Протоонкогены - специфические гены нормальных клеток, которые осуществляют позитивный контроль процессов пролиферации и мембранного транспорта. Под влиянием мутаций протоонкогены претерпевают так называемую активацию, что способствует их превращению в онкогены, экспрессия которых вызывает возникновение и прогрессию опухолей. Протоонкоген может превратиться в онкоген при замене в нем даже одного из 5000 нуклеотидов. В настоящее время известно около сотни протоонкогенов. Нарушение функций протоонкогенов вызывает их превращение в онкогены и способствует опухолевой трансформации клетки. Онкогены обозначают соответственно их нахождению: в вирусе (v - virus) или в клетке (c - cellula), а также по характеру опухоли (src, sis, myc, erb и т.д.); например, v-src - вирус саркомы Рауса; c-myc - клеточный онкоген миелоцитарного лейкоза; c-erb - клеточный онкоген эритробластоза; v-sis - вирус саркомы обезьян.
| Продуктами протоонкогенов являются белки, которые имеют различную локализацию в клетке. Белки, кодируемые протоонкогенами src и ras, связаны с клеточной мембраной; erbB или fmc - с плазматической и внутриклеточной мембранами; erbA или mos расположены в цитоплазме; myc, fos, jun или myb - в клеточном ядре; sis секретируется во внешнюю среду. Белки, кодируемые протоонкогенами, непосредственно участвуют в проведении ростстимулирующих сигналов, побуждающих клетку к делению. В литературе достаточно подробно описана цепь последовательных сигналов для нормального роста и функционирования клеток. Все ключевые белки, участвующие в этой цепи, кодируются протоонкогенами. |
В результате мутационного превращения протоонкогенов в онкогены одно или несколько звеньев этой цепи спонтанно становятся сверхактивными. Так, например, аномальная форма рецептора эпидермального фактора роста (ЭФР) приводит к тому, что такой рецептор постоянно находится в состоянии активации, посылая ложные сигналы, стимулирующие размножение клеток. G-белки, утратившие способность гидролизовать гуанидинтрифосфат в гуанидиндифосфат, остаются постоянно связанными с гуанидинтрифосфатом и непрерывно передают ростстимулирующий сигнал. Связанные с плазматической мембраной и цитоплазматические протеинкиназы могут стать постоянно активированными без необходимости в стимуляции. Может резко возрасти количество или повыситься функциональная активность транскрипционных факторов, влияющих на экспрессию генов, побуждающих клетку к делению. Следствием этих нарушений является неконтролируемое деление клеток, что характеризует опухоли. Поэтому считается, что протоонкогены осуществляют позитивную регуляцию процесса пролиферации. Блокирование же любого из этапов передачи митогенного сигнала может в принципе привести к нарушению регуляции пролиферации опухолевых клеток и потенциально к торможению роста опухоли.
Выделяют несколько механизмов трансформации протоонкогена в онкоген: 1) инсерционная активация - активация протоонкогена клетки при включении в ее геном вирусного промотора; 2) амплификация - в результате умножения (копирования) числа одинаковых протоонкогенов, которые, как и в первом случае, приводят к усилению синтеза онкобелков (так называемый эффект дозы), при этом могут появляться добавочные участки хромосомы; 3) активация протоонкогена при транслокации участка хромосомы в другое место той же или другой хромосомы; 4) точечная мутация протоонкогена, приводящая к синтезу онкобелков, которые нарушают регуляцию клеточного деления.
Описанные нарушения генома могут быть вызваны различными канцерогенными факторами: химическими, физическими (ультрафиолетовое и ионизирующее излучение) и др. В дальнейшем при прогрессировании опухоли частота мутаций, транслокаций и других хромосомных нарушений, выявляемых в опухолевых клетках, значительно возрастает, и это является следствием утраты контроля над стабильностью генома, что свойственно опухолевым клеткам.
Мутация обычно возникает в одной из двух копий (аллелей) протоонкогена, располагающихся в парных хромосомах, и проявляется как доминантная. Таким образом, одной мутации достаточно для превращения протоонкогена в действующий онкоген.
Изменения в геноме клетки могут быть также вызваны онкогенными вирусами. РНК-содержащие вирусы содержат онкогены, образовавшиеся, по-видимому, из клеточных протоонкогенов, захваченных когда-то вирусами. В случае заражения ретровирусами в клетку вносится готовый онкоген. Одним из механизмов опухольтрансформирующего действия ДНК-содержащих вирусов является способность некоторых белков, кодируемых специфическими генами этих вирусов, инактивировать антионкогены в клетках.
