Молекулярные механизмы развития опухоли (канцерогенеза)
Количество литературы по молекулярным основам канцерогенеза, т.е. роста опухоли, увеличивается такими темпами, что легко заблудиться в этом лесу информации. Перечислим некоторые фундаментальные принципы канцерогенеза, прежде чем углубимся в детали его генетических и молекулярных основ:
- нелетальное повреждение генома клетки является ключевым событием канцерогенеза. Такое генетическое повреждение (или мутация) может произойти под действием факторов окружающей среды (например, химикатов, радиации или вирусов) или может быть унаследовано и передано с зародышевыми клетками.
Под действием факторов окружающей среды понимаются дефекты, вызванные как экзогенными факторами, так и эндогенными клеточными метаболитами. Не все мутации следует рассматривать как результат действия факторов окружающей среды, некоторые могут возникать спонтанно или случайно;
- опухоль формируется из одной клетки-предшественника, являющейся носительницей генетического дефекта с последующей экспансией образовавшегося из нее клона, т.е. опухоли моноклональны. Данное предположение было подтверждено в отношении женщин, гетерозиготных по полиморфным маркерам, сцепленным с Х-хромосомой, таким как андрогенный рецептор.
Принцип, лежащий в основе такого анализа, представлен на рисунке ниже. Наиболее часто этот метод определения клональности включает анализ метилирования участков генома, соседних с высокополиморфным локусом гена AR. Частота подобных полиморфизмов в общей популяции достигает 90%, поэтому установить монокло-нальность опухоли несложно, если все опухолевые клетки содержат один и тот же аллель.
Для опухолей с другими типами цитогенетических аберраций (например, транслокациями), именно их и используют в качестве подтверждения клональной пролиферации опухолевых клеток. Перегруппировка генов рецепторов Ig и рецепторов Т-клеток является маркером клональности при В- и Т-клеточных лимфомах соответственно;
В связи с редкой инактивацией Х-хромосомы все женщины имеют мозаицизм и два типа клеточных популяций (два различных аллеля по андрогенным рецепторам А и В).
При развитии опухоли у женщин, гетерогенных по маркерам, сцепленным с Х-хромосомой, опухолевые клетки имеют только один тип Х-хромосомы — от отца (Xа) или от матери (Хв).
- четыре класса нормальных регуляторных генов — стимулирующие рост протоонкогены, ингибирующие рост гены-супрессоры опухолей, гены, регулирующие запрограммированную смерть клетки (т.е. апоптоз), и гены, осуществляющие восстановление ДНК, — являются мишенями при повреждении генома клетки, ведущем к опухолевому росту.
Мутантные аллели протоонкогенов считают доминантными, т.к. мутация единственного аллеля может привести к клеточному преобразованию. Напротив, в случае злокачественной трансформации клетки за счет повреждения генов-супрессоров опухолей должны быть изменены оба нормальных аллеля генов. Однако есть исключения: в некоторых случаях утраты единственного аллеля гена-супрессора опухолей может быть достаточно, чтобы повлиять на клеточную пролиферацию и живучесть клеток. Утрата функциональной активности гена за счет повреждения только одного аллеля носит название гаплоидной недостаточности.
Таким образом, имеет значение количество генов и для их нормального функционирования необходимы обе копии. Гены, восстановления апоптоз, могут вести себя и как протоонкогены, и как гены-супрессоры опухолей. Мутация в генах, восстанавливающих ДНК, не вызывает трансформации клетки непосредственно, воздействуя на пролиферацию или апоптоз. Гены восстановления ДНК влияют на процессы пролиферации или выживания клеток опосредованно, изменяя способность организма репарировать нелетальные повреждения в протоонкогенах, генах-супрессорах опухолей и генах, регулирующих апоптоз.
Несостоятельность генов восстановления ДНК может предрасполагать к накоплению в геноме клеток множественных мутации и тем самым к злокачественной трансформации. Клетки с мутациями в генах восстановления ДНК имеют мутаторный фенотип. Небезынтересно, что недавно был открыт новый класс регуляторных молекул — микроРНК, которые, вероятно, не кодируют белки, но имеют свойства онкогенов или опухолевых супрессоров. Данные молекулы оказывают влияние на трансляцию других генов;
- канцерогенез — многоступенчатый процесс как на фенотипическом, так и на генотипическом уровне, развивающийся вследствие накопления множественных мутаций. Как обсуждалось ранее, злокачественные опухоли имеют несколько фенотипических признаков: чрезмерный рост, местную инвазию и способность формировать отдаленные метастазы.
Кроме того, достоверно установлено, что со временем многие опухоли становятся более агрессивными и приобретают больший злокачественный потенциал. Этот процесс называют прогрессированием опухоли, и он не означает простое увеличение ее размеров. Клинические и экспериментальные исследования выявили, что увеличение злокачественности часто идет по нарастающей.
На молекулярном уровне прогрессирование опухоли и связанная с ней гетерогенность опухолевых клеток являются результатом множественных мутаций, накапливающихся независимо в разных клетках, что приводит к появлению субклонов с разной способностью к росту, инвазии, метастазированию и разной резистентностью к терапии.
Некоторые из мутаций могут быть летальными, другие могут стимулировать пролиферацию клеток путем воздействия на протоонкогены или гены-супрессоры злокачественных опухолей. Даже при том, что большинство злокачественных опухолей моноклональны в момент своего возникновения, к тому времени, когда они выявляются клинически, составляющие их клетки представлены чрезвычайно гетерогенной популяцией. Во время прогрессирования опухоли ее клетки подвергаются иммунной и неиммунной селекции.
Например, клетки с высоким содержанием антигенов разрушаются с помощью механизмов защиты организма-хозяина, тогда как клетки со сниженными потребностями в факторах роста сохраняются. Растущая опухоль имеет тенденцию обогащаться за счет субклонов, которые нивелируют антигенные отличия и адаптированы к выживанию, росту, инвазии и метастазированию.
ДНК — дезоксирибонуклеиновая кислота.
В опухоли появляется множество клеток, способных лучше уклоняться от действия механизмов защиты организма-хозяина, и, вероятно, опухоль становится более агрессивной.
- Рекомендуем ознакомиться со следующей статьей "Механизмы трансформации клетки в рак (злокачественной трансформации)"
Оглавление темы "Канцерогенез - патофизиология онкологических заболеваний":- Механизмы и пути метастазирования опухоли
- Как часто встречается рак (злокачественные опухоли)?
- Значение места проживания на риск развития рака
- Влияние возраста на риск развития рака
- Наследственный риск развития рака
- Состояния и болезни приводящие к раку
- Молекулярные механизмы развития опухоли (канцерогенеза)
- Механизмы трансформации клетки в рак (злокачественной трансформации)
- Протоонкогены, онкогены, онкопротеины и их характеристика
- Факторы роста опухоли и их характеристика