экспрессия которых может привести к развитию новообразования. Протоонкогены - нормальные клеточные гены, усиление или модификация функции которых превращает их в онкогены. Опухолевые супрессоры (антионкогены , рецессивные опухолевые гены) - клеточные гены, инактивация которых резко увеличивает вероятность возникновения новообразований, а восстановление функции, наоборот, может подавить рост опухолевых клеток. Следует заметить, что причисляемые к опухолевым супрессорам так называемые "мутаторные" гены, т.е. гены, нарушения функции которых тем или иным способом увеличивает темп возникновения мутаций и/или других генетических изменений, могут и не влиять на рост неопластических клеток. Однако их инактивация столь сильно увеличивает вероятность появления различных онкогенных мутаций, что образование опухоли становится лишь делом времени.
Принадлежность к онкогенам или опухолевым супрессорам определяется несколькими критериями: а) закономерным характером изменений структуры и/или экспрессии данного гена в клетках определенных или различных новообразований; б) возникновением в юном или молодом возрасте определенных форм опухолей у индивидов с передающимися по наследству герминальными (т.е. произошедшими в половой клетке) мутациями данного гена; в) резким повышением частоты появления опухолей у трансгенных животных, либо экспрессирующих активированную форму данного гена - в случае онкогенов, либо несущих инактивирующие мутации ("нокаут") данного гена - в случае опухолевых супрессоров; г) способностью вызывать в культивируемых in vitro клетках морфологическую трансформацию и/или неограниченный рост (онкогены), либо подавление клеточного роста и/или выраженности признаков трансформации (опухолевые супрессоры).
Два последних десятилетия характеризовались бурным открытием все новых и новых онкогенов и опухолевых супрессоров. К настоящему времени известно около сотни потенциальных онкогенов (клеточных и вирусных) и около двух десятков опухолевых супрессоров. Были описаны генетические события, приводящие к активации протоонкогенов или инактивации опухолевых супрессоров . Обнаружено, что механизм действия вирусных онкогенов связан с активацией клеточных протоонкогенов (ретровирусы ) или инактивацией опухолевых супрессоров (ДНК-содержащие вирусы ) . Выявлены характерные для тех или иных форм новообразований человека изменения онкогенов и опухолевых супрессоров, в том числе высокоспецифичные аномалии, используемые для постановки диагноза (табл. 1, 2).
Таблица 1.
Некоторые изменения протоонкогенов, характерные для новообразований человека
| Протоонкоген | Функция белка | Изменения | Новообразования* |
| ERBB1 (EGF-R) | рецепторная тирозинкиназа | амплификация и гиперэкспрессия гена | глиобластомы и другие нейрогенные опухоли |
| ERBB2 (HER2) | рецепторная тирозинкиназа | рак молочной железы | |
| PDGF-Rb | рецепторная тирозинкиназа | хромосомные транслокации, образующие химерные гены TEL/ PDGF-Rb, CVE6/PDGF-Rb , кодирующие постоянно активированные рецепторы | хронический миеломоноцитарный лейкоз, острый миелобластный лейкоз |
| SRC | нерецепторная тирозинкиназа | мутации в кодоне 531, отменяющие негативную регуляцию киназной активности | часть опухолей толстого кишечника на поздних стадиях |
| K-RAS, N-RAS,H-RAS | участвует в передаче митогенных сигналов и регуляции морфогенети-ческих реакций | мутации в кодонах 12,13,61, вызывающие образование постоянно активированной GTP-связанной формы Ras | 60-80% случаев рака поджелудочной железы; 25-30% различных солидных опухолей и лейкозов |
| PRAD1/циклинD1 | регулирует клеточный цикл | амплификация и/или гиперэкспрессия гена | рак молочной и слюнных желез |
| C-MYC | фактор транскрипции, регулирует клеточный цикл и активность теломеразы | а) хромосомные транслокации, перемещающие ген под контроль регуляторных элементов генов иммуноглобулинов; б) амплификация и/или гиперэкспрессия гена; мутации, стабилизирую-щие белок |
а) лимфома Бэркита б) многие формы новообразований |
| CTNNB1 (beta-катенин) | а) транскрипционный фактор, регулирет c-MYC и циклин D1; б) связываясь с кадхерином, участвует в образовании адгезионных контактов |
мутации, увеличивающие количество несвязанного с Е-кадхерином beta-катенина, который функционирует как транскрипционный фактор | наследственный аденоматозный полипоз толстой кишки; |
| BCL2 | подавляет апоптоз, регулируя проницаемость митохондриальных и ядерных мембран | хромосомные транслокации, перемещающие ген под контроль регуляторных элементов генов иммуноглобулинов | фолликулярная лимфома |
| ABL | регулирует клеточный цикл и апоптоз | хромосомные транслокации, ведущие к образованию химерных генов BCR/ABL, продукты которых стимулируют пролиферацию клеток и подавляют апоптоз | все хронические миелоидные лейкозы, часть острых лимфобластных лейкозов |
| MDM2 | инактивирует р53 и pRb | амплификация и/или гиперэкспрессия гена | часть остеосарком и сарком мягких тканей |
* Курсивом выделены наследственные формы заболеваний, возникающие при мутациях в половых клетках. В остальных случаях мутации происходят в соматических клетках, которые образуют опухоли
Таблица 2.
