Гены-супрессоры опухолевого роста: роль в происхождении карцином. Гены супрессоры опухолевого роста

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.

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

Первым четким примером гена, контролирующего канцерогенез, была ретинобластома человека. Ген Rb – наиболее четкий, генетически определенный ген супрессорного действия. В чем выражается его супрессорный эффект? Изучение молекулярного механизма его действия показало, что он подавляет, а его мутация (в гомозиготном состоянии) позволяет клетке выйти в G1/S-фазу, т.е. стимулирует ее пролиферацию. Преодоление барьера G1/S становится неконтролируемым, не требующим специфического сигнала, и клетка выходит на автономный режим . Кроме того, нормальная клетка «тормозит» прохождение цикла через барьер G1/S и тем самым выполняет супрессорную функцию. Мутация Rb создает автономную пролиферацию эпителия – главную составляющую опухолевого роста. Все остальные особенности опухоли, лежащие в основе прогрессии, могут возникнуть (или не возникнуть) как вторичные, не определяемые непосредственно геном Rb . В этом отношении функции Rb ограничены достаточно четко. Его подавление в гомозиготе является типичным для опухолей человека.

Другой, параллельно работающий и наиболее универсальный ген-супрессор – ген р53 . Основная функция гена р53 – выбраковывание клеток с поврежденной системой репликации ДНК. Клетки с поврежденной ДНК образуют комплекс белка р53 с ДНК, ставящий клетки на путь апоптоза. Вторая функция р53 – торможение пролиферации при прохождении блока G0/G 1 S. На этой стадии р53 выступает собственно как антионкоген. Инактивация р53 ведет к выживанию опухолевых и предопухолевых клеток и тем самым к выживанию опухолевого клона.

Особенностью системы р53 является ее специфическая чувствительность к стрессовым воздействиям: стрессы ведут к синтезу семейства белков, взаимодействующих с модифицированными стрессом пептидами, и их протеолизу в протеосомах (убиквитинированию).

Торможение и подавление апоптоза приводит к массированному вступлению клеточной популяции в кризис и увеличению аномальных митозов, что резко увеличивает клеточную гетерогенность с последующим отбором автономных вариантов. Таким образом, инактивация нормальной функции р53 ведет к усилению прогрессии и тем самым к стимуляции канцерогенеза.

Именно в этой функции р53 выступает как антагонист ядерного трансфактора – онкогена МYC . К семейству р53 примыкают белки, контролирующие вступление клетки в цикл, сходные по функции и генетическому контролю. Инактивация этого семейства – обычный рецессивный компонент эпителиальных опухолей человека, приблизительно в 5 раз превышающий частоту участия протоонкогенов.

Обычная инактивация генов-супресоров опухолей – утрата генетической гетерозигот-ности, или LOH, т.е. утрата участка хромосомы, несущей соответствующий ген, контролирующий генетические аномалии при патологических митозах . Таким образом, и эта система, как и Rb, при своей инактивации ведет к автономной пролиферации как основному компоненту и к увеличению генетической гетерогенности как необходимому условию последующей прогрессии.

Мы хотели бы еще раз подчеркнуть особенности генов-супрессоров опухолей и их роль в канцерогенезе:

во-первых, для проявления этих генов, в отличие от проявления онкогенов, необходима го-мозиготность для осуществления их функции. Утрата гена, наступающая при LOH, дает такой же эффект, что и гомозиготность;

во-вторых, гены-супрессоры подавляют в некоторых случаях действие онкогенов и отправляют клетку, несущую онкоген, в апоптоз или подавляют пролиферацию, вызванную онкогеном;

в-третьих, мутантные гены-супрессоры канцерогенеза участвуют в канцерогенезе (эпителиальном) в большем числе случаев, чем онкогены;

в-четвертых, канцерогенез у человека, как правило, включает подавление генов-супрессоров;

в-пятых, роль генов-супрессоров в возникновении гемобластозов существенно меньше таковой в карциномах. Можно думать, что некоторые гемобластозы возникают только при активации онкогенов.

Прогрессия опухолей

Предрак и трансформация ведут к возникновению основного элемента злокачественного роста – автономной пролиферации и бессмертию клеток. Но это еще не злокачественная опухоль, пока ткань не выходит за пределы собственной территории или не подавляет развития своих нормальных генов. Собственно злокачественность – инвазия и метастазирование, равно как и утрата дифференцировки, – возникает в процессе эволюции опухоли или ее прогрессии . Прогрессия, по-видимому, протекает по-разному для гемобластозов и карцином.

Гемобластозы. Прогрессия в системе гемобластозов ведет к бластному кризу и к подавлению нормального кроветворения, механизмы которого рассмотрены выше.

Бластный криз равнозначен или почти равнозначен мутационному переходу из хронической фазы заболевания в фазу острого лейкоза с утратой дифференцировки, накоплением незрелых форм в костном мозге и в жидкой части крови, форм, бурно пролиферирующих и близких к стволовым кроветворным клеткам, имеющим мембранный антиген СD34 . Переход к бластному кризу особенно демонстративен в эволюции ХМЛ и ХЛЛ.

