Tumorski supresorski geni. Osnovne informacije o genima supresora tumora i genima mutatora. Genetski poremećaji povezani s određenim oblicima tumora

Ako proteini kodirani onkogeni doprinose razvoju, onda mutacije u tumor supresorski geni promoviraju malignitet kroz različite mehanizme i uz gubitak funkcije oba alela gena.

Tumorski supresorski geni veoma heterogena. Neki od njih zapravo potiskuju tumore regulacijom ćelijskog ciklusa ili izazivanjem inhibicije rasta kroz kontakt stanica-ćelija; Tumorski supresorski geni ovog tipa su CCC, jer direktno reguliraju rast stanica.

Ostalo tumor supresorski geni, „domarski” geni, uključeni su u popravku prekida DNK i održavaju integritet genoma. Gubitak oba alela gena uključenih u popravku DNK ili lom hromozoma dovodi do raka indirektno, omogućavajući akumulaciju naknadnih sekundarnih mutacija, kako u protoonkogenima, tako i u drugim genima za supresiju tumora.

Većina proizvoda tumor supresorski geni istaknuto i opisano. Budući da geni supresori tumora i njihovi proizvodi štite od raka, nadamo se da će njihovo razumijevanje na kraju dovesti do poboljšanih terapija protiv raka.

Tumorski supresorski geni:
1. Tumorski supresorski gen RB1: funkcije gena: sinteza p110, regulacija ćelijskog ciklusa. Tumori sa genskom patologijom: retinoblastom, sitnoćelijski karcinom pluća, rak dojke.

2.: funkcije gena: sinteza p53, regulacija ćelijskog ciklusa. Bolesti uzrokovane genskom patologijom: Li-Fraumeni sindrom, rak pluća, rak dojke, mnoge druge.

3. Tumorski supresorski gen DCC: funkcije gena: Dcc receptor, smanjeno preživljavanje ćelije u odsustvu signala preživljavanja od njegovog neutrino liganda. Bolesti uzrokovane genskom patologijom: kolorektalni karcinom.

4. Tumorski supresorski gen VHL: funkcije gena: sinteza Vhl, dijela oblika citoplazmatskog destruktivnog kompleksa sa APC, koji normalno, u prisustvu kisika, inhibira indukciju rasta krvnih žila. Bolesti uzrokovane genskom patologijom: Hippel-Lindauov sindrom, bistrocelularni karcinom bubrega.

5. Tumorski supresorski geni BRCA1, BRCA2: funkcije gena: sinteza Brcal, Brca2, popravak hromozoma kao odgovor na dvostruke lomove DNK. Bolesti uzrokovane genskom patologijom: rak dojke, rak jajnika.

6. Tumorski supresorski geni MLH1, MSH2: funkcije gena: sinteza Mlhl, Msh2, popravka neusklađenosti nukleotida između lanaca DNK. Bolesti uzrokovane genskom patologijom: kolorektalni karcinom.

Uvod.

Karcinogeneza je višestepeni proces akumulacije mutacija i drugih genetskih promjena koje dovode do poremećaja ključnih ćelijskih funkcija, kao što su regulacija proliferacije i diferencijacije, prirodna stanična smrt (apoptoza), morfogenetske reakcije ćelije, a vjerovatno i do neefikasno funkcionisanje specifičnih i nespecifičnih faktora antitumorskog imuniteta. Samo kombinacija takvih promjena, stečenih, u pravilu, kao rezultat prilično duge evolucije neoplastičnih klonova, tijekom koje dolazi do selekcije stanica s potrebnim karakteristikama, može osigurati razvoj maligne neoplazme. Vjerovatnoća da će se u jednoj ćeliji dogoditi nekoliko genetskih promjena naglo se povećava kada se poremete sistemi koji kontroliraju integritet genoma. Stoga su mutacije koje dovode do genetske nestabilnosti također sastavni stupanj progresije tumora. Štaviše, neke urođene anomalije genetskih kontrolnih sistema su faktor koji predodređuje neizbežnu pojavu neoplazme: one toliko povećavaju verovatnoću pojave raznih onkogenih mutacija u svakoj ćeliji tela da pojedinac, pre ili kasnije, u nekom od ćelije proliferirajućeg klona, ​​pod pritiskom selekcije, nužno će akumulirati potrebnu kombinaciju promjena i nastaje tumor.