Формы опухолей человека, возникающие при инактивации некоторых опухолевых супрессоров и мутаторных генов
| Ген | Функция белка | Новообразования* |
| p53 | транскрипционный фактор; регулирует клеточный цикл и апоптоз, контролирует целостность генома | синдром Ли-Фраумени
и большинство форм спорадических опухолей |
| INK4a-ARF | ингибирование Cdk4**, активация р53** | наследственные меланомы и |
| Rb | контролирует вход в S-фазу, регулируя активность фактора транскрипции E2F | наследственные ретинобластомы |
| TbR-II | рецептор второго типа для цитокина TGF-b | наследственные и спорадические раки толстой кишки |
| SMAD2, SMAD 3 | передают сигнал от активированных рецепторов TGF-b к Smad4 | рак толстой кишки, легкого, поджелудочной железы |
| SMAD4/DPC4 | транскрипционный фактор; опосредует действие цитокина TGF-b, приводящее к активации ингибиторов Cdk - p21WAF1, p27KIP1, p15INK4b | ювенильный гамартоматозный полипоз желудка и кишечника; различные формы спорадических опухолей |
| Е-кадхерин | участвует в межклеточных взаимодействиях; инициирует передачу сигналов, активирующих р53, p27KIP1 | наследственные раки желудка и многие формы спорадических опухолей |
| APC | связывает и разрушает цитоплазматический beta-катенин, препятствует образованию транскрипционных комплексов beta-катенин/Tcf | наследственный аденоматозный полипоз и спорадические опухоли толстой кишки |
| VHL | подавляет экспрессию гена VEGF (фактора роста эндотелия сосудов) и других генов, активируемых при гипоксии | синдром фон Хиппеля-Линдау (множественные гемангиомы); светлоклеточные карциномы почки |
| WT1 | транскрипционный фактор; связываясь с р53, модулирует экспрессию р53-респонсивных генов | наследственные нефробластомы (опухоль Вилмса) |
| PTEN/MMAC1 | фосфатаза; стимулирует апоптоз, подавляя активность PI3K-PKB/Akt сигнального пути | болезнь Коудена (множественные гамартомы); многие спорадические опухоли |
| NF1 (нейрофибромин) | белок семейства GAP;переводит онкоген ras из активной в неактивную форму | нейрофиброматоз первого типа |
| NF2 (мерлин) | участвует во взаимодействиях мембраны с цитоскелетом | нейрофиброматоз второго типа; спорадические менингиомы, мезотелиомы и др. опухоли |
| BRCA1 | повышает активность р53 и других факторов транскрипции, связываясь с RAD51 участвует в узнавании и/или репарации повреждений ДНК | различные формы спорадических опухолей |
| BRCA2 | траскрипционный фактор с активностями гистоновой ацетил-трансферазы; связываясь с RAD51 участвует в репарации ДНК | наследственные опухоли молочной железы и яичников; различные формы спорадических опухолей |
| MSH2, MLH1, PMS1, PMS2 | репарация неспаренных участков ДНК (mismatch repair) | неполипозный рак толстой кишки и яичников; многие спорадические опухоли |
*
Курсивом выделены наследственные формы заболеваний, возникающие при мутациях в половых клетках.
**
Локус INK4a/ARF кодирует два белка: p16 INK4a - ингибитор циклинзависимых киназ Cdk4/6 и p19 ARF
(Alternative Reading Frame) - продукт альтернативной рамки считывания,
который, связывая р53 и Mdm2, блокирует их взаимодействие и
препятствует деградации р53 . Делеции и многие точечные мутации
в локусе INK4a/ARF вызывают одновременно инактивацию супрессорных
активностей обоих этих белков .
Однако долгое время знания о каждом из онкогенов или опухолевых супрессоров представлялись дискретными, в значительной мере не связанными между собой. И лишь в самые последние годы стала вырисовываться общая картина, показывающая, что подавляющее большинство известных протоонкогенов и опухолевых супрессоров являются компонентами нескольких общих сигнальных путей, контролирующих клеточный цикл, апоптоз, целостность генома, морфогенетические реакции и дифференцировку клеток . Очевидно, изменения именно в этих сигнальных путях в конце концов и приводят к развитию злокачественных новообразований. приведены сведения об основных мишенях действия онкогенов и опухолевых супрессоров.
Антионкогенами (или генами - супрессорами опухолевого роста) называются гены, кодирующие ключевые регуляторные белки, потеря которых влечет за собой нарушение контроля клеточной пролиферации. Большая часть идентифицированных антионкогенов в нормальных клетках является регуляторами (факторами) процесса транскрипции клеточных генов, предположительно действуя в пользу усиления программ дифференцировки клеток, в противовес программам пролиферации.