Карциномы. Поскольку гены-супрессоры опухолей, относящиеся к семейству р53 , наиболее типичны для канцерогенеза эпителиальных опухолей, а основная функция р53 – отправка в апоптоз клеток, экспрессирующих мутантные гены, то накопление генетической гетерогенности – наиболее естественная особенность карцином. Генетическая гетерогенность – основа естественного отбора на автономность и усиление автономности, которые происходят в популяции опухолевых клеток и создают динамичность опухолей. Инактивация р53 и родственных ему супресоров апоптоза, а также прохождение опухолевой популяции через кризис являются мощным источником цитогенетической гетерогенности – нарушения баланса хромосом и разнообразных хромосомных аберраций . Эти факторы достаточно ярко выражены в опухолях.

Ранее мы рассматривали опухоли, вызванные одним онкогеном онкорнавирусов, или гемобластозы невирусного происхождения, также индуцированные одним онкогеном, активированным или возникшим в результате хромосомной транслокации.

Отличительным признаком карцином является многокомпонентный канцерогенез, в который вовлекается несколько разных онкогенов. Они включаются, по-видимому, в разные периоды развития опухоли и определяют либо разные стадии опухолевой прогрессии (начиная с предрака), либо разные стадии злокачественности – полипы, карциномы in situ , инвазивный рак и рак метастатический. Множественность онкогенных эффектов, равно как и участие нескольких онкогенов, определяет разные пути и разный результат прогрессии опухолей. Множественные формы колоректальной карциномы и карциномы молочной железы являются характерными признаками такого разнообразия путей прогрессии.

Очень важным, если не ведущим, фактором прогрессии является строма опухолей, состоящая из фибробластов, ассоциированных с опухолью, эндотелия сосудов, клеточных элементов воспаления и основного бесструктурного вещества соединительной ткани. Фибробласты продуцируют основное вещество, в которое заключена опухоль, – коллаген IV типа и ламинин ба-зальной мембраны, на которую «опираются» клетки опухолевого эпителия и которая отделяет эпителий от других тканей. Базальная мембрана входит в состав ВКМ и в основном определяет поляризацию клеток эпителия – важнейший признак его дифференцировки. Клетка нормального эпителия «чувствует» базальную мембрану с помощью специальных трансмембранных рецепторов, интегринов. Интегрины с помощью своего внеклеточного домена взаимодействуют с базальной мембраной и фибронек-тином, входящим в состав ВКМ, и передают специфический сигнал внутрь клетки . Пока «работают» интегрины, клетки опухоли сохраняют свое эпителиальное поведение и морфологию. Утрата интегринов в процессе отбора на автономность и происходящее на ранних стадиях прогрессии разрушение кадхерина , генетический блок его синтеза или эпигенетический блок промотора, ведущий к остановке синтеза кадхерина, или разрушение металлопротеиназа-ми, ассоциированными с опухолью и продуцируемыми ее стромой, ведут к распаду межклеточных контактов. Эти контакты создают ткань. Их разрушение ведет к дезорганизации ткани. Организованная ткань сдерживает автономную пролиферацию опухоли, поэтому отбор на автономность работает против эпителиальной организации ткани. Эпителиальная организация ткани поддерживается контактами клетки с матриксом – разрушение такого взаимодействия или по причине инактивации интегринов, или из-за разрушения бесструктурного вещества ВКМ металлопротеиназами ведет к утрате поляризации опухолевой клетки. При этом ингибируется HNF4 – мастер-ген, контролирующий трансфакторы дифференцировки печени .

Таким образом, события при прогрессии опухолей ведут к разрушению структуры эпителиальной ткани и к утрате полярной морфологии клеток эпителиальной опухоли .

Ведущим событием в утрате опухолью дифференцировочного фенотипа является, по нашему мнению, нарушение взаимодействия эпителиальной опухолевой клетки с внеклеточным матриксом – базальной мембраной и бесструктурным межклеточным веществом, собственно ВКМ.

Эволюция опухолевой стромы в значительной мере ответственна за описанные события. Продукция стромой металлопротеиназ ведет к разрушению базальной мембраны и коллагеновых компонентов ВКМ. Разрушение базальной мембраны при сохранении бесструктурного вещества ВКМ является основным условием инвазии, при котором опухолевые клетки, сохраняющие связь с основной популяцией, распространяются за пределы базальной мембраны и внедряются на территории других тканей.

Метастазирование, с одной стороны, продолжающее инвазию далеко за пределы исходной ткани, с другой – опирающееся на систему микроциркуляции, также во многом зависит от стромы, и не только благодаря нарушению базальной мембраны. Опухоль не может расти без снабжения кислородом и питательными веществами. Гипоксия, возникающая в районе (микрорайоне!) развития опухоли и метастаза, нарушает в самой опухолевой ткани, равно как и в строме (!), продукцию VEGF – фактора роста сосудов, стимулирующего образование системы микроциркуляции. Индукция размножения клеток эндотелия сосудов – необходимый элемент образования кровеносных капилляров, а капиллярная сеть – результат активности опухолевой стромы в большей мере, чем самих опухолевых клеток.

