Ген RB и его значение в развитии опухоли

Продукт гена RB — ядерный фосфопротеин, экспрессия которого выявляется во всех типах клеток, играющих ключевую роль в регуляции клеточного цикла. RB существует в активной гипофосфорилированной форме в покоящихся клетках и в неактивной гиперфосфорилированной форме в зоне перехода G1/S митотического цикла. Важность белка RB связана с его контролем фазы G1 митотического цикла или, точнее, перехода клетки от митоза (М) к репликации ДНК (S).

В эмбрионах деление клеток проходит удивительно быстро, поскольку репликация ДНК начинается практически сразу после окончания фазы М.

Однако для возобновления развития клетки в ее цикл включены две точки контроля: первый (G1) располагается между фазами М и S, второй (G2) — между фазами S и М. Хотя каждая фаза митотического цикла клетки тщательно мониторируется, переход G1/S, как полагают, является чрезвычайно важной точкой контроля клеточного цикла. Как только клетки пересекают точку контроля G1, они могут сделать паузу, но при этом обязаны закончить митоз.

Однако в точке контроля G1 клетки могут выйти из митотического цикла временно (и тогда их называют покоящимися клетками) или навсегда (и тогда стать стареющими и погибнуть). Таким образом, в точке контроля G1 на клетку воздействуют разнообразные сигналы, определяющие, должна ли клетка продолжить митотический цикл, выйти из него и дифференцироваться или умереть. RB — ключевой фактор этого процесса. Чтобы понять, почему на RB возложена такая решающая обязанность, рассмотрим механизмы, регулирующие фазу G1.

Для репликации ДНК необходимы активный комплекс циклин E-CDK2 и экспрессия циклина Е, которая регулируется семейством факторов транскрипции E2F. На начальных этапах фазы G1 активная гипофосфорилированная форма белка RB соединяется с факторами транскрипции семейства E2F и ингибирует их, что предотвращает транскрипцию циклина Е. Гипофосфорилированный RB блокирует Е2F-зависимую транскрипцию по крайней мере двумя способами. Во-первых, он секвестрирует E2F, препятствуя его взаимодействию с другими активаторами транскрипции.

Во-вторых, рекрутирует белки, осуществляющие реконструкцию хроматина, такие как деацетилазы гистонов и метилтрансферазы гистонов, которые связываются с промоторами Е2F-зависимых генов, например с циклином Е. Данные ферменты модифицируют хроматин в области промоторов таким образом, что ДНК становится невосприимчивой к факторам транскрипции. Ситуация изменяется при передаче митогенного сигнала. Импульс, получаемый клеткой от факторов роста, обусловливает экспрессию циклина D и активацию комплекса циклин D-CDK4/6, инактивирующего белок RB путем его фосфорилирования.

Это приводит к высвобождению E2F и экспрессии генов-мишеней, например циклина Е. Экспрессия циклина Е, в свою очередь, стимулирует репликацию ДНК и вхождение клетки в митотический цикл. Клетки, входящие в фазу S, делятся без дополнительного воздействия фактора роста. Во время последующей фазы М белок RB теряет фосфатные группы под действием клеточных фосфатаз, регенерирующих ги-пофосфорилированную форму RB. E2F — не единственная цель белка RB при остановке клеточного цикла в фазе G1. Он также контролирует стабильность ингибитора клеточного цикла р27.

При отсутствии белка RB (например, в результате генетической мутации) или при нарушении его способности регулировать факторы транскрипции E2F выключаются тормозные молекулярные механизмы, и клетка продолжает свое движение по митотическому циклу. Мутации в генах RB при опухолевом росте обнаруживаются в области белка RB, называемой карманом RB, участвующим во взаимодействии с E2F. Установлено, что многофункциональный белок RB способен связываться со множеством других факторов транскрипции, которые регулируют дифференцировку клетки.

Например, RB стимулирует миоцит-, адипоцит-, меланоцит-, а также макрофаг-специфические факторы транскрипции. Таким образом, RB одновременно осуществляет контроль деления клетки через фазу G1 и ее дифференцировку, что объясняет связь дифференцировки с выходом клетки из митотического цикла. Помимо этого RB также может вызывать старение клеток.

Роль гена RB в клеточном цикле
Роль RB в регулировании точки контроля перехода G1/S клеточного цикла.
Гипофосфорилированный белок RB в комплексе с факторами транскрипции E2F связывается с ДНК, рекрутирует белки, осуществляющие реконструкцию хроматина (деацетилазы гистонов и метилтрансферазы гистонов),
блокирует транскрипцию генов, продукты которых нужны для фазы S клеточного цикла.
При фосфорилировании RB комплексами циклин D-CDK4, циклин D-CDK6 и циклин E-CDK2 происходит высвобождение E2F. Он активирует транскрипцию генов фазы S.
Фосфорилирование RB ингибируется CDKI, поскольку они инактивируют комплексы циклин-CDK.
Фактически во всех опухолевых клетках обнаруживается нарушение регуляции в точке контроля перехода G1/S в результате мутации в одном из четырех генов, регулирующих фосфорилирование RB:
RB1, CDK4, гены, кодирующие белок циклина D, и CDKN2A (р16).
CDK — циклин-зависимые киназы; CDKI — ингибитор циклин-зависимых киназ; EGF — эпидермальный фактор роста;
PDGF — тромбоцитарный фактор роста; RB — ретинобластома; TGF — трансформирующий фактор роста.