Белки, кодируемые группой генов-супрес- сов (р53, КВ, Ц-"ЛР!(р21), р15, р16 и др.) принимают непосредственное участие в процессе деления клеток, контролируя их вступление в ту или иную фазу клеточного цикла. Утрата активности таких генов в конечном счете провоцирует нерегулируемую пролиферацию клеток .
Таким образом, наряду с активацией онкогенов, нарушения работы генов-супрессоров опухоли являются решающими в инициации туморогенных процессов, влияя на прохождение клеточного цикла, регулируя дифференцировку и программированную гибель клеток, т.е. естественный процесс их отмирания, так называемый апоптоз. Если большинство измененных протоонкогенов с генетической точки зрения действует как доминантные факторы, то гены-супрессоры опухолевого роста действуют обычно рецессивно .
Структурные и функциональные изменения в онкосупрессорах, как и в онкогенах, могут быть следствием точечных мутаций в кодирующих и регуляторных областях гена, вставок или делеций, вызывающих нарушения процесса считывания белков, изменение их конфигурации или модуляцию белковой экспрессии (образования продукта при клеточных синтезах). Потеря функций анти- ^нкогенов в опухолевых клетках происходит, как
правило, в результате инактивации обоих аллелей. Предполагается, что утрата одного аллеля в результате делеции создает возможность проявления фатальных рецессивных мутаций в оставшемся (теория Кнадсена) . Но из этого правила есть исключения: например, для р53 показано существование мутаций, обладающих доминантными свойствами . Герминальные (наследуемые) рецессивные мутации одного из двух аллелей антионкогена могут быть основой наследственной предрасположенности к заболеванию раком .
В экспериментальных исследованиях установлено, что инактивация антионкогена в результате одновременных нарушений в соответствующих локусах парных хромосом (мутации в одном и делеции в другом) может быть устранена внесением аллеля дикого типа (т.е. структурно неизмененного, интактного), что является основой для научных разработок в области генной _тералл_н опухолей_.
Помимо утраты функции гена в результате мутации или делеций инактивация ген а-супрессора может происходить вследствие гиперметилирования последовательности ДНК, кодирующей данный ген. Это характерный способ инактивации некоторых генов, относящихся к группе ингибиторов киназ, регулирующих последовательность и скорость прохождения фаз клеточного цикла, например р/6 и р15 .
В настоящее время поиски генов-супрессоров опухолевого роста ведутся чрезвычайно широко.
В опухолях различных типов были идентифицированы специфические делеции некоторых хромосомных регионов. Отношение таких делеций к развитию опухоли часто обозначают термином «функциональная утрата гена-супрессора опухолевого роста» .
Для идентификации хромосомных участков, претендующих на роль потенциальных антионкогенов, широко используется скрининг шжроделеций, Делецию одного из гетерозиготных аллелей можно констатировать при срав- \ нительном анализе продуктов РСК (ро!утегаве
сНат геасТтп) или КЕТ.Р (гея^псИоп Гга^теп! 1еп§Ы ро1утогПЕт) нормальной и опухолевой ДНК при электрофоретическом разделении. Потеря гетерозиготности (1оз8 о!" Ье1его21205Йу - ЪОН) расценивается как утрата одного из двух аллелей в опухолевой ДНК при сравнении с ДНК нормальной соматической клетки .
В настоящее время известно немногим более десяти антионкосенов. Нарушения же в антионкогенах встречаются примерно в 90 % опухолей человека. При каждой конкретной опухоли спектр генетических изменений носит индивидуальный характер, но тем не менее наблюдаются определенные закономерности в нарушениях отдельных генов или их кластеров, которые дают основание связывать их с развитием или характером прогрессии той или иной патологии. Одним из обязательных условий опухолевого роста является нарушение процесса регуляции деления клеток. Следует подчеркнуть, что изменения в сложной цепи контроля клеточного цикла, опосредованные участием того или иного онкосупрессора, могут происходить на разных этапах цикла и ассоциироваться с развитием различных гистологических типов опухолей.
В данной главе рассмотрены наиболее известные в настоящее время гены-супрессоры опухолевого роста, возможные механизмы их действия и участие в пролиферативных процессах.
Ген р53 является одним из наиболее изученных представителей группы генов-супрессоров, которым в настоящее время отводится важная роль в индукции и прогрессии опухолевого роста. Муль- типотентный ген р53 участвует в ряде важнейших процессов жизнедеятельности клетки. Он локализован на 17 хромосоме (17р13) и кодирует фактор транскрипции, который обеспечивает продукцию и функционирование белков, контролирующих клеточное деление. Ё белке р53 можно выделить три участка: И-концевой участок, содержащий домен транскрипционной активации, центральный участок, содержащий специфичный ДНК-связывающий домен, и С-концевой участок, содержащий мультифункциональный домен |19].
