Туморни супресорни гени. Основна информация за тумор супресорните гени и мутаторните гени. Генетични нарушения, свързани с определени форми на тумори

Ако протеините, кодирани от онкогени, допринасят за развитието, тогава мутациите в туморни супресорни генидопринасят за злокачествено заболяване чрез различен механизъм и със загуба на функция на двата алела на гена.

Туморни супресорни генимного разнородни. Някои от тях действително потискат туморите, като регулират клетъчния цикъл или причиняват инхибиране на растежа поради контакт между клетка; Супресорните гени на туморния растеж от този тип са CCC, тъй като те директно регулират клетъчния растеж.

други туморни супресорни гени, гени "чистачки", участват в ремонта на разпадането на ДНК и поддържат целостта на генома. Загубата на двата алела на гените, участващи в възстановяването на ДНК или хромозомния разпад, води до рак косвено, което позволява натрупването на последващи вторични мутации, както в протоонкогени, така и в други туморни супресорни гени.

Повечето продукти туморни супресорни гениидентифицирани и описани. Тъй като туморните супресорни гени и техните продукти предпазват от рак, се надяваме, че тяхното разбиране в крайна сметка ще доведе до подобрени терапии за рак.

Туморни супресорни гени:
1. Туморен супресорен ген RB1Ключови думи: генни функции: синтез на p110, регулация на клетъчния цикъл. Тумори в патологията на гена: ретинобластом, дребноклетъчен белодробен карцином, рак на гърдата.

2. : генни функции: синтез на p53, регулиране на клетъчния цикъл. Заболявания, дължащи се на генна патология: синдром на Li-Fraumeni, рак на белия дроб, рак на гърдата и много други.

3. Тумор супресорен ген DCC: генни функции: Dcc рецептор, намалена клетъчна преживяемост при отсъствие на сигнал за оцеляване от неговия неутрино лиганд. Болести, свързани с генна патология: колоректален рак.

4. Туморен супресорен ген VHL: функции на гена: синтез на Vhl, част от формите на комплекса за цитоплазмено разрушаване с APC, който обикновено инхибира индуцирането на растежа на кръвоносните съдове в присъствието на кислород. Заболявания, свързани с генна патология: синдром на Hippel-Lindau, светлоклетъчен бъбречен карцином.

5. Тумор супресорни гени BRCA1, BRCA2: генни функции: синтез на Brcal, Brca2, възстановяване на хромозома в отговор на двойни прекъсвания на ДНК. Заболявания в патологията на гена: рак на гърдата, рак на яйчниците.

6. Тумор супресорни гени MLH1, MSH2: генни функции: синтез на Mlhl, Msh2, възстановяване на нуклеотидни несъответствия между ДНК вериги. Болести, свързани с генна патология: колоректален рак.

Въведение.

Карциногенезата е многоетапен процес на натрупване на мутации и други генетични промени, които водят до нарушаване на ключови клетъчни функции, като регулиране на пролиферацията и диференциацията, естествена клетъчна смърт (апоптоза), морфогенетични реакции на клетката и също, вероятно, до неефективното функциониране на факторите на специфичния и неспецифичния противотуморен имунитет. Само съвкупността от такива промени, придобити, като правило, в резултат на доста дълга еволюция на неопластични клонове, по време на които се избират клетки с необходимите характеристики, може да осигури развитието на злокачествена неоплазма. Вероятността за възникване на няколко генетични промени в една клетка се увеличава рязко, когато системите, които контролират целостта на генома, са нарушени. Следователно мутациите, водещи до генетична нестабилност, също са неразделна част от прогресията на тумора. Освен това някои вродени аномалии на системите за генетичен контрол са фактор, предопределящ неизбежната поява на неоплазма: те увеличават вероятността от различни онкогенни мутации във всяка клетка на тялото толкова много, че индивидът, рано или късно, в някои от клетките на пролифериращият клон, под натиска на селекцията, определено ще натрупа необходимата комбинация от промени и се образува тумор.

Значителен напредък в разбирането на механизмите на канцерогенезата е свързан с откриването първо на онкогени и протонкогени, а след това - туморни супресориИ мутаторни гени. Онкогените са клетъчни или вирусни (въведени от вирус в клетка) гени, чиято експресия може да доведе до развитие на неоплазма. Протоонкогените са нормални клетъчни гени, усилването или модификацията на функцията на които ги превръща в онкогени. Туморните супресори (антионкогени, рецесивни туморни гени) са клетъчни гени, чието инактивиране драстично увеличава вероятността от неоплазми, а възстановяването на функцията, напротив, може да потисне растежа на туморните клетки. Трябва да се отбележи, че така наречените "мутаторни" гени, считани за туморни супресори, т.е. гени, чиято дисфункция по един или друг начин увеличава скоростта на поява на мутации и/или други генетични промени, може да не повлияят на растежа на неопластични клетки. Въпреки това, тяхното инактивиране увеличава вероятността от различни онкогенни мутации толкова силно, че образуването на тумори става само въпрос на време.

Принадлежността към онкогени или туморни супресори се определя от няколко критерия: а) закономерният характер на промените в структурата и/или експресията на даден ген в клетките на определени или различни тумори; б) появата в млада или млада възраст на определени форми на тумори при индивиди с наследствени зародишни (т.е. възникващи в зародишните клетки) мутации на този ген; в) рязко увеличаване на случаите на тумори при трансгенни животни, експресиращи активираната форма на този ген - в случай на онкогени, или носещи инактивиращи мутации ("нокаут") на този ген - в случай на туморни супресори; г) способността да предизвиква морфологична трансформация и/или неограничен растеж (онкогени) или потискане на клетъчния растеж и/или тежестта на признаците на трансформация (туморни супресори) в клетки, култивирани in vitro.