Таким образом, опухолевая строма обеспечивает существование самой опухоли и определяет пределы ее распространения в организме, равно как и развитие ее отдаленных микроочагов. Есть данные, или пока гипотезы, что динамика длительного сохранения и возобновления роста микрометастазов определяется динамикой микроциркуляционной сети, снабжающей кислородом и питательными веществами эти микроочаги опухоли. И этим еще не ограничивается роль стромы в развитии опухоли. Образование некроза и развитие локального воспаления ведет к накоплению лимфоцитов, нейтрофилов и макрофагов, активно синтезирующих медиаторы воспаления. Эти медиаторы включают в себя целое семейство веществ, усиливающих само воспаление (система комплемента), активирующих функцию макрофагов (фактор некроза опухоли), и ростстимулирующие факторы (цитокины), которые оказывают стимулирующее влияние и на рост самой опухоли.

Накопление в опухоли факторов естественной резистентности – макрофагов, нормальных киллеров и Т-лимфоцитов, осуществляющих специфический контроль роста опухолей, создает противоположный эффект и усиливает естественный отбор клеток, не чувствительных или противостоящих иммунологическому контролю опухолевого роста, и обеспечивает тем самым дальнейшую эволюцию (прогрессию) системы.

И наконец, происходит эволюция карциномы в сторону отхода от контроля эпителиальной структуры, зависящего от таких свойств эпителия, как наличие базальной мембраны. Утрата характерных черт эпителия (структуры ткани, клеточных взаимодействий, контроля специфическими факторами роста, приобретение подвижности и морфологии фибробластов) – это так называемое EMT, эпителиально-мезенхимальное превращение .

ЕМТ свойственно нормальному эпителию в процессе развития, особенно раннего, например при гаструляции, когда эпителий приобретает подвижность и активно внедряется в подлежащие слои. ЕМТ имеет место при временных повреждениях ткани, при этом эпителиальные клетки теряют полярность, прекращают синтез кадхеринов, образуют виментин и фибронектин и одновременно с этим приобретают подвижность. Они прекращают синтез клеточных ядерных трансфакторов и образование антигенов, характерных для эпителиальных тканей. Эпителиальные клетки становятся типичными фиб-робластами. ЕМТ, по-видимому, лежит в основе инвазии и метастазирования: клетки эпителиальной опухоли становятся подвижными и приобретают способность расселяться по разным территориям организма. При этом очень существенно, что клетки претерпевают физиологическое , а не генетическое превращение, так как ЕМТ обратимо . Метастазы, возникшие на основе ЕМТ, могут приобретать морфологию исходной опухоли, а эпителий в краевых районах раны может приобретать фибробластные свойства. Индукция ЕМТ имеет место при взаимодействии опухолей, экспрессирующих онкоген Ras и TGFр. Но так или иначе ЕМТ выглядит как заключительный этап прогрессии эпителиальной опухоли, когда опухоль теряет эпителиальные признаки (полярность клеток, специфические клеточные контакты, характерную морфологию и тканеспецифическую антигенную структуру) и одновременно приобретает черты фибробластов (экспрессию виментина, подвижность, независимость от территории роста).

Можно думать, что понимание этого процесса и факторов, в нем участвующих, создадут основу для рациональной терапии инвазии и метастазирования – главных свойств злокачественности. При этом непонятно, что будет дальше. Ведь прогрессия должна быть бесконечна, а EMT как бы завершает ее.

Рассмотренные в настоящей статье особенности опухолей позволяют представить общие контуры событий через различные формы предрака, образование онкорнавирусов, несущих онкогены, и опухолеродную активность онкогенов.

Далее следует активация онкогенов посредством транслокации протоонкогенов под активно работающий ген – общий механизм образования гемобластозов, объединяющий их с опухолями, вызванными онкорнавирусами. Гемобластозы – переходная форма от опухоли мышей и птиц к опухолям человека. В возникновении карцином обязательно участвуют гены-су-прессоры опухолевого роста и, как правило, имеет место многокомпонентный канцерогенез на основе нескольких активированных онкогенов, последовательно включающихся в этот процесс.

И наконец, возможен новый, более широкий взгляд на прогрессию опухолей, включающую в себя в качестве начала стадию предрака, а в заключение – эпителиально-мезенхимальный переход, основу инвазии и метастазирования. Это ставит ряд новых исследовательских проблем, таких как определение механизмов трансформации мезенхимальных опухолей (сарком) и их места в ряду опухолей, вызванных вирусными онкогенами, гемобластозов и карцином человека. Какова роль генов-супрессоров в этих опухолях?

В возникновении карцином человека обязательно участвуют гены-супрессоры опухолей, а также гены, принимающие участие в появлении предрака. Возникновение карцином неотделимо от прогрессии, начинающейся с активации факторов предрака, например с пролиферации клеток-предшественников опухолей или генетических изменений, характерных для опухоли, которые обязательно включают инактивацию генов-супрессоров, в частности, путем LOH и активацию не менее двух протоонкогенов. Инактивация генов-супрессоров, во-первых, снимает блок с контроля пролиферации и, во-вторых, подавляя апоптоз, способствует накоплению мутантов, т.е. увеличивает генетическую гетерогенность опухоли – обязательный материал для прогрессии в сторону злокачественности.

Естественно, что в фундаментальной картине канцерогенеза имеются обширные белые пятна. К ним относятся: механизм нормализации опухолевых клеток нормальным микроокружением ; наличие временóго промежутка между введением онкогена в клетки и его эффектом.

Это лишь немногие вопросы для будущего изучения канцерогенеза.

Мы искренне благодарим О.А. Сальникову за тщательную работу над рукописью.

Работа выполнена при финансовой поддержке грантом «Ведущие научные школы» (НШ-5177.2008.4) и РФФИ (гранты 05-04-49714а и 08-04-00400а).

Список литературы

1. Weinberg, R. (2006) The Biologу of Cancer , Garland Science, pp. 1–796.

2. Шабад Л.М. (1967) Предрак в экспериментально-морфологическом аспекте , Медицина, Москва, с. 1–384.

3. IARC Monographs on the Evaluations of Carcinogenic Risks for Humans (1995), vol. 53, IARC Lion, France.

4. The EUROGAST Study Group (1993) Lancet , 341 , 1359–1362.

5. Абелев Г.И. (1979) В кн. Опухолевый рост как проблема биологии развития (под ред. В.И. Гельштейн), Наука, Москва, с. 148–173.

6. Tenen, D.G. (2003) Nat. Rev. Cancer , 3 , 89–101.

7. Huntly, B.J.P., and Gilliland, G. (2005) Nat. Rev. , 5 , 311–321.

8. Moore, K.A., and Lemischka, I.R. (2006) Science , 311 , 1880–1885.

9. Weinberg, R. (2006) The Biologу of Cancer, Ch. 16. The Rational Treatment of Cancer , Garland Science, pp. 725–795.

10. Dean, M., Fojo T. , and Bates, S. (2005) Nat. Rev. Cancer , 5 , 275–284.

11. Абелев Г.И. (2007) В кн. Клиническая онкогематология (под ред. Волковой М.А.), 2-е изд., с. 167–176.

12. Daser, A., and Rabbitts, T. (2004) Genes Dev. , 18 , 965–974.

13. Tenen, D.G., Hromas, R., Licht, J.D., and Zany, D.-E. (1997) Blood , 90 , 489–519.

14. Оловников А.М. (1971) ДАН СССР , 201 , 1496–1499.

15. Weinberg, R. (2006) The Biologу of Cancer, Ch. 10. Eternal life: Cell Immortalization , Garland Science, pp. 357–398.

16. Duesberg, P. , Fabarius, A., and Hehlmann, R. (2004) Life , 56 , 65–81.

17. Laconi, S., Pillai, S., Porcu, P.P., Shafritz, D.A., Pani, P. , and Laconi, E. (2001) Am. J. Pathol. , 158 , 771–777.

18. Laconi, S., Pani, P. , Pillai, S., Pasciu, D., Sarma, D.S.R., and Laconi, E. (2001) Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 98 , 7807–7811.

19. Sell, S., Hunt, J.M., Knoll, B.J., and Dunsford, H.A. (1987) Adv. Cancer Res., 48 , pp. 37–111.

20. Greenberg, A.K., Yee, H., and Rom, W.N. (2002) Respir. Res., 3 , 20–30.

21. Cozzio, A., Passegue, E., Ayton, P.M., Karsunky, H., Cleary, M.L., and Weissman, I.L. (2003) Genes Dev., 17 , 3029–3035.

22. Weinberg, R. (2006) The Biologу of Cancer, Ch. 8. Rb and Control of Cell Cycle Clock , Garland Science, pp. 255–306.

23. Knudson, A.G. (1971) Proc. Natl. Acad. Sci., 68 , 820–823.

24. Calderon-Margalit, R., and Paltiel, O. (2004) Int. J. Cancer , 112 , 357–364.

25. Vogelstein, B., Fearon, E.R., Hamilton, S.R., Kern, S.E., Preisinger, A.C., Leppert, M., Nakamura, Y., White, R., Smits, A.M., and Bos, J.L.N. (1988) Engl. J. Med., 319 , 525 – 532.

26. Daley, G.Q., van Etten , R.A., and Baltimore, D. (1990) Science, 247 , 824–830.

27. Weinberg, R. (2006) The Biology of Cancer, Ch. 9. P53 and Аpoptosis: Master Guard and Executor, Garland Science, 307–356.