В ходе роста и деления нормальных клеток постоянно происходит накопление нарушений первичной структуры ДНК в результате естествен но- го мутагенеза или ошибок в процессе ее удвоения (репликации ДНК). Специальная система для их устранения, включающая цепь репаративных белков, работает в определенных фазах клеточного цикла. Индукция р53 вызывает задержку клеточного цикла с последующей репарацией повреждений или естественную гибель клеток, препятствуя, таким образом, нарушению целостности генома и приобретению опухолевого фенотипа.
Белок р53 контролирует правильность прохождения клеточного цикла в ряде контрольных точек (рис, 3.1). Более изучен путь, ведущий к задержке клеточного цикла в фазе 01, где одна из центральных ролей принадлежит гену 1УАР1 (р21). Ген р53 активирует транскрипцию белка р21, являющегося одним из ингибиторов комплексов ц ик ли н оз ав н с и м ы х киназ (СОК) - регуляторов прохождения клеточного цикла. При этом р53 не только вовлечен в регуляцию фазы 01. но также принимает участие в регуляции фазы 02 и непосредственно митоза. В ответ на нарушения процесса удвоения ДНК в контрольной точке вхождения в 02 фазу или в ответ на нарушения образования митотического веретена в митотической точке контроля происходит индукция р53 .
Кроме того, сам р53 регулирует репарацию и репликацию ДНК, непосредственно связываясь с рядом белков, принимающих участие в эгнх процессах. Точный путь, связывающий повреждения ДНК и активацию р53, неизвестен. Предполагается, что он включает продукты гена-супрессора ВКСА1 (Ьгеаз! сапсег аззоааГес! §епе I), а также белок АТМ (а(ах1а 1е1ап§]ес:а5]а &епе), «узнающий» повреждения в ДНК и активирующий р53 (рис, 3.2).
Другим следствием активации р53 является естественная, программированная гибель клеток, или ап о птоз. Ген р53 может обусловливать апоп- тоз, связанный или не связанный с активацией транскрипции генов-мишеней. В первом случае р53 активирует транскрипцию гена ВАХ и аналогичных ему генов, которые ингибируют белки, оказывающие антиапоптотическое действие (например. онкоген ВСЬ-2). Кроме того, р53 активирует транскрипцию гена МВМ2, продукт которого, связываясь с белком р53, ингибирует его способность активировать транскрипцию других генов-мишеней, обеспечивая таким образом негативную саморегуляцию. Показано, что индукция р53 вызывает задержку клеточного цикла в 01 или апоптоз в зависимости от ряда факторов, наиболее важными из которых являются тип клеток, концентрация ростовых факторов, уровень экспрессии генов-супрессоров КВ, АИР и(или) фактора транскрипции Е2Р, экспрессия ряда вирусных белков и т.д. .
Инактивация р53 дает клеткам большие селективные преимущества в пролиферации. Нарушение функции р53 в результате точечных мутаций, де- леций, образования комплекса с другим клеточным регулятором или изменения внутриклеточной локализации приводят к утрате супрессивных свойств и стимулирует опухолевый процесс. При исследо- / вании опухолей различного гистогенеза обнаружено, что в большом проценте случаев инактивированы оба аллеля р53 -■ один в результате точечных мутаций, другой - вследствие делеций .
Мутации р53 - наиболее частое генетическое нарушение, регистрируемое в различных опухолях
| ВКСА1 |
| АТМ |
| р27К!Р1 |
| Ц1Ш1ИН [>-Сс1К4/6 Циклин Е-С |
В геноме обнаружены гены, тормозящие пролиферацию клеток и обладающие антионкогенным действием. Потеря клеткой таких генов может приводить к развитию рака. Наиболее изученные антионкогены - p53 и Rb.
Ген Rb бывает утрачен при ретинобластоме (частота ретинобластомы - один случай на 20 тыс. детей). 60% ретинобластом развивается спорадически, а 40% относят к наследственным опухолям с аутосомно-доминантным типом наследования. При наследственном дефекте Rb второй аллель нормален, поэтому развитие опухоли возможно только при одновременном повреждении второго (нормального) гена Rb. При спонтанно развившейся ретинобластоме потеря Rb затрагивает сразу оба аллеля.
Ген-супрессор p53 назван молекулой 1995 г. Существуют "дикая" (неизменённая) и мутированная формы антионкогена p53. В опухолевых клетках при многих типах рака обнаруживают накопление одной из этих форм p53 в избыточном количестве, что нарушает регуляцию клеточного цикла и клетка приобретает способность к усиленной пролиферации.
Регуляция пролиферативной активности клетки с помощью p 53 происходит через усиление или ослабление им апоптоза. Активация p 53 на фоне активации клеточных онкогенов c -fos и c -myc вызывает гибель опухолевых клеток, что наблюдают при действии на опухоль химиопрепаратов и радиации. Мутации p 53 или инактивация его другими способами на фоне усиления экспрессии c -fos , c -myc и bcl 2, наоборот, приводят к усилению пролиферации клеток и злокачественной трансформации.
