Бесконтрольный рост: основы

Кардинальным отличием опухолевых клеток от нормальных является их безудержный рост и нечувствительность к нисходящим регуляторным сигналам (автономность). В основе этого феномена лежат сложные, до сих пор до конца не изученные, молекулярные механизмы. Наиболее исследованы белок ретинобластомы (pRB), p53, Ras и теломераза.

pRB. Каскад реакций, регулируемый pRB, определяет, перейдет ли клетка из G1-фазы клеточного цикла в S-фазу, т.е. начнет ли готовиться к делению (рис. 3). Гипофосфорилированный pRB соединяется с фактором транскрипции Е2F и, т.о., не позволяет клетке вступить в S-фазу. Факторы роста стимулируют повышение экспрессии циклинов D и E, которые активируют циклин-зависимые киназы (CDK4 и 6). Комплекс циклин-CDK фосфорилируют pRB, что приводит к высвобождению Е2F, который и активирует экспрессию генов, ответственных за деление. При отсутствии функционально активного pRB Е2F остается без регуляции и клетка делится даже в отсутствии ростовых сигналов. Этот сигнальный путь нарушается на разных стадиях в различных злокачественных опухолях. В ретинобластомах, остеосаркомах и мелкоклеточном раке легкого причиной исчезновения pRB являются мутации в самом гене. Во многих раках шейки матки pRB инактивируется онкопротеином Е7 папилломавируса. В целом ряде злокачественных опухолей инактивация pRB происходит из-за снижения экспрессии гена р16^INR4A, который регулирует фосфорилирование pRB. В раке молочной железы гиперэкспрессия циклинов D и E приводит к тому же результату. Нарушение этого пути имеет место в большинстве злокачественных опухолей человека. Наследование мутантного гена RB лежит в основе семейной формы ретинобластомы.

p53. Мутации этого гена обнаружены в половине злокачественных опухолей человека. Эта мутация может быть наследственной и лежит в основе синдрома Ли-Фраумени. У лиц с этим синдромом резко повышена вероятность возникновения самых различных опухолей (лейкозов, сарком, рака молочной железы, опухолей мозга и др.) при инактивации второй аллели этого гена в соматической клетке. Основной функцией р53 является предотвращение размножения клеток с поврежденным геномом (рис. 4). При повреждении ДНК ультрафиолетом, химическими веществами или ионизирующим излучением в клетке повышается экспрессия р53, который активирует гены, вызывающие остановку клеточного цикла и репарацию ДНК. Остановка клетки в G1-фазе опосредуется р53-зависимым белком р21, который ингибирует циклин-зависимые киназы, и, т.о., останавливает цикл. Пока клетка находится в фазе G1, происходит репарация ДНК, после чего клетка может перейти в S-фазу. Если же повреждение не может быть восстановлено, то р53 индуцирует апоптоз через активацию проапоптотического гена bax. При выключении обеих аллелей р53 клетка продолжает делиться с поврежденной ДНК. Инактивация р53 может быть вызвана не только мутациями. Так, гиперэкспрессия белка MDM2 приводит к быстрому разрушению р53. В других опухолях результатом метилирования гена р19^ARF, антагониста MDM2, также является снижение активности р53. Онкопротеины вирусов также могут прямо или через взаимодействие с MDM2 приводить к инактивации р53.

Теломераза. Самым удивительным свойством опухолевой клетки является «бессмертие». Под этим термином понимают не бесконечную жизнь клетки, а ее способность делиться бесконечное число раз. Нормальные клетки делятся ограниченное число раз. Механизм, ограничивающий деление, основан на укорочении теломер – терминальных участков хромосом. В опухолевых клетках длина теломер поддерживается постоянной при помощи фермента теломеразы, что и обеспечивает «бессмертие» раковых клеток. В нормальных клетках экспрессия теломеразы резко снижена.

Ras. Нормальные клетки делятся только в присутствии факторов роста в микроокружении. Зависимость же опухолевых клеток от митогенной стимуляции резко снижена. В основе этой приобретенной независимости лежит активность онкогенов, генерирующих собственные митогенные сигналы. Например, ras онкоген, мутантная активная форма которого присутствует в четверти всех опухолей человека, кодирует мутантный белок, индуцирующий каскад митогенных сигналов, и, т.о., избавляющий опухолевую клетку от зависимости от внешних факторов роста (рис. 5). В норме инактивация Ras катализируется белком GAP. Мутантная форма Ras нечувствительна к GAP, и Ras, таким образом, остается активным. Такой же каскад митогенных сигналов может быть результатом повреждения рецепторов факторов роста на клеточной поверхности. Подобные нарушения обнаруживаются в большинстве злокачественных опухолей человека.