28. Kern, S.E. (1993) J. Natl. Cancer Inst., 85 , 1020–1021.

29. Bhowmick, N.A., and Moses, H.L. (2005) Current Opinion in Genetic & Development, 15 , 97–101.

30. Hussain, S.P., and Harris, C.C. (2007) Int. J. Cancer, 121 , 2373–2380.

31. Mueller, M.M., and Fusenig, N.E. (2004) Nat. Rev. Cancer, 4 , 839–849.

32. Federico, A., Morgillo, F., Tuccillo, C. Ciardiello, F., and Loguercio, C. (2007) Int. J. Cancer ,121 , 2381–2386.

33. Недоспасов С.А., Купраш Д.В. (2004) В кн. Канцерогенез (под ред. Заридзе Д.Г.), Медицина, Москва, с. 158–168.

34. Li, Q., Withoff, S., and Verma, I.M. (2005) Trends Immunol., 26 , 318–325.

35. Заридзе Д.Г. (2004) В кн.: Канцерогенез (под ред. Заридзе Д.Г.), Медицина, Москва, с. 29–85.

36. Карамышева А.Ф. (2004) В кн. Канцерогенез (под ред. Заридзе Д.Г.), Медицина, Москва, с. 429–447.

37. Weinberg, R. (2006) The Biologу of Cancer, Ch. 13. Dialogue Replaces Monologue: Heterotypic Interactions and the Biology of Angiogenesis, Garland Science, pp. 527–587.

38. Stetler-Stevenson, W., and Yu, A.E. (2001) Semin. Cancer Biol., 11 , 143–152.

39. Зильбер Л.А., Ирлин И.С., Киселев Ф.Л. (1975) Эволюция вирусогенетической теории возникновения опухолей. Гл. 8 Эндогенные вирусы и «нормальная» терапия, Наука, Москва, с. 242–310

40. Weinberg, R. (2006) The Biologу of Cancer, Ch. 3. Tumor Viruses, Garland Science, pp. 57–90.

41. Альтштейн А.Д. (1973) Журн. Всесоюз. хим. об-ва им. Менделеева, 18 , 631–636.

42. Weiss, R., Teich, N., Varmus, H., and Coffin, J. (eds) (1982) RNA tumor viruses, Cold Spring Harbor, N.Y., pp. 1–396.

43. Bentvelzen, P. (1968) in Genetical Controls of the Vertical Transmission of the Muhlbock Mammary Tumor Virus in the GR Mouse Strain., Hollandia Publ. Co., Amsterdam, p. 1.

44. Татосян А.Г. (2004) В кн. Канцерогенез (под ред. Заридзе Д.Г.), Медицина, Москва, с.103–124.

45. Weinberg, R. (2006) The Biology of Cancer, Ch. 4. Cellular Oncogenesis, Garland Science, pp. 91–118.

46. Weinberg, R. (2006) The Biologу of Cancer, Ch. 7. Tumor Suppressor Genes, Garland Science, pp. 209–254.

47. Альтштейн А.Д. (2004) В кн.: Канцерогенез (под ред. Заридзе Д.Г.), Медицина, Москва, с. 251–274.

48. Флейшман Е.В. (2007) В кн. Клиническая онкогематология (под ред. Волковой М.А.), 2-е изд., Москва, Медицина, с. 370–408.

49. Hanahan, D., and Weinberg, R.A. (2000) Cell., 100 , 57–70.

50. Hallek, M., Bergsagel, P.L., and Anderson, K.C. (1998) Blood, 91 , 3–21.

51. Kuppers, R. (2005) Nat. Rev. Cancer , 5 , 251–262.

52. Копнин Б.П. (2004) В кн. Энциклопедия клинической онкологии (под ред. Давыдова М.И.), РЛС-Пресс, Москва, с. 34–53.

53. Schwartz, M.A. (1997) J. Cell Biol. , 139 , 575–578.

54. Ruoslahti, E. (1999) Adv. Cancer Res. , 76 , 1–20.

55. Schmeichel, K.L., and Bissell, M.J. (2003). J. Cell Sci. , 116 , 2377–2388.

56. Bissell, M.J., Radisky, D.C., Rizki, A., Weaver, V.M., and Petersen, O.W. (2002) Differentiation , 70 , 537–546.

57. Radisky, D., and Bissel, M.J. (2004) Science, 303 , 775–777.

58. Abelev, G. I., and Lazarevich, N. L. (2006) Adv. Cancer Res ., 95 , 61–113.

59. Thiery, J.P. (2002) Nat. Rev. Cancer , 2 , 442–454.

60. Javaherian, A., Vaccariello, M., Fusenig, N.F., and Garlick, J.A. (1998) Cancer Res. , 58 , 2200–2208.

Похожая информация.

10157 0

Хотя регуляция клеточной пролиферации сложна и изучена пока недостаточно, уже очевидно: в норме, помимо системы, стимулирующей пролиферацию, существует система, ее останавливающая.