Značajan napredak u razumijevanju mehanizama kancerogeneze povezan je s otkrićem prvo onkogena i protonkogena, a zatim - tumor supresori I mutatorski geni. Onkogeni su stanični ili virusni (uneseni virusom u ćeliju) geni, čija ekspresija može dovesti do razvoja tumora. Protoonkogeni su normalni ćelijski geni, čije poboljšanje ili modifikacija funkcije ih pretvara u onkogene. Supresori tumora (antionkogeni, recesivni tumorski geni) su stanični geni, čija inaktivacija naglo povećava vjerojatnost tumora, a obnavljanje funkcije, naprotiv, može potisnuti rast tumorskih stanica. Treba napomenuti da su takozvani “mutatorski” geni klasifikovani kao tumor supresori, tj. geni čija disfunkcija na ovaj ili onaj način povećava stopu pojave mutacija i/ili drugih genetskih promjena možda neće utjecati na rast neoplastičnih stanica. Međutim, njihova inaktivacija toliko povećava vjerovatnoću raznih onkogenih mutacija da je formiranje tumora samo pitanje vremena.

Pripadnost onkogenima ili tumor supresorima određuje se prema nekoliko kriterijuma: a) prirodna priroda promena u strukturi i/ili ekspresiji datog gena u ćelijama određenih ili različitih neoplazmi; b) pojava u mladoj ili mladoj dobi određenih oblika tumora kod osoba sa naslijeđenim germinalnim (tj. koje se javljaju u zametnoj ćeliji) mutacijama datog gena; c) naglo povećanje incidencije tumora kod transgenih životinja, bilo da eksprimiraju aktivirani oblik datog gena - u slučaju onkogena, ili nose inaktivirajuće mutacije ("nokaute") datog gena - u slučaju supresora tumora ; d) sposobnost izazivanja morfološke transformacije i/ili neograničenog rasta (onkogeni) u ćelijama kultivisanim in vitro, ili supresija ćelijskog rasta i/ili jačina znakova transformacije (tumorski supresori).

Posljednje dvije decenije obilježene su brzim otkrivanjem sve više novih onkogena i tumorskih supresora. Do danas je poznato oko stotinu potencijalnih onkogena (ćelijskih i virusnih) i oko dvadesetak tumorskih supresora. Opisani su genetski događaji koji dovode do aktivacije protoonkogena ili inaktivacije tumorskih supresora. Otkriveno je da je mehanizam djelovanja virusnih onkogena povezan s aktivacijom ćelijskih protoonkogena (retrovirusa) ili inaktivacijom tumorskih supresora ( DNK virusi) . Utvrđene su promjene onkogena i tumor supresora, karakteristične za određene oblike humanih tumora, uključujući i visoko specifične anomalije koje se koriste za dijagnostiku (tablice 1, 2).

Tabela 1.
Neke promjene u protoonkogenima karakteristične za ljudske tumore

Protoonkogen	Funkcija proteina	Promjene	neoplazme*
ERBB1 (EGF-R)	receptor tirozin kinaze	amplifikacija i prekomjerna ekspresija gena	glioblastomi i drugi neurogeni tumori
ERBB2 (HER2)	receptor tirozin kinaze		karcinom dojke
PDGF-Rb	receptor tirozin kinaze	hromozomske translokacije koje formiraju himerne gene TEL/PDGF-Rb, CVE6/PDGF-Rb, koji kodiraju trajno aktivirane receptore	hronična mijelomonocitna leukemija, akutna mijeloblastna leukemija
SRC	nereceptorska tirozin kinaza	mutacije kodona 531 koje ukidaju negativnu regulaciju aktivnosti kinaze	dio tumora debelog crijeva u kasnim fazama
K-RAS,N-RAS,H-RAS	sudjeluje u prijenosu mitogenih signala i regulaciji morfogenetskih reakcija	mutacije kodona 12,13,61 koje uzrokuju formiranje trajno aktiviranog GTP-vezanog oblika Ras	60-80% slučajeva raka pankreasa; 25-30% raznih solidnih tumora i leukemija
PRAD1/ciklinD1	reguliše ćelijski ciklus	amplifikacija i/ili prekomjerna ekspresija gena	karcinom dojke i pljuvačne žlezde
C-MYC	transkripcijski faktor, reguliše ćelijski ciklus i aktivnost telomeraze	a) hromozomske translokacije koje pokreću gen pod kontrolom regulatornih elemenata imunoglobulinskih gena; b) amplifikacija i/ili prekomjerna ekspresija gena; mutacije za stabilizaciju proteina	a) Burkittov limfom b) mnogi oblici neoplazmi
CTNNB1 (beta-katenin)	a) faktor transkripcije koji reguliše c-MYC i ciklin D1; b) vezivanjem za kadherin učestvuje u formiranju adhezivnih kontakata	mutacije koje povećavaju količinu beta-katenina koji nije povezan s E-kadherinom, koji funkcionira kao transkripcijski faktor	nasljedna adenomatozna polipoza debelog crijeva;
BCL2	potiskuje apoptozu regulacijom permeabilnosti mitohondrijalnih i nuklearnih membrana	hromozomske translokacije koje pokreću gen pod kontrolom regulatornih elemenata imunoglobulinskih gena	folikularni limfom
ABL	reguliše ćelijski ciklus i apoptozu	hromozomske translokacije koje dovode do stvaranja himernih BCR/ABL gena, čiji proizvodi stimuliraju proliferaciju stanica i potiskuju apoptozu	sve kronične mijeloične leukemije, neke akutne limfoblastne leukemije
MDM2	inaktivira p53 i pRb	amplifikacija i/ili prekomjerna ekspresija gena	neki osteosarkomi i sarkomi mekog tkiva