Ранее упоминалось, что утрата или мутации гена RB в половых клетках предрасполагают к развитию ретинобластом и остеосарком в меньшей степени. Кроме того, приобретенные соматические мутации RB описаны в глиобластомах, мелкоклеточных карциномах легкого, раке молочной железы и карциномах мочевого пузыря. Наличие RB во всех клетках и его участие в контроле клеточного цикла вызывают два вопроса:
(1) Почему у пациентов с наследственной мутацией в локусе RB возникают в основном ретинобластомы?
(2) Почему инактивирующие мутации RB не являются обычным явлением в злокачественных опухолях человека?

Причина развития преимущественно ретинобластомы при семейной форме мутантного аллеля RB остается невыясненной. Некоторые объяснения появились благодаря экспериментам на мышах с прицельным разрушением локуса rb. Например, члены семейства RB могут частично дополнять функции RB не только в ретинобластах, но и в других клетках. RB является членом небольшого семейства белков, носящих название карманных белков (от названия области локализации генов RB — карман RB), в которое входят также р107 и р130.

Все три белка связываются с факторами транскрипции E2F. Ситуация усложняется: семь белков из семейства E2F (от E2F1 до E2F7) функционируют и как активаторы, и как репрессоры. Предполагается, что карманные белки регулируют прохождение клетки по митотическому циклу и ее дифференцировку по аналогии с RB. Однако каждый член данной группы белков связывается с определенными белками семейства E2F, а также экспрессируется в разные временные промежутки митотического цикла. Однако даже при некоторой избыточности белков данной сети функции их совершенно не пересекаются. Эффект карманных белков только сейчас становится понятным.

Например, на мышиной модели ретинобластомы показано, что при различных комбинациях мутаций генома данного семейства ретинобластома формируется не только из ретинобластов, но и из других дифференцированных клеток сетчатки, например горизонтальных интернейронов.

Относительно второго вопроса (почему инактивирующие мутации RB не являются обычным явлением в злокачественных опухолях человека?) ситуация гораздо проще: мутации в других генах, осуществляющих контроль фосфорилирования белка RB, могут имитировать утрату гена RB, что и происходит во многих опухолях с мутациями в других генах при нормальных генах RB. Так, например, мутационная активация циклина D или CDK4 приводит к росту клеточной пролиферации за счет усиления фосфорилирования RB.

Как говорилось ранее, во многих опухолях усиливается экспрессия циклина D вследствие его амплификации или транслокации. Инактивация CDKI при мутациях также стимулировала клеточный цикл в результате нерегулируемой активации циклинов и CDK. Новая концепция канцерогенеза основывается на том, что отсутствие нормального контроля клеточного цикла является центральным звеном злокачественной трансформации и что по крайней мере один из четырех регуляторов клеточного цикла (p16/INK4a, циклин D, CDK4, RB) подвергается дисрегуляции в большинстве злокачественных опухолей. В клетках такое небольшое количество мутаций в одном из перечисленных генов приводит к нарушению функционирования RB, несмотря на отсутствие мутаций в самом гене RB.

Кроме того, трансформирующие белки некоторых онкогенных ДНК-вирусов животных и человека, вероятно, действуют частично путем нейтрализации белка RB и супрессии роста, им вызываемой. SV40 (вирус 40 обезьян) и большие Т-антигены полиовирусов, белок EIA аденовируса и белок Е7 HPV связываются с гипо-фосфорилированной формой RB. При этом белок RB не может секвестрировать факторы транскрипции E2F; в случае HPV связывание с вирусом наиболее сильно при HPV типа 16, что подтверждает высокий риск карциномы шейки матки при данном типе вируса. Таким образом, белок RB, функционально неактивный и неспособный связывать и контролировать факторы транскрипции E2F, запускает прогрессирующее движение клеток в митотическом цикле.
Другие сигнальные пути регуляции клеточного роста также переключаются на RB.

Патогенез ретинобластомы
Патогенез ретинобластомы. Две мутации гена RB, расположенного на хромосоме 13q14, приводят к опухолевой пролиферации клеток.
В спорадической форме обе мутации в гене RB происходят в клетках сетчатки глаза после рождения ребенка.
При семейной форме заболевания все соматические клетки наследуют один мутантный ген RB от родителя — носителя мутации, вторая мутация поражает неизмененный ген RB в одной из клеток сетчатки глаза после рождения.

- Рекомендуем ознакомиться со следующей статьей "Ген p53 и его значение в развитии опухоли"

Оглавление темы "Патофизиология онкологических заболеваний":
  1. Онкоген RAS и его характеристика
  2. Изменения нерецепторных тирозинкиназ при развитии рака
  3. Протоонкоген MYC в развитии опухолей
  4. Циклины и циклин-зависимые киназы в развитии опухолей
  5. Гены-супрессоры опухоли и их характеристика
  6. Ген RB и его значение в развитии опухоли
  7. Ген p53 и его значение в развитии опухоли
  8. Ген APC и его значение в развитии опухоли
  9. Ген INK4a/AKF (локус CDKN2A) и его значение в развитии опухоли
  10. Сигнальный путь TGF-b и его значение в развитии опухоли

Рекомендуемое нашими посетителями:

Ждем ваших вопросов и рекомендаций: