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.
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.
Общим звеном в возникновении опухолей является онкоген, внесенный в клетку вирусом, или возникший из протоонкогена в результате мутации, или выведенный из-под контроля сдерживающих генов хромосомной транслокацией [Альбертс Б., Брей Д. и др,1994 ]. Но в последние годы найдено еще одно, по-видимому, наиболее общее звено канцерогенеза - гены-супрессоры опухолей, подавляющие активность онкогенов [ Sci. Amer. Spec. Iss. ].
Геном ДНК-содержащих опухолеродных вирусов, точнее отдельные гены, входящие в геном, и продукты этих генов, такие как LT-антиген (большой T-антиген) онкогенного паповавируса , соединяясь с клеточным белком, подавляющим пролиферацию клетки и участвующим в регуляции пролиферации, инактивирует его и создает тем самым автономную нерегулируемую пролиферацию. Гены-мишени, определяющие синтез соответствующих белков, получили название генов-супрессоров опухолевого роста, а открыты они были при изучении онкогенной активности ДНК- содержащих вирусов [Weinberg, 2006d , Альтштейн, 2004 ]. Такой механизм был установлен для паповавирусов (папилломы , полиомы , SV40) и аденовирусов . Очевидно, что он совсем другой, чем у онкорнавирусов .
В настоящее время представления о генетической природе развития онкологических заболеваний основаны на предположении о существовании генов, нормальная функция которых связана с подавлением опухолевого роста. Такие гены были названы генами-супрессорами опухолевого роста. Дефекты этих генов приводят к прогрессии, а восстановление функции - к существенному замедлению пролиферации или даже реверсии развития опухоли.
Главный представитель этих генов - ген р53 , контролирующий синтез белка р53 (р53 - от protein, белок, молекулярный вес которого 53 000 дальтон). Этот ген, вернее, его продукт р53 жестко контролирует активность протоонкогенов, разрешая ее только в строго определенные периоды жизни клетки, когда, например, надо, чтобы клетка вступила в процесс деления. р53 контролирует также апоптоз, запрограммированную гибель клетки, направляя клетку к самоубийству, если у нее поврежден генетический аппарат - ее ДНК. Тем самым р53 стабилизирует генетическую структуру клетки, предотвращая появление вредоносных мутаций, в том числе и опухолеродных. Онкогены некоторых вирусов связывают р53 и инактивируют его, а это ведет к освобождению клеточных протоонкогенов, отмене апоптоза и тем самым к накоплению жизнеспособных мутаций в клетке.
Такие клетки представляют собой благоприятный материал для отбора на автономность , то есть к выходу на путь, ведущий к образованию опухолей. Многие, если не большинство опухолей человека возникают путем ступенчатой эволюции, в начале которой лежит инактивация гена р53 путем его случайной или индуцированной мутации или инактивации вирусным онкогеном. Типы онкогенов и антионкогенов представлены на рис. 1 и в табл. 1 .
Ген-супрессор - ген, отсутствие продукта которого стимулирует образование опухоли. В отличие от онкогенов мутантные аллели генов- супрессоров рецессивны. Отсутствие одного из них, при условии, что второй нормален, не приводит к снятию ингибирования образования опухоли.
В 80-90-х годах обнаружены клеточные гены, осуществляющие негативный контроль клеточной пролиферации , т.е. препятствующие вступлению клеток в деление и выходу из дифференцированного состояния. Благодаря своему противоположному по отношению к онкогенам функциональному назначению они были названы антионкогенами или генами-супрессорами злокачественности (опухолевого роста) ( Rayter S.I. et al., 1989).
Таким образом, протоонкогены и гены-супрессоры образуют сложную систему позитивно-негативного контроля клеточной пролиферации и дифференцировки, а злокачественная трансформация реализуется через нарушение этой системы.
Нормальное размножение клеток контролируется сложным взаимодействием генов, стимулирующих пролиферацию (протоонкогены), и генов, ее подавляющих (гены-супрессоры, или антионкогены). Нарушение этого баланса приводит к возникновению злокачественного роста , которое определяется активацией протоонкогенов и превращению их в онкогены и инактивацией генов супрессоров, освобождающих клетки от механизмов, ограничивающих их пролиферацию.
Супрессия злокачественности была выявлена методами генетики соматических клеток , в результате анализа наследования некоторых форм рака и в экспериментах по трансфекции антионклгенами опухолевых клеток.
Открытие генов, супрессирующих клеточное размножение и злокачественный рост - одно из важнейших открытий последних лет в области биологии. Оно безусловно призвано внести заметный вклад в решение многих проблем, стоящих как перед медициной, так и перед фундаментальной наукой. В области медицины открывается возможность использования генов супрессоров в генной терапии рака .
Гены, тормозящие пролиферацию клеток, получили название гены-супрессоры опухолевого роста (употребляется также термин "антионкогены", хотя это нежелательно). Утрата функции этих генов вызывает неконтролируемую клеточную пролиферацию.
Иногда при доминантных болезнях, для которых характерно образование опухолей, различия в экспрессивности обусловлены дополнительными мутациями в генах-супрессорах опухолевого роста.
Примерами генов-супрессоров служат: ген ответственный за развитие ретинобластомы - ген Rb1 ; два гена, отвечающие за развитие рака молочной железы - ген BRCA2 и ген BRCA1 ; также к генам-супрессорам можно отнести ген WT1 - повреждения которого приводят к нефробластоме ; ген CDKN2A и ген CDKN2B , ответственные за развитие меланомы и гематологических опухолей , соответственно. Существуют и другие гены, которые можно отнести к генам-супрессорам. Инактивация гена hMLH1 приводит к возникновению карциномы желудка и карциномы толстого кишечника .