Последните две десетилетия се характеризират с бързото откриване на все повече и повече нови онкогени и туморни супресори. Към днешна дата са известни около сто потенциални онкогени (клетъчни и вирусни) и около две дузини туморни супресори. Описани са генетични събития, водещи до активиране на протоонкогени или инактивиране на туморни супресори. Установено е, че механизмът на действие на вирусните онкогени е свързан с активирането на клетъчни протоонкогени (ретровируси) или инактивиране на туморни супресори ( Вируси, съдържащи ДНК) . Идентифицирани са промени в онкогените и туморните супресори, които са характерни за определени форми на човешки неоплазми, включително високо специфични аномалии, използвани за диагностика (Таблици 1, 2).

Маса 1.
Някои промени в протоонкогените, характерни за човешките неоплазми

Протоонкоген	Функция на протеина	Промени	Новообразувания*
ERBB1 (EGF-R)	рецепторна тирозин киназа	генна амплификация и свръхекспресия	глиобластоми и други неврогенни тумори
ERBB2 (HER2)	рецепторна тирозин киназа		рак на млечната жлеза
PDGF-Rb	рецепторна тирозин киназа	хромозомни транслокации, произвеждащи химерни TEL/PDGF-Rb, CVE6/PDGF-Rb гени, кодиращи постоянно активирани рецептори	хронична миеломоноцитна левкемия, остра миелоидна левкемия
SRC	нерецепторна тирозин киназа	мутации в кодон 531, които премахват отрицателната регулация на киназната активност	някои тумори на дебелото черво в късен стадий
K-RAS, N-RAS, H-RAS	участва в предаването на митогенни сигнали и регулацията на морфогенетичните реакции	мутации в кодони 12,13,61, причиняващи постоянно активирана GTP-свързана форма на Ras	60-80% от случаите на рак на панкреаса; 25-30% от различни солидни тумори и левкемии
PRAD1/циклинD1	регулира клетъчния цикъл	амплификация и/или генна свръхекспресия	рак на гърдата и слюнчените жлези
C-MYC	транскрипционен фактор, регулира клетъчния цикъл и теломеразната активност	а) хромозомни транслокации, които преместват гена под контрола на регулаторните елементи на имуноглобулиновите гени; b) амплификация и/или генна свръхекспресия; протеин стабилизиращи мутации	а) Лимфом на Бъркит б) много форми на неоплазми
CTNNB1 (бета-катенин)	а) транскрипционен фактор, който регулира c-MYC и циклин D1; б) свързване с кадхерин, участва в образуването на адхезивни контакти	мутации, които увеличават количеството бета-катенин, несвързан с Е-кадхерин, който функционира като транскрипционен фактор	наследствена аденоматозна полипоза на дебелото черво;
BCL2	инхибира апоптозата чрез регулиране на пропускливостта на митохондриалните и ядрените мембрани	хромозомни транслокации, които преместват гена под контрола на регулаторните елементи на имуноглобулиновите гени	фоликуларен лимфом
ABL	регулира клетъчния цикъл и апоптозата	хромозомни транслокации, водещи до образуването на химерни BCR/ABL гени, продуктите от които стимулират клетъчната пролиферация и потискат апоптозата	всички хронични миелоидни левкемии, някои остри лимфобластни левкемии
MDM2	инактивира p53 и pRb	амплификация и/или генна свръхекспресия	част от остеосаркомите и саркомите на меките тъкани

* Курсивът показва наследствени форми на заболявания, произтичащи от мутации в зародишните клетки. В други случаи възникват мутации в соматични клетки, които образуват тумори.

Таблица 2.
Форми на човешки тумори, възникващи от инактивирането на някои туморни супресори и мутаторни гени

ген	Функция на протеина	Новообразувания*
стр.53	транскрипционен фактор; регулира клетъчния цикъл и апоптозата, контролира целостта на генома	Синдром на Li-Fraumeni и повечето форми на спорадични тумори
INK4a-ARF	инхибиране на Cdk4**, активиране на p53**	наследствени меланомиИ
Rb	контролира влизането в S-фаза чрез регулиране на активността на транскрипционния фактор E2F	наследственаретинобластом
TbR-II	тип 2 рецептор за цитокина TGF-b	наследственаи спорадичен рак на дебелото черво
SMAD2, SMAD3	сигнал от активирани TGF-b рецептори към Smad4	рак на дебелото черво, белия дроб, панкреаса
SMAD4/DPC4	транскрипционен фактор; медиира действието на цитокина TGF-b, което води до активиране на Cdk инхибитори - p21WAF1, p27KIP1, p15INK4b	ювенилна хамартоматозна полипоза на стомаха и червата;различни форми на спорадични тумори
Е-кадхерин	участва в междуклетъчните взаимодействия; инициира сигнализиране, което активира p53, p27KIP1	наследствен рак на стомахаи много форми на спорадични тумори
APC	свързва и разрушава цитоплазмения бета-катенин, предотвратява образуването на транскрипционни комплекси бета-катенин/Tcf	наследствена аденоматозна полипозаи спорадични тумори на дебелото черво
VHL	потиска експресията на гена VEGF (васкуларен ендотелен растежен фактор) и други гени, активирани по време на хипоксия	синдром на von Hippel-Lindau (множество хемангиоми);ясноклетъчен карцином на бъбрека
WT1	транскрипционен фактор; свързвайки се с р53, модулира експресията на гени, отговарящи на р53	наследствени нефробластоми (тумор на Wilms)
PTEN/MMAC1	фосфатаза; стимулира апоптозата чрез потискане на активността на сигналния път PI3K-PKB/Akt	Болест на Каудън (множество хамартоми);много спорадични тумори
NF1 (неврофибромин)	протеин от семейството GAP; превръща ras онкогена от активна в неактивна форма	неврофиброматоза тип 1
NF2 (мерлин)	участва във взаимодействията на мембраната с цитоскелета	неврофиброматоза тип II;спорадични менингиоми, мезотелиоми и други тумори
BRCA1	повишава активността на р53 и други транскрипционни фактори чрез свързване с RAD51 участва в разпознаването и/или ремонта на увреждане на ДНК	различни форми на спорадични тумори
BRCA2	транскрипционен фактор с хистон ацетил трансферазна активност; свързването с RAD51 участва в възстановяването на ДНК	наследствени тумори на гърдата и яйчниците;различни форми на спорадични тумори
MSH2, MLH1, PMS1, PMS2	поправка на несдвоени ДНК сегменти (поправка на несъответствие)	неполипозен рак на дебелото черво и яйчниците;много спорадични тумори