* Kurziv označava nasljedne oblike bolesti koje nastaju zbog mutacija u zametnim stanicama. U drugim slučajevima, mutacije se javljaju u somatskim ćelijama koje formiraju tumore

Tabela 2.
Oblici humanih tumora koji nastaju inaktivacijom određenih tumorskih supresora i mutatorskih gena

Gene	Funkcija proteina	neoplazme*
p53	transkripcijski faktor; reguliše ćelijski ciklus i apoptozu, kontroliše integritet genoma	Li-Fraumeni sindrom i većina oblika sporadičnih tumora
INK4a-ARF	inhibicija Cdk4**, aktivacija p53**	nasledni melanomi I
Rb	kontroliše ulazak u S fazu regulacijom aktivnosti transkripcionog faktora E2F	naslednaretinoblastom
TbR-II	tip 2 receptor za citokin TGF-b	nasledna i sporadični karcinomi debelog crijeva
SMAD2, SMAD 3	prenose signal od aktiviranih TGF-b receptora do Smad4	karcinom debelog creva, pluća, pankreasa
SMAD4/DPC4	transkripcijski faktor; posreduje u djelovanju citokina TGF-b, što dovodi do aktivacije Cdk inhibitora - p21WAF1, p27KIP1, p15INK4b	juvenilna hamartomatozna polipoza želuca i crijeva; različiti oblici sporadičnih tumora
E-kadherin	učestvuje u međućelijskim interakcijama; inicira signalizaciju koja aktivira p53, p27KIP1	nasljedni karcinom želuca i mnogi oblici sporadičnih tumora
APC	veže i uništava citoplazmatski beta-katenin, sprečava stvaranje beta-katenin/Tcf transkripcionih kompleksa	nasledna adenomatozna polipoza i sporadični tumori debelog crijeva
VHL	potiskuje ekspresiju VEGF gena (faktor rasta vaskularnog endotela) i drugih gena koji se aktiviraju tokom hipoksije	von Hippel-Lindau sindrom (višestruki hemangiomi); bistrocelularni karcinom bubrega
WT1	transkripcijski faktor; vezujući se za p53, modulira ekspresiju gena koji reaguju na p53	nasljedni nefroblastomi (Wilmsov tumor)
PTEN/MMAC1	fosfataza; stimuliše apoptozu potiskivanjem aktivnosti PI3K-PKB/Akt signalnog puta	Cowdenova bolest (više hamartoma); mnogi sporadični tumori
NF1 (neurofibromin)	protein iz GAP porodice; pretvara ras onkogen iz aktivnog u neaktivni oblik	neurofibromatoza tip 1
NF2 (merlin)	učestvuje u interakcijama između membrane i citoskeleta	neurofibromatoza tip 2; sporadični meningiomi, mezoteliomi i drugi tumori
BRCA1	povećava aktivnost p53 i drugih faktora transkripcije vezivanjem za RAD51 uključen je u prepoznavanje i/ili popravak oštećenja DNK	različiti oblici sporadičnih tumora
BRCA2	transkripcijski faktor sa aktivnostima histon acetil transferaze; vezivanje za RAD51 učestvuje u popravci DNK	nasljedni tumori dojke i jajnika; različiti oblici sporadičnih tumora
MSH2, MLH1, PMS1, PMS2	popravak nesparenih dijelova DNK (popravak neusklađenosti)	nepolipozni rak debelog crijeva i jajnika; mnogi sporadični tumori