ОПУХОЛЕВЫЕ МАРКЁРЫ
Традиционные морфологические исследования, как правило, позволяют точно диагностировать дифференцированные опухоли и их метастазы. При низкодифференцированных и недифференцированных злокачественных опухолях используют методы исследования, позволяющие диагностировать изменения на ультраструктурном и молекулярно-генетическом уровнях. С этой целью применяют различные молекулярно-биологические и морфологические методы (ПЦР, гибридизацию insitu , блот- и цитогенетический анализ, иммуногистохимические методы, электронную микроскопию), позволяющие выявлять биомолекулярные маркёры опухолей.
Маркёры опухолей - хромосомные, генные и эпигеномные перестройки в опухолевых клетках, позволяющие диагностировать опухоли, определять степень риска, прогнозировать течение и исходы заболевания. Биомолекулярные маркёры опухолей - более узкое понятие, объединяющее маркёры только белковой природы.
Среди биомолекулярных маркёров выделяют маркёры клеточной дифференцировки (гисто- и цитогенетические) и маркёры прогрессии опухоли (пролиферации, апоптоза, инвазивного роста и метастазирования).
Маркёры клеточной дифференцировки. Клетки различных типов имеют разный набор дифференцировочных антигенов, или иммунологический фенотип. Экспрессия многих дифференцировочных антигенов зависит от степени зрелости (дифференцировки) опухолевой клетки. Таким образом, маркёры клеточной дифференцировки позволяют оценить не только гисто- и цитогенез опухоли, но и уровень её дифференцировки, функциональную активность опухолевых клеток. Большинство известных дифференцировочных маркёров принадлежит к структурных белкам (белки цитоскелета), ферментам, продуктам секреции (гормоны, иммуноглобулины, муцины), клеточным поверхностным антигенам, компонентам межклеточного матрикса. Известны также белковые опухолевые маркёры, синтезируемые только эмбриональной тканью (α-фетопротеин) и специфические опухолевые антигены (например, антигены меланомы).
Маркёры прогрессии опухоли. Маркёры клеточной пролиферации широко используют для диагностики, прогнозирования и выбора лечения опухолей. Существует множество морфологических методов, позволяющих выявлять клетки в различных фазах митотического цикла.
◊ Подсчёт числа митозов при световой микроскопии методом ДНК-цито- и гистофотометрии, а также проточной фотометрии - определение процента клеток в фазе митоза (митотического индекса М).
◊ Использование радиоактивной метки (тимидина, бромоксиуридина) - выявление клеток в фазах S, G 2 , M.
◊ В последнее время применяют иммуногистохимическое определение антигенов митотического цикла: Ki-67 (OMIM *176 741, антиген пролиферирующих клеток MKI67, определяемый коммерческим моноклональным антителам KIA), PCNA (OMIM *176 740, ядерный антиген пролиферирующих клеток PCNA, он же дополнительный белок d ДНК-полимеразы), p 105, CDK-2, cdE. Наибольшим диапазоном обладает PCNA, позволяющий выявлять клетки практически во всех фазах митотического цикла. Напротив, селектин (CD62) метит только неделящиеся клетки.
◊ О возможности апоптоза в опухолевых клетках свидетельствует экспрессия многих маркёров: CD95, рецепторов к ФНО-α, ТФР-β, каспаз, Apaf -1, проапоптозных членов семейства bcl 2, цитохрома С, p 53. Однако о свершившемся апоптозе можно говорить только при характерной фрагментации ДНК, выявляемой методом метки in situ (TUNEL-тест) участков разрыва ДНК, а также по фрагментации PARP (poli-ADP-ribose polimerase, поли-АДФ-рибоза полимераза) или обнаружению фосфатидилсерина на наружной поверхности клеточной мембраны апоптозных телец (Anexin-тест).
Для возникновения опухолей у человека одной активации онкогенов недостаточно, поскольку бесконтрольному клеточному делению препятствуют гены-супрессоры (гены Rb, p-53, АРС), обеспечивающие остановку митоза клетки в контрольно-пропускных пунктах (checkpoints). В первом контрольно-пропускном пункте происходит репарация повреждений ДНК, поскольку механизм контроля G1/S блокирует репликацию ДНК. При нарушениях процессов репарации индуцируется апоптоз. Во втором контрольно-пропускном пункте механизм контроля G2/M запрещает митоз до завершения репликации.
Благодаря этому обеспечивается стабильность генома. В случае мутаций гены-супрессоры приобретают рецессивный признак по обеим аллелям, активность их белков резко снижается, клетка с генетическими поломками реализует свойство бесконтрольного размножения и создает клон себе подобных потомков. Объяснение образования рецессивных генов-супрессоров дано Кнудсоном, который предложил гипотезу канцерогенеза, известную как теория «двух ударов». Сущность ее такова – одна аллель рецессивного гена-супрессора наследуется от родителей («первый удар»), а вторая - результат мутации («второй удар»). Гипотеза Кнудсона имеет подтверждение при проведении цитогенетического или молекулярного исследования некоторых опухолей.