Гены-супрессоры

Эти гены получили название гены-супрессоры (другие названия - антионкогены, рецессивные опухолевые гены, опухолевые супрессоры).

В неизмененных клетках гены-супрессоры подавляют деление клеток и стимулируют их дифференцировку. Иными словами, если протоонкогены кодируют белки , стимулирующие пропиферацию клеток, то белки супрессорных генов в норме наоборот, тормозят пролиферацию и/или способствуют апоптозу.

Мутации в таких генах ведут к подавлению их активности, утрате контряля за процессами пропиферации и, как следствие, к развитию рака. Однако следует иметь в виду, что физиологической функцией антионкогенов является регуляция пролиферации клеток, а не предупреждение развития опухоли.

В отличие от онкогенов, действующих доминантно, изменения антионкогенов носят рецессивный характер, и для опухолевой трансформации необходима инактивация обоих генных аллелей (копий).

Поэтому гены данной группы полумили еще название «рецессивные раковые гены».

Идентификация антионкогенов началась с обнаружения гена Rb (retinoblastoma gene), врожденные мутации которого вызывают развитие ретинобпастом. В начале 70-х годов XX е. А. Кнудсон (1981) установип, что около 40% ретинобпастом возникает в младенческом возрасте (в среднем в 14 мес), и эти опухоли, как правило, билатеральные (в сетчатке обоих глаз).

Если такие пациенты излечивались от ретинобпастом, то у многих из них в юношеском возрасте развивалась остеосаркома, а в зрелом - меланома кожи. При этом в большинстве случаев характер заболевания был наследственным.

При попытке объяснить, почему фенотипически идентичные опухоли имеют то спорадическую, то наследственную природу, А. Кнудсон сформулировал гипотезу «двух ударов» (мутаций). Автор предположил, что в случае наследственной формы опухоли, от одного из родителей передается ребенку мутация (первый удар) в ретинобластах.

Если вторая мутация (второй удар) возникает в одной из таких клеток, сетчатки (т.е. уже имеющих мутацию), очень часто (у 95% пациентов) развивается опухоль. В случае спорадической опухоли дети не наследуют мутантный аллель гена, но у них происходят две независимые мутации в обеих аллелях (копиях) одного из ретинобластов, что также приводит к развитию опухоли.

Поэтому, согласно гипотезе А. Кнудсона, у пациентов первой группы имеется одна врожденная и одна приобретенная мутации, тогда как у больных второй группы обе мутации приобретенные.

В связи с тем, что при наследственных ретинобластомах обнаруживались изменения участка хромосомы 13 (13ql4). было предположено, что ген «предрасположенности к ретинобластоме» (Rb) локализуется в этом месте генома. Впоследствии этот ген был выделен.

Оба его аллеля оказались инактивированными в клетках как наследственных, так и спорадических ретинобпастом, но при наследственных формах врожденные мутации этого гена имели и все клетки организма.

Таким образом, стало ясно, что постулируемые А. Кнудсоном две мутации, необходимые для развития ретинобпастом, происходят в разных аллелях одного и того же гена Rb. В случаях наследования дети рождаются с одной нормальной и одной дефектной алелью Rb.

Ребенок, носитель наследованной аллели мутантного гена Rb, имеет его во всех соматических клетках, является совершенно нормальным. Однако при возникновении приобретенной мутации происходит потеря второй (нормальной) копии (алели) гена в ретинобластах и обе копии гена становятся дефектными.

В случаях спорадического возникновения опухоли в одном из ретинобластов происходит мутации и при этом утрачиваются обе нормальные аллели в Rb Конечный результат один: и та клетка сетчатки, которая утратила обе нормальные копии гена Rb. и та, которая утратила оставшуюся нормальную, дают начало ретинобластоме.

Закономерности, выявленные при исследовании гена Rb. в частности связь с наследственными формами опухолей и необходимость поражения обоих аллелей (рецессивный характер проявления мутаций), стали использоваться в качестве критериев при поиске и идентификации других опухолевых супрессоров.

К группе хорошо изученных классических опухолевых супрессоров, инактивирующихся по двухударному механизму, относятся ген WT1 (Wilms Tumor 1), инактивация которого предрасполагает в 10-15% к развитию нефробластомы (опухоль Вильмса), гены нейрофиброматоза (NF1 и NF2) и антионкоген DCC (deleted in colon carcinoma) - ген, подвергающийся инактивации при раке толстой кишки.

Однако главный представитель антионкогенов - это ген-супрессор р53, который в норме в каждой отдельной клетке обеспечивает постоянныи контроль ДНК, предотвращая появление вредоносных мутаций, в том числе и опухолеродных. У человека он находится хромосоме 17.

Физиологические функции р53 заключаются в распознавании и исправлении ошибок, неизменно возникающих в ходе репликации ДНК при самых разнообразных стрессах и внутриклеточных нарушениях: ионизирующем излучении, гиперэкспрессии онкогенов, вирусной инфекции, гипоксии, гипо- и гипертермии, различных нарушениях клеточной архитектуры (увеличении числа ядер, изменениях цитоскелета) и т.д.