* Kurziv označava nasljedne oblike bolesti koje nastaju zbog mutacija u zametnim stanicama.
** INK4a/ARF lokus kodira dva proteina: p16 INK4a - inhibitor ciklin zavisnih kinaza Cdk4/6 i p19 ARF (Alternativni okvir čitanja) - proizvod alternativnog okvira za čitanje koji, vezujući p53 i Mdm2, blokira njihovu interakciju i sprečava degradaciju p53. Delecije i mnoge tačkaste mutacije u INK4a/ARF lokusu istovremeno inaktiviraju supresorske aktivnosti oba ova proteina.

Međutim, dugo vremena, znanje o svakom od onkogena ili tumorskih supresora izgledalo je diskretno, uglavnom nepovezano. Tek posljednjih godina počela je da se pojavljuje opća slika koja pokazuje da je velika većina poznatih protoonkogena i tumorskih supresora komponente nekoliko uobičajenih signalnih puteva koji kontroliraju ćelijski ciklus, apoptozu, integritet genoma, morfogenetske reakcije i ćelijska diferencijacija. Očigledno je da promjene u ovim signalnim putevima u konačnici dovode do razvoja malignih tumora. pruža informacije o glavnim ciljevima onkogena i tumorskih supresora.

10157 0

Iako je regulacija proliferacije ćelija složena i još nije dovoljno proučena, već je očigledno: normalno, pored sistema koji stimuliše proliferaciju, postoji sistem koji je zaustavlja.

Supresorski geni

Ubrzo nakon otkrića prvih onkogena, pojavili su se izvještaji o postojanju još jedne klase onkoloških gena, čiji gubitak ili suzbijanje aktivnosti također dovodi do razvoja tumora.

Ovi geni se nazivaju supresorski geni (drugi nazivi su antionkogeni, recesivni tumorski geni, tumor supresori).

U nepromijenjenim stanicama, supresorski geni potiskuju diobu stanica i stimuliraju njihovu diferencijaciju. Drugim riječima, ako protoonkogeni kodiraju proteine ​​koji stimuliraju proliferaciju stanica, onda proteini supresorskih gena normalno, naprotiv, inhibiraju proliferaciju i/ili promoviraju apoptozu.

Mutacije u takvim genima dovode do supresije njihove aktivnosti, gubitka kontrole nad procesima proliferacije i, kao posljedicu, do razvoja raka. Međutim, treba imati na umu da je fiziološka funkcija antionkogena regulacija proliferacije stanica, a ne sprječavanje razvoja tumora.

Za razliku od onkogena koji djeluju dominantno, promjene u antionkogenima su recesivne prirode, a za transformaciju tumora neophodna je inaktivacija oba alela (kopije) gena.

Stoga se geni ove grupe od pola milje nazivaju i "recesivni geni raka".

Identifikacija antionkogena započela je otkrićem Rb gena (gena retinoblastoma), čije kongenitalne mutacije uzrokuju razvoj retinoblastoma. Početkom 70-ih godina XX veka, E. A. Knudson (1981) je ustanovio da se oko 40% retinobpastoma javlja u detinjstvu (u proseku 14 meseci), a ti tumori su obično bilateralni (u retini oba oka).

Ako su takvi pacijenti izliječeni od retinobpastoma, tada su mnogi od njih u adolescenciji razvili osteosarkom, a u odrasloj dobi melanom kože. U većini slučajeva, priroda bolesti bila je nasljedna.

U pokušaju da objasni zašto su fenotipski identični tumori sporadične ili nasljedne prirode, A. Knudson je formulirao hipotezu o “dva pogotka” (mutacija). Autor je predložio da se u slučaju nasljednog oblika tumora mutacija (prvi udarac) u retinoblastima prenese na dijete od jednog od roditelja.