7. Роль в канцерогенезе генов, регулирующих репарацию днк и апоптоз.
В процессе канцерогенеза мутации генов, отвечающих за репарацию ДНК и апоптоз, приводящие к снижению активности соответствующих ферментов, способствуют нарастанию нестабильности генома опухолевой клетки. Кроме того, наряду с бесконтрольной пролиферацией, в связи с низкой активностью или исчезновением генов,
регулирующих апоптоз (bcl-2, bac), происходит резкое увеличение числа опухолевых клеток.
8. Взаимоотношение опухоли и организма. Паранеопластический синдром. Механизмы противоопухолевой резистентности организма.
Взаимоотношения опухоли и организма весьма многообразны и противоречивы. С одной стороны, организм, являющийся для опухоли внешней средой, создает ей необходимые условия существования и роста (обеспечивая, например, ее кровоснабжение), а с другой - с большим или меньшим успехом противодействует ее развитию.
Развитие опухоли - интерактивный процесс (акты «агрессии» опухоли чередуются с ответными «контрмерами» организма). Исход этой борьбы предопределен громадным потенциалом «агрессивности» опухоли, с одной стороны, и ограниченностью защитных ресурсов организма - с другой.
Иммунная защита. Далеко не всякий возникший в организме клон опухолевых клеток превращается в злокачественную опухоль. Организм располагает определенными, хотя и ограниченными, средствами противодействия. На первых этапах действует система так называемой естественной неспецифической резистентности, способная элиминировать небольшое количество (от 1 до 1000) опухолевых клеток. К ней относятся естественные киллеры - крупные гранулярные лимфоциты, составляющие от 1 до 2,5 % от всей популяции периферических лимфоцитов, и макрофаги. Специфический противоопухолевый иммунитет обычно развивается слишком поздно и не очень активен. Спонтанные опухоли животных и человека слабоантигенны и легко преодолевают этот барьер. Однако в некоторых случаях он, по-видимому, способен играть существенную роль.
Паранеопластический синдром - проявление генерализованного воздействия опухоли на организм. Его формы разнообразны - состояние иммунодепрессии (повышенная подверженность инфекционным заболеваниям), тенденция к повышению свертываемости крови, сердечнососудистая недостаточность, мышечная дистрофия, некоторые редкие дерматозы, пониженная толерантность к глюкозе, острая гипогликемия при опухолях больших размеров и другие. Одним из проявлений паранеопластического синдрома является так называемая
раковая кахексия (общее истощение организма), которая возникает в периоде, близком к терминальному, и часто наблюдается при раке желудка, поджелудочной железы и печени
Она характеризуется потерей массы тела, в основном из-за усиленного распада белков скелетных мышц (частично миокарда, а также истощения жировых депо, сопровождается отвращением к пище (анорексией) и изменением вкусовых ощущений. Одна из причин кахексии - повышенный (иногда на 20-50 %) расход энергии, обусловленный по- видимому, гормональным дисбалансом.
Механизмы противоопухолевой резистентности могут быть условно разделены по этапу и фактору канцерогенеза на три основных обобщенных вида:
1. Антиканцерогенные, адресованные этапу взаимодействия канцерогенного (причинного) фактора с клетками, органеллами, макромолекулами.
2. Антитрансформационные, адресованные этапу трансформации нормальной клетки в опухолевую и тормозящие его.
3. Антицеллюлярные, адресованные этапу превращения образования отдельных опухолевых клеток в клеточную колонию - опухоль.
Антиканцерогенные механизмы представлены тремя группами. К 1-ой группе относятся атиканцерогенные механизмы, действующие против химических канцерогенных факторов:
1. Реакции инактивации канцерогенов: а) окисление с помощью неспецифических оксидаз микросом, например полициклических углеводородов; б) восстановление с помощью редуктаз микросом, например аминоазокрасителей - диметиламиноазобензола, о-аминоазотолуола; в) диметилирование - ферментативное или неферментативное; г) коньюгация с глюкуроновой или серной кислотой с помощью ферментов (глюкуронидазы сульфатазы);
2. Элиминация эзо- и эндогенных канцерогенных агентов из организма в составе желчи, кала, мочи;
3. Пиноцитоз и фагоцитоз канцерогенных агентов, сопровождающиеся их обезвреживанием;
4. Образование антител против кацерогенов как гаптенов;
5. Ингибирование свободных радикалов антиоксидантами.
Ко 2-ой группе относятся антиканцерогенные механизмы, действующие против биологических этиологических факторов - онкогенных вирусов:
1. Ингибирование онкогенных вирусов интерферонами;
2. Нейтрализация онкогенных вирусов специфическими антителами. Третья группа антиканцерогенных механизмов представлена механизмами, действующими против физических канцерогенных факторов - ионизирующих излучений. Основными среди них являются реакции торможения образования и инактивации свободных радикалов (антирадикальные реакции) и перекисей - липидных и водорода (антиперекисные реакции), являющиеся, по-видимому, «медиаторами», через которые ионизирующие излучения, по крайней мере, отчасти, реализуют свое опухолеродное влияние. Антирадикальные и антиперекисные реакции обеспечиваются витамином Е, се- леном, глутатион-дисульфидной системой (состоящей из восстановленного и окисленного глютатиона), глутатионпероксидазой (расщепляющей перекиси липидов и водорода), супероксиддисмутазой, которая инактивирует супероксидный анион-радикал, каталазой, расщепляющей перекись водорода.