Вышеназванные факторы активируют р53 его продукт - белок р53 - жестко контролирует деятельность, протоонкогенов в регуляции клеточног цикла и вызывает либо остановку размножения аномальных клеток (временную, для ликвидации повреждений, или необратимую), либо их гибель, запуская программу клеточной смерти - апоптоз, чем устраняется возможность накопления в организме генетически измененных клеток (рис. 3.4). Таким образом, нормальная форма гена р53 играет важную охранную роль являясь «молекулярным полицейским» или «стражем генома» (D. Lane).

Мутации могут привести к инактивации гена-супрессорар53 и появлению измененной формы белка, мишенями которого являются более 100 генов. К основным из них относятся гены, продукты которых вызывают остановку клеточного цикла в различных его фазах; гены, индуцирующие апоптоз; гены-регуляторы морфологии и/или миграции клеток и гены, контролирующие ангиогенез и длину теломер и др.

Поэтому последствия полной инактивации такого многофункционального гена вызывают одновременное появление целого набора характерных свойств неопластической клетки. К ним относятся понижение чувствительности к ростингибирующим сигналам, иммортализация, повышение способности выживать в неблагоприятных условиях, генетическая нестабильность, стимуляция неоангиогенеза, блокирование клеточной дифференцировки и т.д. (рис. 3.4).

Рис. 3.4. Охранные функции гена-супрессора р53 [Заридзе Д.Г. 2004].

Этим, очевидно, и объясняется высокая частота встречаемости мутаций р53 в новообразованиях - они позволяют за один шаг преодолеть сразу несколько этапов опухолевой прогрессии.

Мутация гена р53 - самое частое генетическое нарушение, присущее злокачественному росту, и выявляется в 60% опухолей более чем 50 различных типов. Терминальные (произошедшие в половой клетке и передающиеся по наследству) мутации в одном из аллелей гена р53 могут инициировать начальные этапы канцерогенеза различных, часто первично-множественных, опухолей (синдром Ли-Фраумени), а могут возникать и отбираться уже в ходе роста опухоли, обеспечивая ее гетерогенность.

Наличие в опухоли мутированного гена р53 определяет худший прогноз у больных по сравнению с теми, у кого мутантный белок не выявляется, поскольку опухолевые клетки, в которых инактивирован р53, более устойчивы к лучевой и химиотерапии.

Мутаторные гены

Наряду с этим выявлен ряд генов специализированных на распознавании и восстановлении (репарации) повреждений ДНК, которые могут вызывать генетическую нестастабильность и развитие рака. Такие гены получили название - «смотрители» или мутаторные гены.

Они не индуцируют непосредственно злокачественную трансформацию клетки, но способствуют развитию опухоли, поскольку инактивация функции тиутаторных генов настолько увеличивает темп и вероятность возникновения различных онкогенных мутаций и/или других генетических изменений, что образование опухоли становится лишь делом времени.

Физиологическая функция мутаторных генов заключается в выявлении повреждений ДНК и поддержании целости генома путем активации репарационных систем с целью восстановления исходно-нормальной структуры ДНК.

Поэтому их еще называют генами репарации ДНК. Установлено, что инактивация подобных генов ведет к нарушению репарации ДНК, в клетке накапливается большое количество мутаций и резко увеличивается вероятность размножения клеточных вариантов с различными генетическими нарушениями.

В связи с этим в клетках с дефектными мутаторными генами возникает высокий уровень генетической нестабильности и соответственно повышается частота возникновения спонтанных или индуцированных генетических изменений (генных мутаций, хромосомных транслокаций и т.д.), на фоне которых и возникает рак.

Описаны наследственные формы новообразований, связанные с врожденными мутациями генов, продукты которых не обеспечивают функционирование систем репарации. Из этой группы наиболее изучены гены BRCA1 и BRCA2, MSH2, MSH6, MLH1, PMS2 и ХРА, ХРВ и др.

Гены BRCA1 и BRCA2 (Breasl Cancer 1 и 2) были впервые идентифицированы как гены, врожденные мутации которых связаны с наследственными формами рака молочной железы.

У женщин с терминальными мутациями одного из аллелей гена BRCA1 риск развития рака молочной железы в течение жизни составляет около 85%, яичника - около 50%, выше также вероятность развития опухолей толстой кишки и предстательной железы.

При терминальных мутациях гена BRCA2 риск развития опухолей молочной железы несколько ниже, но отмечено более частое его возникновение у мужчин. Гены BRCA1 и BRCA2 ведут себя как классические опухолевые супрессоры: для инициации опухолевого роста, помимо врожденной мутации в одном из аллелей, необходима и инактивация второго аллеля, которая происходит уже в соматической клетке.

При врожденных гетерозиготных мутациях генов MSH2, MLH1, MSH6 и PMS2 развивается синдром Линче. Главной его чертой является возникновение рака толстой кишки в молодом возрасте (т.н. наследственный неполипозный копоректальный рак) и/или опухолей яичника.