Ako se druga mutacija (drugi pogodak) dogodi u jednoj od ovih ćelija, mrežnici (tj. koja već ima mutaciju), vrlo često (kod 95% pacijenata) se razvija tumor. U slučaju sporadičnog tumora, djeca ne nasljeđuju mutantni alel gena, ali imaju dvije nezavisne mutacije u oba alela (kopije) jednog od retinoblasta, što također dovodi do razvoja tumora.

Dakle, prema hipotezi A. Knudsona, pacijenti prve grupe imaju jednu urođenu i jednu stečenu mutaciju, dok su kod pacijenata druge grupe obe mutacije stečene.

Zbog činjenice da su kod nasljednih retinoblastoma otkrivene promjene u regiji hromozoma 13 (13ql4). sugerirano je da je gen za osjetljivost na retinoblastom (Rb) lokaliziran na ovoj lokaciji u genomu. Ovaj gen je naknadno izolovan.

Ispostavilo se da su oba njegova alela inaktivirana u stanicama i nasljednih i sporadičnih retinobpastoma, ali u nasljednim oblicima sve stanice tijela imale su urođene mutacije ovog gena.

Tako je postalo jasno da se dvije mutacije koje je postavio A. Knudson, neophodne za razvoj retinobpastoma, javljaju u različitim alelima istog Rb gena. U slučajevima nasljeđivanja, djeca se rađaju s jednim normalnim i jednim defektnim Rb alelom.

Dijete, nosilac naslijeđenog alela mutiranog Rb gena, ima ga u svim somatskim ćelijama i potpuno je normalno. Međutim, kada dođe do stečene mutacije, druga (normalna) kopija (alel) gena u retinoblastima se gubi i obje kopije gena postaju defektne.

U slučajevima sporadične pojave tumora dolazi do mutacije u jednom od retinoblasta i gube se oba normalna alela u Rb.Krajnji rezultat je isti: ona stanica retine koja je izgubila obje normalne kopije Rb gena. a oni koji su izgubili preostalu normalu dovode do retinoblastoma.

Obrasci identifikovani tokom proučavanja Rb gena. posebno, povezanost s nasljednim oblicima tumora i potreba za utjecajem na oba alela (recesivna priroda manifestacije mutacija), počeli su se koristiti kao kriteriji u potrazi i identifikaciji drugih tumorskih supresora.

Grupa dobro proučenih klasičnih tumorskih supresora koji se inaktiviraju mehanizmom dva pogotka uključuje gen WT1 (Wilmsov tumor 1), čija inaktivacija predisponira 10-15% na razvoj nefroblastoma (Wilmsov tumor), gena neurofibromatoze. (NF1 i NF2) i anti-onkogen DCC (izbrisan kod karcinoma debelog crijeva) je gen koji je inaktiviran kod raka debelog crijeva.

Međutim, glavni predstavnik antionkogena je p53 supresorski gen, koji inače obezbeđuje stalnu kontrolu DNK u svakoj pojedinačnoj ćeliji, sprečavajući pojavu štetnih mutacija, uključujući i tumorske. Kod ljudi se nalazi na hromozomu 17.

Fiziološke funkcije p53 su da prepozna i ispravi greške koje se uvijek javljaju tokom replikacije DNK pod velikim brojem stresova i intracelularnih poremećaja: jonizujuće zračenje, prekomjerna ekspresija onkogena, virusna infekcija, hipoksija, hipo- i hipertermija, različiti poremećaji stanične arhitekture ( povećan broj jezgara, mijenja se citoskelet) itd.

Gore navedeni faktori aktiviraju p53; njegov proizvod - protein p53 - čvrsto kontrolira aktivnost protoonkogena u regulaciji ćelijskog ciklusa i uzrokuje ili zaustavljanje reprodukcije abnormalnih stanica (privremeno, radi eliminacije oštećenja ili nepovratno), ili njihovu smrt, pokretanje programa ćelijske smrti – apoptoze, čime se eliminiše mogućnost nakupljanja genetski modifikovanih ćelija u telu (slika 3.4). Dakle, normalni oblik gena p53 igra važnu zaštitnu ulogu, budući da je „molekularni policajac“ ili „čuvar genoma“ (D. Lane).

Mutacije mogu dovesti do inaktivacije supresorskog gena53 i pojave izmijenjenog oblika proteina, čija su meta više od 100 gena. Među glavnim su geni čiji proizvodi izazivaju zaustavljanje ćelijskog ciklusa u njegovim različitim fazama; geni koji indukuju apoptozu; geni koji reguliraju ćelijsku morfologiju i/ili migraciju i geni koji kontroliraju angiogenezu i dužinu telomera, itd.