Антитрансформационные механизмы
За счет этих механизмов происходит ингибирование трансформации нормальной клетки в опухолевую.
К ним относятся:
1. Антимутационные механизмы, являющиеся функцией клеточных ферментных систем репарации ДНК, устраняющие повреждения, «ошибки» ДНК (генов) и поддерживающие благодаря этому генный гомеостаз;2. Антионкогенные механизмы, являющиеся функцией специальных клеточных генов - антагонистов онкогенов и поэтому названные антионкогенами. Действие их сводится к подавлению размножения клеток и стимуляции их дифференцировки. О наличии антионкогенов в нормальных клетках свидетельсвуют опыты группы Э. Стан- бридж и сотрудников. Они ввели в нормальную хромосому (11-я пара из клетки человека) в клетку опухоли Вильямса. В результате опухолевые клетки подверглись трансформации в нормальные клетки. В качестве косвенного аргумента в пользу антионкогенов называют отсутствие такого гена (так называемого Rb-гена) в 13-ой паре хромосом в клетках ретинобластомы и в их нормальных предшественниках - клетках сетчатки.
Антицеллюлярные механизмы
Эти механизмы включаются с момента образования первых бластомных клеток. Они направлены на ингибирование и уничтожение отдельных опухолевых клеток и опухолей в целом. Факторами, включающими антицеллюлярные противоопухолевые механизмы, являются антигенная и «клеточная» чужеродность опухолей. Выделяют две группы антицеллюлярных механизмов: иммуногенные и неиммуногенные
1. Иммуногенные антицеллюлярные механизмы являются функциями иммунной системы, осуществляющей так называемый иммунный надзор за постоянством антигенного состава тканей и органов организма. Они делятся на специфические и неспецифические.
К специфическим иммуногенным механизмам относятся цитотоксическое действие, ингибирование роста и уничтожение опухолевых клеток: а) иммунными Т-лимфоцитами- киллерами; б) иммуными макрофагами с помощью секрктируемых ими факторами: макрофаг-лизина, лизосомальных ферментов, факторов комплемента, ростингибирующего компонента интерферона, фактора некроза опухолей; в) К-лимфоцитами, обладающими Fc-рецепторами к иммуноглобулинам и благодаря этому проявляющими сродство и цитотоксичность к опухолевым клеткам, которые покрыты IgG. Неспецифические иммуногенные механизмы. К ним относятся неспецифическое цитотоксическое действие, ингибирование и лизис опухолевых клеток: а) натуральными киллерами (НК- клетками), являющимися, как и К-лимфоциты, разновидностью лимфоцитов, лишенных характерных маркеров Т- и В-лимоцитов; б) неспецифически активированными (например под влиянием митогенов, ФГА и др.); в) неспецифически активированными макрофагами (например, под влиянием БЦЖ или бактерий, эндотоксинами, особенно липополисахаридами из гамотрицательных микроорганизмов) с помощью секретируемых ими фактора некроза опухолей (ФНО), интерлейкина-1, интерферона и др.; д) «перекрестными» антителами.
2. Неиммуногенные антицеллюлярные факторы и механизмы.
К ним относят: 1) фактор некроза опухолей, 2) аллогенное торможение, 3) интерлейкин-1, 4) кейлонное ингибирование, 5) канцеролиз, индуцированный липопротеидами, 6) контактное торможение, 7) лаброцитоз, 8) регулирующее влияние гормонов.
Фактор некроза опухолей. Продуцируется моноцитами, тканевыми макрофагами, Т- и В-лимфоцитами, гранулоцитами, тучными клетками. Вызывает деструкцию и гибель опухолевых клеток. Интерлекин -1 (ИЛ-1). Механизм антибластомного действия ИЛ-1 связан со стимуляцией К-лимфоцитов, Т-лимфоцитов-киллеров, синтезом ИЛ-2, который в свою очередь стимулирует размножение и рост Т-лимфоцитов (включая Т-киллеры), активацией макрофагов, образованием у-интерферона и, возможно, отчасти посредством пирогенного действия. Аллогенное торможение. Применительно к опухолевым клеткам это подавление жизнедеятельности и уничтожение их окружающими нормальными клетками. Предполагают, что аллогенное торможение обусловлено цитотоксическим действием антигенов гистонесовместимых метаболитов и различием поверхности мембран.Кейлонное ингибирование. Кейлоны - это тканеспецифические ингибиторы размножения клеток, в том числе и опухолевых. Канцеролиз, индуцированный липопротеидами. Канцеролиз - это растворение опухолевых клеток. Фракция щ -липопротеидов оказывает специфическое онколитическое действие. На ауто-, гомо- и гетерологические нормальные клетки эта фракция не оказывает литического влияния.