* Курсивът показва наследствени форми на заболявания, произтичащи от мутации в зародишните клетки.
** INK4a/ARF локусът кодира два протеина: p16 INK4a, инхибитор на циклин-зависими кинази Cdk4/6, и p19 ARF (Алтернативна рамка за четене), продукт на алтернативна рамка за четене, който чрез свързване на p53 и Mdm2 блокира тяхното взаимодействие и предотвратява p53 разграждане. Делеции и много точкови мутации в INK4a/ARF локуса причиняват едновременно инактивиране на супресорните активности и на двата протеина.

Дълго време обаче знанията за всеки от онкогените или туморните супресори изглеждаха дискретни, до голяма степен несвързани. И едва през последните години започна да се появява обща картина, показваща, че по-голямата част от известните протоонкогени и туморни супресори са компоненти на няколко общи сигнални пътища, които контролират клетъчния цикъл, апоптозата, целостта на генома, морфогенетичните реакции и клетъчна диференциация. Очевидно промените в тези сигнални пътища в крайна сметка водят до развитието на злокачествени неоплазми. предоставя информация за основните мишени на онкогените и туморните супресори.

10157 0

Въпреки че регулацията на клетъчната пролиферация е сложна и все още не е достатъчно проучена, вече е очевидно, че в нормата освен системата, която стимулира пролиферацията, съществува и система, която я спира.

Супресорни гени

Скоро след откриването на първите онкогени се появиха съобщения за съществуването на друг клас онко-асоциирани гени, чиято загуба или потискане също води до развитие на тумори.

Тези гени се наричат ​​супресорни гени (други имена са антионкогени, рецесивни туморни гени, туморни супресори).

В непроменени клетки супресорните гени потискат деленето на клетките и стимулират тяхната диференциация. С други думи, ако протоонкогените кодират протеини, които стимулират клетъчната пролиферация, тогава протеините на супресорните гени, напротив, инхибират пролиферацията и/или насърчават апоптозата.

Мутациите в такива гени водят до потискане на тяхната активност, загуба на контрол върху пролиферативните процеси и в резултат на това до развитие на рак. Трябва обаче да се има предвид, че физиологичната функция на антионкогените е регулирането на клетъчната пролиферация, а не предотвратяването на развитието на тумори.

За разлика от онкогените, които действат доминантно, промените в антионкогените са рецесивни и инактивирането на двата генни алела (копия) е необходимо за туморна трансформация.

Следователно гените от тази група също са половин миля, наречени "гени на рецесивен рак".

Идентифицирането на антионкогените започва с откриването на гена Rb (ретинобластомния ген), чиито вродени мутации причиняват развитието на ретинобластом. В началото на 70-те години Е. А. Кнудсън (1981) установи, че около 40% от ретинобпастомията се появява в ранна детска възраст (средно на 14 месеца) и тези тумори обикновено са двустранни (в ретината на двете очи).

Ако такива пациенти са били излекувани от ретинобпастомия, много от тях са развили остеосарком в юношеска възраст и кожен меланом в зряла възраст. В повечето случаи естеството на заболяването е наследствено.

В опит да обясни защо фенотипно идентичните тумори са или спорадични, или наследствени, А. Кнудсън формулира хипотезата за „две удари“ (мутация). Авторът предполага, че в случай на наследствена форма на тумора, мутация (първи инсулт) в ретинобластите се предава от един от родителите на детето.

Ако се появи втора мутация (втори инсулт) в една от тези клетки, ретината (т.е. вече има мутация), много често (при 95% от пациентите) се развива тумор. При спорадичния тумор децата не наследяват мутантния алел на гена, но имат две независими мутации в двата алела (копия) на един от ретинобластите, което също води до развитие на тумор.

Следователно, според хипотезата на A. Knudson, пациентите от първата група имат една вродена и една придобита мутация, докато пациентите от втората група имат и двете придобити мутации.

Поради факта, че при наследствени ретинобластоми са открити промени в областта на хромозома 13 (13ql4). се предполага, че генът "предразположение към ретинобластом" (Rb) е локализиран на това място от генома. Впоследствие този ген е изолиран.

И двата му алела се оказаха инактивирани в клетки както на наследствени, така и на спорадични ретинообластоми, но при наследствените форми всички клетки на тялото също имаха вродени мутации на този ген.

Така стана ясно, че двете мутации, постулирани от A. Knudson, които са необходими за развитието на ретинобпастомите, се срещат в различни алели на един и същ Rb ген. При унаследяване децата се раждат с един нормален и един дефектен Rb алел.

Дете, носещо наследствен алел на мутантния Rb ген, има го във всички соматични клетки, е напълно нормално. Въпреки това, когато възникне придобита мутация, второто (нормално) копие (алел) на гена се губи в ретинобластите и двете копия на гена стават дефектни.

