Биологические основы канцерогенеза

Развитие злокачественной опухоли в организме человека вовлекает комплекс последовательных событий и обычно занимает десятки лет. Во время этого многостадийного процесса в геноме будущей раковой клетки происходит изменение экспрессии онкогенов и генов-супрессоров опухолевого роста. По современным представлениям опухоль – клон одной единственной клетки (моноклональное происхождение опухоли). Процесс превращения нормальной клетки в злокачественную называется малигнизацией.

Онкогенами называется группа генов, активность которых в опухолевых клетках выше, чем в нормальных. Считается, что активизация онкогенов приводит к злокачественной трансформации клеток. В основном онкогенами являются гены, стимулирующие прямо или косвенно клеточный рост и деление, а именно гены факторов роста и их рецепторов, факторов транскрипции и регуляторов клеточного цикла:

1. факторы роста: Sis (фрагмент фактора роста из тромбоцитов (PDGF)), hist-1 и int-2 (факторы роста фибробластов (FGF))

2. рецепторы факторов роста и гормонов: ErbB для эпидермального фактора роста, FMS для моноцитарного колоние-стимулирующего фактора, ErbA для тиреоидных гормонов

3. молекулы сигнальных путей: тирозиновые киназы (Abl, Src, Fes), G-белки (Ras), сериновые/треониновые киназы (Raf, Mos)

4. факторы транскрипции (Fos, Jun, Myc, Myb, Rel)

5. регуляторы клеточного цикла (циклин D, циклин-зависимая киназа CDK4)

и другие.

Ген-предшесвенник онкогена в нормальной клетке называют прото-онкогеном. Превращение прото-онкогена в онкоген может происходить несколькими путями:

1. Нарушение регуляции экспрессии гена

2. Мутация – изменения в нуклеотидной последовательности гена

3. Транслокация – перемещение гена в другую область хромосомы

4. Амплификация – увеличение числа копий гена

Для опухолевой трансформации имеют значения только те мутации прото-онкогенов, которые приводят к синтезу мутантного белка, обладающего более высокой активностью, чем «дикий», т.е. немутантный, белок. Такой онкопротеин (продукт онкогена) сохраняет активность даже в условиях отсутствия физиологических стимуляторов и, таким образом, может запускать деление клетки независимо от факторов роста.

Мутации в геноме могут быть как спонтанными, так и индуцированными химическими канцерогенами или ионизирующим излучением. Чувствительность клеток к мутациям резко повышается при делении. В связи с этим вероятность возникновения мутаций в активно делящейся ткани (например, в условиях хронического воспаления), намного выше.

Гены-супрессоры опухолевого роста представляют собой гены, которые, в противоположность онкогенам, снижают пролиферативную активность клеток, стимулируют апоптоз и дифференцировку клеток. В опухолевой клетке активность этих генов значительно снижена или отсутствует. К генам-супрессорам относится большое количество самых различных генов:

1. Регуляторы транскрипции, ответственные за клеточный цикл: RB1, p53.

2. Гены, ответственные за репарацию ДНК: hMLH1, hMSH2, NBS1, FAC, FAA.

3. Гены клеточной адгезии: APC, E-кадгерин.

4. Регуляторы транскрипции: BRCA1, BRCA2, Wt1.

5. Регуляторы клеточного цикла: TSC2, INK4a.

и другие.

Выключение генов-супрессоров при опухолевой трансформации происходит двумя путями:

1. Мутация или делеция гена

2. Гиперметилирование промотора гена

В результате мутации гена-супрессора может либо значительно снизиться/исчезнуть его активность, либо начать синтезироваться мутантный белок со сниженной/отсутствующей ферментативной активностью.

В соответствии с гипотезой «двойного удара» Knudson обе копии гена-супрессора должны быть неактивными, чтобы произошла малигнизация, и поэтому эти гены часто называют «рецессивными раковыми генами». Мутация или потеря большого участка гена сразу в двух копиях гена – очень маловероятное событие. Намного более эффективным способом выключения гена в процессе опухолевой трансформации является метилирование нуклеотидов в области промотора, который регулирует экспрессию гена-супрессора. Этот процесс опосредован ДНК-метилтрансферазами, которые присоединяют метильные группы к остаткам цитозина. У человека и других млекопитающих такая модификация цитозина может происходить только, если он стоит перед гуанозином в последовательности ДНК (т.н. СpG-динуклеотид). Скопления таких динуклеотидов в ДНК называют СрG-островами. В геноме млекопитающих СрG-острова располагаются в основном в области промоторов генов. Метилирование промотора приводит к выключению регулируемого им гена из процесса транскрипции. Неконтролируемое метилирование ДНК часто наблюдается в злокачественных клетках и исключает из транскрипции сразу обе копии различных генов. Также возможно, что в одной аллели произошла делеция или мутация, а в другой мутация или метилирование промотора (рис. 2.) Возникновение наследуемых форм (5% от всех злокачественных опухолей) связано с наследуемыми мутациями в генах-супрессорах (таб. 2, рис. 2.).

Таблица 2. Общая характеристика наследуемых онкологических синдромов