Контактное торможение. Полагают, что в реализации феномена контактного торможения принимают участие циклические нуклеотиды - циклический аденозин-3, 5- монофосфат (цАМФ) и циклический гуанозин-3,5-монофосфат (цГМФ).
Увеличение концентрации цАМФ активирует контактное торможение. Напротив,
цГМФ тормозит контактное торможение и стимулирует деление клеток. Лаброцитоз. Кацерогенез сопровождается увеличением числа лабро-цитов (тучных клеток), продуцирующих гепарин, который ингибирует образование фибрина на поверхности клеток опухоли (фиксированных и циркулирующих в крови). Это препятствует развитию метастазов, благодаря торможению превращения ракового клеточного эмбола в клеточный - тромбо-эмбол. Регулирующее влияние гормонов. Гормоны оказывают регулирующее влияние на антибластомную резистентность организма. Характерной особенностью этого влияния является его многообразие, зависящее от дозы гормона и вида опухоли. Возникает вопрос: почему, несмотря на столь мощные антицеллюлярные механизмы, направленные против опухолевой клетки, последняя нередко сохраняется и превращается в бластому? Происходит это потому, что причины, вызывающие опухоли, одновременно (задолго до развития опухоли) обусловливают иммунодепрессию. Возникшая опухоль, в свою очередь, сама потенцирует иммунодепрессию. Следует отметить, что иммунодепрессия, возникшая вне связи с действием канцерогенов, например наследственная Т-иммунная недостаточность (при синдроме Вискотта-Олдрича и др.), а также приобретенная (используемая при пересадке органов или развивающаяся при пересадке органов или развивающаяся при лечении цитостатиками) резко увеличивает риск возникновения опухоли. Так, иммунодепрессия при пересадке органов увеличивает риск развития опухоли в 50-100 раз. Препятствует уничтожению и, напротив, способствует сохранению опухолевых клеток и ряд других феноменов: антигенное упрощение; реверсия антигенов - появление эмбриональных белков-антигенов, к которым в организме имеется врожденная толерантность; появление особых антител, защищающих опухолевые клетки от Т-лимфоцитов и названных «блокирующими» антителами.
Если белки, кодируемые онкогенами, способствуют развитию , то мутации в генах-супрессорах опухолевого роста содействуют малигнизации по другому механизму и при потере функции обоих аллелей гена.
Гены-супрессоры опухолевого роста очень разнородны. Некоторые из них действительно подавляют опухоли, регулируя клеточный цикл или вызывая запрет роста за счет межклеточного контакта; гены-супрессоры опухолевого роста этого типа - ХКЦ, поскольку они непосредственно регулируют рост клетки.
Другие гены-супрессоры опухолевого роста , гены «дворники», участвуют в репарации поломок ДНК и поддерживают целостность генома. Утрата обоих аллелей генов, задействованных в репарации ДНК или хромосомных поломок, приводит к раку косвенно, позволяя накапливаться последующим вторичным мутациям, как в протоонкогенах, так и в других генах-супрессорах опухолевого роста.
Продукты большинства генов-супрессоров опухолевого роста выделены и описаны. Поскольку гены-супрессоры опухолевого роста и их продукты защищают против рака, есть надежда, что их понимание в конечном счете приведет к улучшению методов противораковой терапии.
Гены супрессоры опухолевого роста
:
1. Ген супрессор опухолевого роста RB1
: функции гена: синтез p110, регуляция клеточного цикла. Опухоли при патологии гена: ретинобластомы, мелкоклеточная карцинома легкого, рак груди.
2. : функции гена: синтез p53, регуляция клеточного цикла. Болезни при патологии гена: Синдром Ли-Фраумени, рак легких, рак груди, многие другие.
3. Ген супрессор опухолевого роста DCC : функции гена: рецептор Dcc, снижение выживания клетки при отсутствии сигнала выживания от его лиганда нейтрина. Болезни при патологии гена: колоректальный рак.
4. Ген супрессор опухолевого роста VHL : функции гена: синтез Vhl, часть форм цитоплазматического комплекса уничтожения с АРС, который в норме в присутствии кислорода тормозит индукцию роста кровеносных сосудов. Болезни при патологии гена: синдром Хиппеля-Линдау, светлоклеточная почечная карцинома.
5. Гены супрессор опухолевого роста BRCA1, BRCA2 : функции гена: синтез Brcal, Brca2, репарация хромосом в ответ на двойные разрывы ДНК. Болезни при патологии гена: рак груди, рак яичников.
6. Гены супрессор опухолевого роста MLH1, MSH2 : функции гена: синтез Mlhl, Msh2, репарация нуклеотидных несовпадений между нитями ДНК. Болезни при патологии гена: колоректальный рак.