В случай на спорадична поява на тумор в един от ретинобластите, възниква мутация и двата нормални алела в Rb се губят.Крайният резултат е същият: клетката на ретината, която е загубила и двете нормални копия на Rb гена. и този, който е загубил останалата част от нормалното, води до ретинобластом.

Модели, разкрити при изследването на Rb гена. по-специално връзката с наследствените форми на тумори и необходимостта да се повлияят и на двата алела (рецесивната природа на проявлението на мутациите) започнаха да се използват като критерии при търсенето и идентифицирането на други туморни супресори.

Групата от добре проучени класически туморни супресори, които се инактивират чрез механизъм с две удари, включва гена WT1 (тумор на Wilms 1), чието инактивиране предразполага 10–15% към развитието на нефробластом (тумор на Wilms), гени за неврофиброматоза ( NF1 и NF2), а антионкогенният DCC (изтрит при карцином на дебелото черво) е ген, който е инактивиран при рак на дебелото черво.

Основният представител на антионкогените обаче е p53 супресорният ген, който обикновено осигурява постоянен контрол на ДНК във всяка отделна клетка, предотвратявайки появата на вредни мутации, включително туморогенни. При хората се намира на хромозома 17.

Физиологичните функции на p53 са да разпознава и коригира грешки, които неизменно възникват по време на репликацията на ДНК при голямо разнообразие от стресове и вътреклетъчни нарушения: йонизиращо лъчение, свръхекспресия на онкогени, вирусна инфекция, хипоксия, хипо- и хипертермия, различни нарушения на клетъчната архитектура ( увеличаване на броя на ядрата, промени в цитоскелета) и др.

Горните фактори активират p53, неговият продукт - p53 протеин - строго контролира активността на протоонкогените в регулацията на клетъчния цикъл и причинява спиране на възпроизвеждането на анормални клетки (временно, за отстраняване на увреждането или необратимо), или тяхната смърт, задействайки програма за клетъчна смърт - апоптоза, която елиминира възможността за натрупване в тялото на генетично модифицирани клетки (фиг. 3.4). По този начин нормалната форма на гена p53 играе важна защитна роля като "молекулен полицай" или "пазител на генома" (D. Lane).

Мутациите могат да доведат до инактивиране на супресорния ген53 и появата на променена форма на протеина, която е насочена към повече от 100 гена. Основните включват гени, чиито продукти причиняват спиране на клетъчния цикъл в различните му фази; гени, които индуцират апоптоза; гени, които регулират клетъчната морфология и/или миграция и гени, които контролират ангиогенезата и дължината на теломерите и др.

Следователно последствията от пълното инактивиране на такъв многофункционален ген причиняват едновременното появяване на цял набор от характерни свойства на неопластична клетка. Те включват намаляване на чувствителността към инхибиращи растежа сигнали, обезсмъртяване, повишаване на способността за оцеляване при неблагоприятни условия, генетична нестабилност, стимулиране на неоангиогенезата, блокиране на клетъчната диференциация и др. (фиг. 3.4).

Ориз. 3.4. Защитни функции на р53 супресорния ген [Zaridze D.G. 2004].

Това, очевидно, обяснява високата честота на поява на мутации на p53 в неоплазмите - те позволяват да се преодолеят няколко етапа на туморна прогресия наведнъж в една стъпка.

Мутацията на гена p53 е най-често срещаното генетично заболяване, присъщо на злокачествения растеж и се открива в 60% от туморите от повече от 50 различни вида. Терминалните (срещащи се в зародишните клетки и наследени) мутации в един от алелите на гена p53 могат да инициират началните етапи на карциногенезата на различни, често първично множествени тумори (синдром на Li-Fraumeni), или те могат да възникнат и да бъдат избрани вече по време на растежа на тумора, осигурявайки неговата хетерогенност.

Наличието на мутирал p53 ген в тумор определя по-лоша прогноза при пациенти в сравнение с тези, при които мутантният протеин не е открит, тъй като туморните клетки, в които p53 е инактивиран, са по-устойчиви на радиация и химиотерапия.

Гени мутатори

Инхибирането на активността на супресорните гени, които контролират апоптозата и/или клетъчния цикъл, отменя забраната за пролиферация на клетки с различни генетични промени, което увеличава вероятността от онкогенни клетъчни клонове. Тази група гени се нарича "пазач".

Заедно с това са идентифицирани редица гени, които са специализирани в разпознаването и поправянето (поправката) на увреждане на ДНК, което може да причини генетична нестабилност и развитие на рак. Такива гени се наричат ​​"грижовни" или мутиращи гени.

Те не индуцират директно злокачествена клетъчна трансформация, но насърчават развитието на тумор, тъй като инактивирането на функцията на тиутаторните гени увеличава скоростта и вероятността от различни онкогенни мутации и/или други генетични промени до такава степен, че образуването на тумор става само въпрос на време .

Физиологичната функция на мутаторните гени е да откриват увреждане на ДНК и да поддържат целостта на генома чрез активиране на системи за възстановяване, за да възстановят оригиналната нормална структура на ДНК.

Следователно те се наричат ​​също гени за възстановяване на ДНК. Установено е, че инактивирането на такива гени води до нарушаване на възстановяването на ДНК, в клетката се натрупват голям брой мутации и рязко се увеличава вероятността от възпроизвеждане на клетъчни варианти с различни генетични нарушения.

В тази връзка в клетките с дефектни мутаторни гени възниква високо ниво на генетична нестабилност и съответно се увеличава честотата на спонтанни или индуцирани генетични промени (генни мутации, хромозомни транслокации и др.), На фона на които възниква рак.

Описани са наследствени форми на неоплазми, свързани с вродени мутации на гени, чиито продукти не осигуряват функционирането на възстановителните системи. От тази група най-изследваните гени са BRCA1 и BRCA2, MSH2, MSH6, MLH1, PMS2 и XPA, XRV и др.

Гените BRCA1 и BRCA2 (Breasl Cancer 1 и 2) за първи път са идентифицирани като гени, чиито вродени мутации са свързани с наследствени форми на рак на гърдата.

При жени с терминални мутации на един от алелите на гена BRCA1 рискът от развитие на рак на гърдата през целия живот е около 85%, този на яйчниците е около 50%, а вероятността от развитие на тумори на дебелото черво и простатата също е по-висока .

При терминални мутации на гена BRCA2 рискът от развитие на тумори на гърдата е малко по-нисък, но се среща по-често при мъжете. Гените BRCA1 и BRCA2 се държат като класически туморни супресори: за иницииране на туморен растеж, в допълнение към вродена мутация в един от алелите, е необходимо и инактивиране на втория алел, което се случва вече в соматичната клетка.

При вродени хетерозиготни мутации на гените MSH2, MLH1, MSH6 и PMS2 се развива синдром на Lynche. Основната му характеристика е появата на рак на дебелото черво в млада възраст (т.нар. наследствен неполипозен коректален рак) и/или тумори на яйчниците.

Преобладаващата локализация на туморите в червата е свързана с най-високия пролиферативен потенциал на клетките на дъното на чревните крипти и възможността за по-честа поява на мутации, които обикновено се коригират от възстановителни системи.

Следователно, когато тези гени са инактивирани, бързо пролифериращите клетки на чревния епител не се възстановяват, а натрупват набор от мутации в протоонкогени и антионкогени, които са критични за развитието на рак по-бързо от бавно пролифериращите клетки.

Терминалните хетерозиготни мутации на гените от семейство XPA водят до появата на пигментна ксеродерма, наследствено заболяване с повишена чувствителност към ултравиолетово лъчение и развитие на множество кожни тумори в области на слънчева инсолация.

Човешкият геном съдържа поне няколко десетки туморни супресорни и мутаторни гени, чието инактивиране води до развитие на тумори. Повече от 30 от тях вече са идентифицирани, за много функциите, изпълнявани в клетката, са известни (Таблица 3.2).

Таблица 3.2. Основни характеристики на някои туморни супресори и мутаторни гени.

Повечето от тях чрез регулиране на клетъчния цикъл, апоптоза или възстановяване на ДНК предотвратяват натрупването на клетки с генетични аномалии в организма. Идентифицирани са туморни супресори с други функции, по-специално контролиращи морфогенетичните реакции на клетката и ангиогенезата.

Откритите гени далеч не изчерпват списъка на съществуващите туморни супресори. Приема се, че броят на антионкогените съответства на броя на онкогените.

Изследването на тяхната структура и функция в първичните човешки тумори обаче е свързано с големи технически трудности. Такива изследвания се оказват непосилни дори за водещите лаборатории в света. В същото време приписването на някои гени в категорията на онкогените или антионкогените е доста условно.

В заключение трябва да се отбележи, че концепцията за онкоген и антионкоген за първи път в историята на онкологията направи възможно комбинирането на основните направления на изследване на канцерогенезата.

Смята се, че почти всички известни канцерогенни фактори водят до увреждане на протоонкогените, супресорните гени и техните функции, което в крайна сметка води до развитие на злокачествена неоплазма. Този процес е показан схематично на фигура 3.5.

Ориз. 3.5. Схема на основните етапи на канцерогенезата [Moiseenko V.I. и др., 2004].

Трябва също да се подчертае, че нормална диференцирана клетка от която и да е тъкан не може да бъде обект на туморна трансформация, тъй като тя вече не участва в клетъчното делене, а изпълнява специализирана функция и в крайна сметка умира апоптотично.

Нарушенията в структурата на гените могат да възникнат без видими последици. Всяка секунда в човешкото тяло, което се състои от 100 трилиона клетки, се делят около 25 милиона клетки.

Този процес се извършва под строг контрол на комплекс от молекулярни системи, чиито механизми на функциониране, за съжаление, все още не са напълно установени. Изчислено е, че всеки от приблизително 50 000 гена в човешка клетка претърпява спонтанни смущения около 1 милион пъти през живота на организма.

Онкогените и антионкогените представляват по-малко от 1% от идентифицираните мутации, докато останалите генетични нарушения имат характер на "шум". В същото време почти всички нарушения се фиксират и елиминират от системи за възстановяване на генома.

В най-редките случаи нормалната структура на променения ген не се възстановява, кодираният от него протеинов продукт и неговите свойства се променят и ако тази аномалия е от фундаментално естество и засяга ключови потенциални онкогени и/или антионкогени, клетъчна трансформация става възможно.

В същото време някои от мутиралите клетки могат да оцелеят, но еднократно излагане на канцерогена на ДНК структурата не е достатъчно за появата на туморна трансформация в тях. Трябва да се приеме, че с редки изключения (например при индуцирана от вируси канцерогенеза), за да се появи рак, трябва да съвпаднат 4-5 мутации в една клетка, независимо една от друга.

Комбинацията от активиране на онкогени и инактивиране на антионкогени се счита за най-опасна, когато автономизацията на пролиферативния сигнал се комбинира с нарушения в механизмите за контрол на клетъчния цикъл.

Ето защо повечето злокачествени тумори се характеризират с това, че с възрастта се развиват, нарушенията в генома се натрупват и могат да доведат до индукция на туморния процес. Това може да се потвърди и от постепенното развитие на някои злокачествени тумори: предрак, дисплазия, рак in situ и рак, както и експериментални изследвания.