Гены - "хранители клеточного цикла" напрямую вовлечены в его регуляцию. Их белковые продукты способны сдерживать опухолевую прогрессию, ингибируя процессы, связанные с делением клетки. Дефекты "генов общего контроля" приводят к повышению нестабильности генома, увеличению частоты возникновения мутаций, и, следовательно, к повышению вероятности повреждения генов, в том числе и "хранителей клеточного цикла". К группе "хранителей клеточного цикла" (ХКЦ) относят такие гены как RB1 ( ретинобластома), WT1 ( опухоль Вильмса), NF1 ( нейрофиброматоз типа I), а также гены, способствующие образованию клеточных контактов, и другие. Если унаследована поврежденная копия гена ХКЦ, образование опухоли может быть инициировано соматической мутацией в неповрежденном аллеле. Поэтому в случае наследственных форм опухолей, когда имеется герминальная мутация , для начала заболевания необходимо всего одно соматическое мутационное событие - повреждение единственного функционального аллеля. Спорадические случаи возникновения опухоли того же типа требуют двух независимых мутационных событий в обоих аллелях. В итоге, для носителей мутантного аллеля вероятность развития данного типа опухоли значительно выше, чем в среднем по популяции.
Инактивация генов "общего контроля" (ОК) приводит к дестабилизации генома - повышается вероятность мутации генов ХКЦ. Дефект последних приводит к появлению опухоли. На фоне поврежденного гена ОК продолжается накопление мутаций, инактивирующих другие супрессоры первой или второй группы, что приводит к быстрому росту опухоли. При семейных случаях развития некоторых видов рака, мутация в одном из аллелей соответствующего гена ОК может быть унаследована от родителей. Для инициации опухолевого процесса требуется соматическая мутация второго аллеля, а также инактивация обоих аллелей какого-либо гена ХКЦ.
Таким образом, для развития опухоли в семейном случае необходимы три независимых мутационных события. Поэтому риск развития опухоли для носителей наследственной мутации гена ОК на порядок меньше, чем риск для носителя поврежденного аллеля гена ХКЦ. Спорадические опухоли обусловлены соматическими мутациями генов ОК. Они встречаются редко и для их возникновения и развития необходимо четыре независимых мутации. Примерами генов ОК служат гены, ответственные за развитие наследуемого неполипозного рака кишечника - ген MSH-2 и ген MLH-1 . Также к этой группе можно отнести широкоизвестный ген-супрессор - р53 , мутации или делеции которого наблюдаются примерно в 50% всех злокачественных заболеваний.
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).
Супрессор)
1. Малая медицинская энциклопедия. - М.: Медицинская энциклопедия. 1991-96 гг. 2. Первая медицинская помощь. - М.: Большая Российская Энциклопедия. 1994 г. 3. Энциклопедический словарь медицинских терминов. - М.: Советская энциклопедия. - 1982-1984 гг .
Синонимы :Смотреть что такое "Ген-супрессор" в других словарях:
Сущ., кол во синонимов: 2 ген (14) супрессор (3) Словарь синонимов ASIS. В.Н. Тришин. 2013 … Словарь синонимов
ген-супрессор - Ген, в случае мутации которого, подавляется экспрессия другого гена Тематики биотехнологии EN suppressor gene …
Ген супрессор, гена супрессора … Орфографический словарь-справочник
Suppressor gene ген супрессор. Ген, обусловливающий восстановление нормального фенотипа (дикого типа), измененного в результате мутации в др. гене; Г. с. можно рассматривать как форму гена ингибитора
- (син. супрессор) ген, подавляющий проявление неаллельного мутантного гена, в результате чего фенотип особи не изменяется … Большой медицинский словарь
Ген-супрессор - мутация в локусе хромосом, подавляющая фенотипическое проявление другой мутации в том же самом гене (внутригенный супрессор), или в другом гене (межгенный супрессор) … Физическая Антропология. Иллюстрированный толковый словарь.
- (антионкоген) ген, способный предотвращать размножение клеток. Если мутация происходит в этом гене, то человек может стать более восприимчивым к развитию злокачественной опухоли той ткани, в которой произошла эта мутация. Источник: Медицинский… … Медицинские термины
ген-супрессор опухолей - Ген, осуществляющий контроль клеточного роста, повреждение функций которого может приводить к развитию ракового заболевания Тематики биотехнологии EN tumor suppressor gene … Справочник технического переводчика
Запрос «Супрессор» перенаправляется сюда; см. также другие значения. Ген супрессор опухолей (антионкоген, опухолевый супрессор) ген, продукт которого обеспечивает профилактику опухолевой трансформации клеток. Белковые продукты генов… … Википедия
ген селектируемый - * ген селекцыйны * selected gene ген, обеспечивающий клетке возможность выживания на определенной селективной среде, напр., в присутствии антибиотиков. Ген селектор * ген селектар * selector gene ген, контролирующий развитие отдельных блоков… … Генетика. Энциклопедический словарь
Аллель Словарь русских синонимов. ген сущ., кол во синонимов: 14 аллель (3) ген кандидат … Словарь синонимов
Книги
- Иммунологические проблемы апоптоза , А. Ю. Барышников, Ю. В. Шишкин. Последнее десятилетие ознаменовалось бурным изучением процесса программированной клеточной смерти (апоптоза). Были открыты поверхностные клеточные рецепторы и их лиганды, опосредующие…