Антионкогены - гены-супрессоры клеточного деления. Их известно около двух десятков, они действуют как ингибиторы проведения рострегулирующих сигналов в клетке и тем самым предупреждают возможность нерегулируемой пролиферации. Поэтому считается, что антионкогены осуществляют негативную регуляцию пролиферации. Инактивация антионкогенов, вызванная их мутациями (точковыми мутациями и делециями), приводит к неконтролируемому росту клеток. Для выключения антионкогена необходимы две мутации в обоих его аллелях (так как антионкогены - рецессивны), тогда как для превращения протоонкогена в действующий онкоген достаточно только одной (доминантной) мутации. Наличие первой мутации в одном из аллелей антионкогенов предрасполагает к возникновению опухоли, и если такой мутантный аллель унаследован, то достаточно второй мутации, чтобы произошла опухолевая трансформация.
Антионкогены осуществляют роль негативных регуляторов прохождения клетки по клеточному циклу, конечным результатом которого является митоз. Под клеточным циклом понимается упорядоченная последовательность событий от одного клеточного деления до другого. Как известно, клеточный цикл разделяется на 4 дискретных временных периода: G1, S, G2 и М. В фазе S (синтетическая фаза) происходит репликация ДНК; фаза М - митоз; G1 и G2 - промежутки соответственно между М и S и между S и М. Временной механизм прохождения клеткой этого цикла контролируется синтезом и распадом специальных белков - циклинов. Их экспрессия периодически возрастает в течение одной фазы клеточного цикла и затем снижается в другой фазе. Циклины группы В накапливаются в G2-фазе и распадаются в М, циклины Е и D действуют в G1-фазе, циклины А - в S-фазе.
Циклины образуют комплексы с так называемыми циклинзависимыми протеинкиназами (ЦЗПК) разных типов. Образование комплексов циклина Е с ЦЗПК-2 и циклина D с ЦЗПК-4 вызывает фосфорилирование нескольких белков, необходимых для вхождения клетки в S-фазу цикла.
Одним из таких белков является продукт антионкогена Rb, с интактивацией которого связано развитие ретинобластомы в раннем детском возрасте и наследственной формы остеосаркомы. Когда этот белок не фосфорилирован, он связан с транскрипционными факторами, которые включают гены, регулирующие репликацию ДНК в S-фазе. Связь этих транскрипционных факторов с белком антионкогена Rb лишает их активности, что препятствует дальнейшему продвижению по циклу клеток, находящихся в G1-фазе. При фосфорилировании белка Rb транскрипционные факторы освобождаются и вызывают вступление клетки в S-фазу. Таким образом, в норме антионкоген Rb осуществляет негативный контроль пролиферации, разрешая или не разрешая клеткам вхождение в фазу репликации ДНК (S-фазу клеточного цикла). Утрата этой функции в результате инактивации антионкогена Rb (его мутации) приводит к тому, что транскрипционные факторы остаются несвязанными, и клетка безостановочно «пробегает» по циклу даже в тех случаях, когда действует запрет на пролиферацию.
Другим антионкогеном, выполняющим в клетке рострегулирующую функцию, является p 53. Белок, кодируемый этим антионкогеном, локализован в ядре и является транскрипционным фактором, который включает ряд генов, в том числе и ген waf1. Продукт последнего инактивирует комплексы циклина Е с ЦЗПК-2 и циклина D - с ЦЗПК-4, необходимые для вхождения клетки в S-фазу цикла, в результате чего клетка задерживается в G1-фазе. Мутация антионкогена р 53, как и Rb, приводит к нарушению этой регуляции и к безостановочному делению клетки. В норме антионкоген р53 препятствует вхождению в S-фазу клеток с поврежденной или измененной ДНК, поддерживая таким образом целостность клеточного генома. Эту функцию он реализует двумя способами: 1) временно задерживая клетку в G1-фазе цикла, давая ей возможность исправить повреждения ДНК прежде, чем клетка вступит в S-фазу; 2) запуская механизм апоптоза (программируемой гибели клетки) в тех случаях, когда повреждения ДНК столь серьезны, что не подлежат исправлению. Индукция апоптоза в аномальных клетках - чрезвычайно важная функция антионкогена р 53. Благодаря апоптозу исключается возможность передачи серьезных поломок ДНК в поколениях клеток. В случае нарушения этой функции р 53 происходит накопление клеток с различными хромосомными повреждениями, что является характерным для клеток опухолей.
Мутации антионкогена р53 выявляются примерно в 60% злокачественных опухолей у человека. У людей с врожденной мутацией одного из аллелей р 53 опухоли (саркомы, лимфолейкозы, рак молочной железы) обнаруживаются в молодом возрасте с вероятностью 100% (семейный синдром Ли-Фраумени). Антионкоген р 53 во многом определяет реакции опухоли на химио- и/или лучевую терапию. В тех опухолях, где р 53 не изменен и нормально функционирует, повреждение ДНК под влиянием химиотерапии или облучения вызывает апоптоз опухолевых клеток. В опухолях с инактивированным р 53 индуцированные повреждения ДНК не приводят к апоптозу, и такие опухоли резистентны к химио- и лучевой терапии.