Представихме основните гени, чиито протеинови продукти допринасят за трансформирането на нормална клетка в ракова клетка, и гените, чиито протеинови продукти предотвратяват това.

Разбира се, освен изброените, са открити и много други онкогени и супресорни гени, които по един или друг начин са свързани с контрола на клетъчния растеж и възпроизводство или влияят на други клетъчни характеристики.

Очевидно през следващите години ни очакват други важни открития за механизмите на злокачествен растеж и ролята на туморните супресори и тумори в тези процеси.

Често срещана връзка при появата на тумори е онкоген, въведен в клетката от вирус или възникващ от протоонкоген в резултат на мутация, или отстранен от контрола на ограничаващите гени чрез хромозомна транслокация [Alberts B., Bray D. et al., 1994]. Но през последните години беше открита още една, очевидно най-честата връзка в канцерогенезата - туморни супресорни гени, които потискат активността на онкогените [Sci. амер. спец. бр. ].

Геномът на ДНК-съдържащите туморни вируси, по-точно отделните гени, включени в генома, и продуктите на тези гени, като например LT-антигена (голям Т-антиген) на онкогенния паповавирус, когато се комбинира с клетъчен протеин, който потиска клетъчната пролиферация и участва в регулацията на пролиферацията, инактивира я и по този начин създава автономна нерегулирана пролиферация. Целевите гени, които определят синтеза на съответните протеини, се наричат ​​туморни супресорни гени и са открити при изследване на онкогенната активност на ДНК-съдържащи вируси [Weinberg, 2006d, Altshtein, 2004]. Такъв механизъм е установен за паповавирусите (папилома, полиома, SV40) и аденовирусите. Очевидно то е доста различно от това на онкорнавирусите.

Понастоящем идеите за генетичната природа на развитието на онкологичните заболявания се основават на предположението за съществуването на гени, чиято нормална функция е свързана с потискане на туморния растеж. Такива гени се наричат ​​туморни супресорни гени. Дефектите в тези гени водят до прогресия, а възстановяването на функцията води до значително забавяне на пролиферацията или дори обратно развитие на тумора.

Основният представител на тези гени е генът p53, който контролира синтеза на протеина p53 (p53 е от протеин, протеин, чието молекулно тегло е 53 000 далтона). Този ген, или по-скоро неговият p53 продукт, контролира стриктно активността на протоонкогените, позволявайки това само в строго определени периоди от живота на клетката, когато например е необходимо клетката да влезе в процеса на делене. p53 също контролира апоптозата, програмираната клетъчна смърт, насочвайки клетката към самоубийство, ако нейният генетичен апарат, нейната ДНК, е повреден. По този начин p53 стабилизира генетичната структура на клетката, предотвратявайки появата на вредни мутации, включително туморогенни. Онкогените на някои вируси свързват p53 и го инактивират, което води до освобождаване на клетъчни протоонкогени, премахване на апоптозата и по този начин до натрупване на жизнеспособни мутации в клетката.

Такива клетки са благоприятен материал за селекция за автономия, тоест за влизане в пътя, водещ до образуването на тумори. Много, ако не и повечето, човешки тумори възникват чрез поетапна еволюция, която започва с инактивирането на гена p53 чрез неговата произволна или индуцирана мутация или инактивиране от вирусен онкоген. Видовете онкогени и антионкогени са показани на фиг. 1 и в табл. 1 .

Супресорният ген е ген, чиято липса на продукт стимулира образуването на тумор. За разлика от онкогените, мутантните алели на супресорните гени са рецесивни. Липсата на един от тях, при условие че вторият е нормален, не води до премахване на инхибирането на образуването на тумори.

През 80-те и 90-те години на миналия век са открити клетъчни гени, които осъществяват отрицателен контрол върху клетъчната пролиферация, т.е. предотвратяване навлизането на клетките в делене и излизане от диференцирано състояние. Поради тяхната противоположна функционална цел по отношение на онкогените, те бяха наречени анти-онкогени или гени, потискащи злокачествените заболявания (туморен растеж) (Rayter S.I. et al., 1989).

По този начин протоонкогените и супресорните гени образуват сложна система от положително-отрицателен контрол на клетъчната пролиферация и диференциация, а злокачествената трансформация се осъществява чрез разрушаването на тази система.

Нормалната клетъчна репродукция се контролира от сложно взаимодействие на гени, които стимулират пролиферацията (протоонкогени) и гени, които я потискат (супресорни гени или антионкогени). Нарушаването на този баланс води до началото на злокачествен растеж, който се определя от активирането на протоонкогените и превръщането им в онкогени и инактивирането на супресорните гени, които освобождават клетките от механизми, ограничаващи тяхната пролиферация.

Потискането на злокачествените заболявания е идентифицирано чрез генетика на соматични клетки, чрез анализ на наследството на определени форми на рак и в експерименти за трансфекция на туморни клетки с анти-онкгени.

Откриването на гени, които потискат възпроизвеждането на клетките и злокачествения растеж, е едно от най-важните открития през последните години в областта на биологията. Със сигурност има за цел да допринесе значително за решаването на много проблеми, пред които е изправена както медицината, така и фундаменталната наука. В областта на медицината се отваря възможността за използване на супресорни гени в генната терапия на рака.

Гените, които инхибират клетъчната пролиферация, се наричат ​​туморни супресорни гени (използва се и терминът "антионкогени", въпреки че това е нежелателно). Загубата на функция на тези гени причинява неконтролирана клетъчна пролиферация.

Понякога, при доминантни заболявания, които се характеризират с образуването на тумори, разликите в експресивността се дължат на допълнителни мутации в туморни супресорни гени.