Преимущественная локализация опухолей в кишечнике связана с высочайшим пролиферативным потенциалом клеток на дне кишечных крипт и возможностью более частого появления мутаций, которые в норме исправляются системами репарации.

Поэтому при инактивации данных генов бурно размножающиеся клетки кишечного эпителия не восстанавливаются, а накапливают критический для развития рака набор мутаций в протоонкогенах и антионкогенах быстрее, чем медленно размножающиеся клетки.

Терминальные гетерозиготные мутации генов семейства ХРА, ведут к возникновению пигментной ксеродермы - наследственного заболевания с повышенной чувствительностью к ультрафиолетовому облучению и развитием множественных опухолей кожи на местах солнечной инсоляции.

Геном человека содержит, по меньшей мере, несколько десятков опухолевых супрессоров и мутаторных генов, инактивация которых приводит к развитию новообразований. Более 30 из них уже идентифицированы, для многих известны выполняемые в клетке функции (табл. 3.2).

Таблица 3.2. Основные характеристики некоторых опухолевых супрессоров и мутаторных генов.

Большинство из них, регулируя клеточный цикл, апоптоз или репарацию ДНК, предотвращают накопление в организме клеток с генетическими аномалиями. Выявлены опухолевые супрессоры и с другими функциями, в частности, контролирующие морфогенетические реакции клетки и ангиогенез.

Обнаруженные гены далеко не исчерпывают список существующих опухолевых супрессоров. Предполагается, что количество антионкогенов соответствует числу онкогенов.

Однако исследование их структуры и функции в первичных опухолях человека сопряжено с большими техническими сложностями. Подобные исследования оказываются непосильными даже для ведущих лабораторий мира. В то же время отнесение некоторых генов к категории онкогенов или антионкогенов носит достаточно условный характер.

В заключение необходимо отметить, что концепция онкогена и антионкогена впервые в истории онкологии позволила объединить основные направпения исследований канцерогенеза.

Считается, что практически все известные канцерогенные факторы приводят к повреждению протоонкогенов, генов-супрессоров и их функций, что в конечном итоге приводит к развитию злокачественного новообразования. Схематически этот процесс представлен на рисунке 3.5.

Рис. 3.5. Схема основных этапов канцерогенеза [Моисеенко В.И. и соавт., 2004].

Необходимо также подчеркнуть, что нормальная дифференцированная клетка любой ткани не может быть подвержена опухолевой трансформации, поскольку она уже не участвует в клеточном делении, а выполняет специализированную функцию и в конечном итоге апоптотически погибает.

Нарушения в структуре генов могут происходить без видимых воздействий. Каждую секунду в организме человека, состоящем из 100 триллионов клеток, происходит деление около 25 млн клеток.

Этот процесс осуществляется под строгим контролем комплекса молекулярных систем, механизмы функционирования которых, к сожалению, еще полностью не установлены. Подсчитано, что каждый ген из примерно 50 тыс. в клетке человека в процессе жизнедеятельности организма подвергается спонтанным нарушениям около 1 млн раз.

На долю онкогенов и антионкогенов приходится менее 1% выявленных мутаций, остальные же генетические нарушения носят характер «шума». При этом практически все нарушения фиксируются и устраняются системами репарации генома.

В редчайших случаях нормальная структура измененного гена не восстанавливается., кодируемый им белковый продукт и его свойства изменяются, и если эта аномалия имеет принципиальный характер и затрагивает ключевые потенциальные онкогены и/или антионкогены, становится возможной трансформация клетки.

При этом часть мутированных клеток может выжить, но однократного воздействия канцерогена на структуру ДНК недостаточно для возникновения в них опухолевой трансформации. Надо полагать, что, за редким исключением (например, при вирусиндуцированном канцерогенезе), для возникновения рака необходимо совпадение в одной клетке 4-5 мутаций, независимых одна от другой.

Наиболее опасной считается комбинация активации онкогенов и инактивации антионкогенов, когда автономизация пролиферативного сигнала сочетается с поломками механизмов контроля клеточного цикла.

Именно поэтому для большинства злокачественных опухолей характерно их развитие по мере увеличения возраста, нарушения в геноме накапливаются и могут привести к индукции опухолевого процесса. Подтверждением этому также может быть поэтапное развитие некоторых злокачественных опухолей: предрак, дисплазия, cancer in situ и рак, а также экспериментальные исследования.

Мы представили основные гены, белковые продукты которых способствуют нормальной клетке превратиться в раковую, и гены, белковые продукты которых этому препятствуют.

Разумеется, кроме перечисленных, открыто еще много других онкогенов и генов-супрессоров, которые тем или иным способом связанны с контролем роста и размножения клеток или воздействуют на другие клеточные характеристики.

Очевидно, в ближайшие годы нас ждут и другие важные открытия механизмов злокачественного роста и роль в этих процессах опухолевых супрессоров и