Примери за супресорни гени са: генът, отговорен за развитието на ретинобластом - генът Rb1; два гена, отговорни за развитието на рак на гърдата - ген BRCA2 и ген BRCA1; генът WT1 може да се припише и на супресорни гени - увреждането на което води до нефробластом; генът CDKN2A и генът CDKN2B, отговорни съответно за развитието на меланом и хематологични тумори. Има и други гени, които могат да бъдат класифицирани като супресорни гени. Инактивирането на гена hMLH1 води до карцином на стомаха и карцином на дебелото черво.

Гените - "пазители на клетъчния цикъл" участват пряко в неговата регулация. Техните протеинови продукти са в състояние да възпре прогресията на тумора чрез инхибиране на процесите, свързани с клетъчното делене. Дефектите в "общите контролни гени" водят до увеличаване на нестабилността на генома, увеличаване на честотата на мутациите и, следователно, до увеличаване на вероятността от увреждане на гените, включително "пазителите на клетъчния цикъл". Групата на "пазителите на клетъчния цикъл" (CCC) включва такива гени като RB1 (ретинобластом), WT1 (тумор на Wilms), NF1 (неврофиброматоза тип I), както и гени, които насърчават образуването на клетъчни контакти и други . Ако увреденото копие на CCC гена е наследено, образуването на тумор може да бъде инициирано от соматична мутация в неувредения алел. Следователно при наследствени форми на тумори, когато има герминативна мутация, е необходимо само едно соматично мутационно събитие за появата на заболяването - увреждане на единичен функционален алел. Спорадичните прояви на същия тип тумор изискват две независими мутационни събития и в двата алела. В резултат на това за носителите на мутантния алел вероятността от развитие на този тип тумор е много по-висока от средната за населението.

Инактивирането на гените за "общ контрол" (TC) води до дестабилизация на генома - вероятността от мутация на CCC гените се увеличава. Дефектът на последния води до появата на тумор. На фона на увредения ОК ген продължава натрупването на мутации, които инактивират други супресори от първа или втора група, което води до бърз растеж на тумора. В семейни случаи на развитие на някои видове рак, мутация в един от алелите на съответния OK ген може да бъде наследена от родителите. За иницииране на туморен процес е необходима соматична мутация на втория алел, както и инактивиране на двата алела на всеки CCC ген.

По този начин са необходими три независими мутационни събития за развитието на тумор в фамилен случай. Следователно рискът от развитие на тумор за носители на наследствена мутация на гена OK е с порядък по-малък от риска за носител на повреден алел на гена CCC. Спорадичните тумори се причиняват от соматични мутации в ОК гените. Те са редки и изискват четири независими мутации за появата и развитието си. Примери за ОК гени са гените, отговорни за развитието на наследствен неполипозен рак на червата – генът MSH-2 и генът MLH-1. Тази група включва и добре познатия супресорен ген p53, чиито мутации или делеции се наблюдават при приблизително 50% от всички злокачествени заболявания.

Антионкогените (или гени за потискане на туморния растеж) са гени, които кодират ключови регулаторни протеини, чиято загуба води до нарушаване на контрола на клетъчната пролиферация. Повечето от идентифицираните анти-онкогени в нормалните клетки са регулатори (фактори) на процеса на транскрипция на клетъчни гени, вероятно действащи в полза на засилване на програмите за клетъчна диференциация, за разлика от програмите за пролиферация.

Протеините, кодирани от група супресорни гени (p53, KV, C-LR! (p21), p15, p16 и др.), са пряко включени в процеса на клетъчно делене, контролирайки навлизането им в една или друга фаза на клетъчния цикъл Загубата на активността на такива гени в крайна сметка провокира нерегулирана клетъчна пролиферация.

По този начин, наред с активирането на онкогените, смущенията във функционирането на тумор-супресорните гени са решаващи за инициирането на туморогенни процеси, засягащи преминаването на клетъчния цикъл, регулирайки диференциацията и програмираната клетъчна смърт, т.е. естествения процес на тяхната смърт, така наречената апоптоза. Ако повечето от променените протоонкогени действат като доминиращи фактори от генетична гледна точка, тогава гените за потискане на туморния растеж обикновено действат рецесивно.

Структурните и функционални промени в онкосупресорите, както и в онкогените, могат да бъдат резултат от точкови мутации в кодиращите и регулаторните области на гена, инсерции или делеции, които причиняват смущения в процеса на четене на протеини, промени в тяхната конфигурация или модулация на протеинова експресия (образуване на продукт по време на клетъчния синтез). Загубата на функциите на анти-N-нкогените в туморните клетки възниква като

като правило, в резултат на инактивиране на двата алела. Предполага се, че загубата на един алел в резултат на делеция създава възможност за фатални рецесивни мутации в останалия (теорията на Knadsen). Но има изключения от това правило: например съществуването на мутации с доминиращи свойства е показано за p53. Зародишните (наследствени) рецесивни мутации в един от двата антионкогенни алела могат да бъдат в основата на наследственото предразположение към рак.

В експериментални изследвания е установено, че инактивирането на антионкогена в резултат на едновременни смущения в съответните локуси на сдвоени хромозоми (мутации в едната и делеции в другата) може да бъде елиминирано чрез въвеждане на алел от див тип (т.е. структурно непроменени, непокътнати), което е основата за научни разработки в областта на гена _terall_n tumors_.

В допълнение към загубата на функция на гена в резултат на мутация или делеция, може да настъпи инактивиране на α-супресорния ген поради хиперметилиране на ДНК последователността, кодираща този ген. Това е характерен начин за инактивиране на някои гени, принадлежащи към групата на киназните инхибитори, които регулират последователността и скоростта на фазите на клетъчния цикъл, например p/6 и p15.

Понастоящем търсенето на гени, потискащи растежа на тумора, се извършва изключително широко.

В тумори от различни видове са идентифицирани специфични делеции на някои хромозомни области. Връзката на такива делеции с развитието на тумора често се нарича "функционална загуба на туморен супресорен ген".

За идентифициране на хромозомни региони, които претендират, че са потенциални антионкогени, широко се използва скрининг за шроделеция.

cHat geasTmtn) или KET.P (gea ^ psIop Gra ^ tehn! 1engs pomytromPet) на нормална и туморна ДНК по време на електрофоретично разделяне. Загубата на хетерозиготност (загуба на! lego21205Yu - OH) се разглежда като загуба на един от двата алела в туморната ДНК в сравнение с ДНК на нормална соматична клетка.

Понастоящем са известни малко повече от десет анти-онкози. Нарушения в антионкогените се откриват в около 90% от човешките тумори. При всеки конкретен тумор спектърът от генетични промени е индивидуален, но въпреки това се наблюдават определени закономерности в нарушенията на отделните гени или техните клъстери, които дават основание да се свържат с развитието или прогресията на определена патология. Една от предпоставките за растеж на тумора е нарушение на процеса на регулиране на клетъчното делене. Трябва да се подчертае, че промените в сложната верига за контрол на клетъчния цикъл, медиирани от участието на един или друг онкосупресор, могат да настъпят на различни етапи от цикъла и са свързани с развитието на различни хистологични видове тумори.

Тази глава обсъжда най-известните в момента туморни супресорни гени, възможните механизми на тяхното действие и участие в пролиферативни процеси.

Генът p53 е един от най-изследваните представители на групата на супресорните гени, които понастоящем играят важна роля в индукцията и прогресията на туморния растеж. Мултипотентният ген p53 участва в редица важни процеси на клетъчната жизнена активност. Той се намира на хромозома 17 (17p13) и кодира транскрипционен фактор, който осигурява производството и функционирането на протеини, които контролират клетъчното делене. Три области могат да бъдат разграничени в протеина p53: I-крайна област, съдържаща домен за транскрипционно активиране, централна област, съдържаща специфичен ДНК-свързващ домен, и С-терминална област, съдържаща многофункционален домен |19].

По време на растежа и деленето на нормалните клетки има постоянно натрупване на нарушения в първичната структура на ДНК в резултат на естествена мутагенеза или грешки в процеса на нейното удвояване (репликация на ДНК). В определени фази на клетъчния цикъл работи специална система за тяхното елиминиране, включваща верига от репаративни протеини. Индукцията на р53 причинява забавяне на клетъчния цикъл с последващо възстановяване на увреждане или естествена клетъчна смърт, като по този начин предотвратява нарушаването на целостта на генома и придобиването на туморен фенотип.

Протеинът p53 контролира правилното преминаване на клетъчния цикъл в редица контролни точки (фиг. 3.1). По-проучен е пътят, водещ до спиране на клетъчния цикъл във фаза 01, където една от централните роли принадлежи на гена ILAP1 (p21). Генът p53 активира транскрипцията на протеина p21, който е един от инхибиторите на комплексите циклин-кабиназа киназа (COK), регулатори на клетъчния цикъл. В същото време p53 не само участва в регулацията на фаза 01, но също така участва в регулацията на фаза 02 и самата митоза. В отговор на смущения в процеса на дублиране на ДНК в контролната точка на влизане във фазата 02 или в отговор на смущения в образуването на митотичното вретено, индукцията на р53 възниква в митотичната контролна точка.

В допълнение, самият p53 регулира възстановяването и репликацията на ДНК чрез директно свързване с редица протеини, участващи в този процес. Точният път, свързващ увреждането на ДНК и активирането на p53, не е известен. Предполага се, че включва продуктите на супресорния ген BCCA1 (breas! cannse azzoaaHes! gepe I), както и ATM протеина (a(axla leang]ec:a5]a &epe), който „разпознава“ увреждането на ДНК и активира p53 (ориз, 3.2).

Друга последица от активирането на p53 е естествена, програмирана клетъчна смърт или апоптоза. Генът p53 може да причини апоптоза, свързана или не свързана с активирането на транскрипцията на целевите гени. В първия случай p53 активира транскрипцията на гена BAX и подобни гени, които инхибират протеини, които имат антиапоптотичен ефект (например онкогена ALL-2). В допълнение, p53 активира транскрипцията на гена MVM2, чийто продукт, чрез свързване с протеина p53, инхибира способността му да активира транскрипцията на други целеви гени, като по този начин осигурява отрицателна саморегулация. Доказано е, че индукцията на p53 причинява спиране на клетъчния цикъл в O1 или апоптоза в зависимост от редица фактори, най-важните от които са клетъчен тип, концентрация на растежни фактори, ниво на експресия на CV супресорни гени, AIR и (или) E2P транскрипционен фактор, експресия на редица вирусни протеини и др. .

Инактивирането на р53 дава на клетките голямо селективно предимство в пролиферацията. Нарушаването на функцията на р53 в резултат на точкови мутации, делеции, образуване на комплекс с друг клетъчен регулатор или промени във вътреклетъчната локализация води до загуба на супресивни свойства и стимулира туморния процес. При изследване на тумори с различна хистогенеза е установено, че в голям процент от случаите и двата p53 алела са инактивирани – единият в резултат на точкови мутации, другият поради делеции.

Мутациите в p53 са най-често срещаното генетично заболяване, регистрирано при различни тумори.

VKSA1

банкомат

r27K!R1

Ц1Ш1ИН [>-Сс1К4/6 Циклин Е-С