Dakle, posljedice potpune inaktivacije takvog multifunkcionalnog gena uzrokuju istovremenu pojavu čitavog niza karakterističnih svojstava neoplastične stanice. To uključuje smanjenu osjetljivost na signale inhibicije rasta, imortalizaciju, povećanu sposobnost preživljavanja u nepovoljnim uvjetima, genetsku nestabilnost, stimulaciju neoangiogeneze, blokiranje diferencijacije stanica itd. (Sl. 3.4).

Rice. 3.4. Sigurnosne funkcije gena supresora p53 [Zaridze D.G. 2004].

To, očito, objašnjava visoku učestalost mutacija p53 u neoplazmi - one omogućavaju da se u jednom koraku prevlada nekoliko faza progresije tumora.

Mutacija gena p53 je najčešći genetski poremećaj koji je svojstven malignom rastu, a otkriva se u 60% tumora više od 50 različitih tipova. Terminalne (javljaju se u zametnoj ćeliji i naslijeđene) mutacije na jednom od alela gena p53 mogu pokrenuti početne faze kancerogeneze različitih, često primarnih multiplih tumora (Li-Fraumeni sindrom), ili mogu nastati i biti odabrane tokom tumora. rast, obezbeđujući njegovu heterogenost.

Prisustvo mutiranog p53 gena u tumoru određuje lošiju prognozu kod pacijenata u odnosu na one kod kojih mutantni protein nije otkriven, budući da su tumorske stanice u kojima je p53 inaktiviran otpornije na zračenje i kemoterapiju.

Mutatorski geni

Inhibicija aktivnosti supresorskih gena koji kontrolišu apoptozu i/ili ćelijski ciklus ukida zabranu proliferacije ćelija sa različitim genetskim promenama, što povećava verovatnoću pojave onkogenih ćelijskih klonova. Ova grupa gena se obično naziva „čuvari“.

Uz to, identificiran je niz gena specijaliziranih za prepoznavanje i obnavljanje (popravku) oštećenja DNK, koja mogu uzrokovati genetsku nestabilnost i razvoj raka. Takvi geni se nazivaju "skrbnici" ili mutatorski geni.

Oni ne indukuju direktno malignu transformaciju ćelije, ali doprinose razvoju tumora, jer inaktivacija funkcije tiutatorskih gena tako povećava brzinu i verovatnoću pojave različitih onkogenih mutacija i/ili drugih genetskih promena koje formiraju tumor postaje samo pitanje vremena.

Fiziološka funkcija mutatorskih gena je otkrivanje oštećenja DNK i održavanje integriteta genoma aktiviranjem sistema za popravku kako bi se obnovila originalna normalna struktura DNK.

Stoga se nazivaju i geni za popravku DNK. Utvrđeno je da inaktivacija takvih gena dovodi do poremećaja popravke DNK, akumulira se veliki broj mutacija u ćeliji i naglo se povećava vjerovatnoća reprodukcije ćelijskih varijanti s različitim genetskim poremećajima.

S tim u vezi, u ćelijama sa defektnim mutatorskim genima dolazi do visokog stepena genetske nestabilnosti i, shodno tome, povećava se učestalost spontanih ili indukovanih genetskih promena (genske mutacije, hromozomske translokacije, itd.), protiv kojih nastaje rak.

Opisani su nasljedni oblici neoplazmi povezanih s urođenim genskim mutacijama, čiji proizvodi ne osiguravaju funkcioniranje reparacijskih sistema. Od ove grupe, najviše proučavani geni su BRCA1 i BRCA2, MSH2, MSH6, MLH1, PMS2 i XPA, HRB itd.

Geni BRCA1 i BRCA2 (rak dojke 1 i 2) prvi su identifikovani kao geni čije su nasljedne mutacije povezane s nasljednim oblicima raka dojke.

Kod žena sa terminalnim mutacijama jednog od alela gena BRCA1, rizik od razvoja raka dojke tokom života je oko 85%, raka jajnika - oko 50%, a veći je i rizik od razvoja tumora debelog creva i prostate.

Kod terminalnih mutacija gena BRCA2, rizik od razvoja tumora dojke je nešto manji, ali je njegova pojava češća kod muškaraca. Geni BRCA1 i BRCA2 ponašaju se kao klasični supresori tumora: za pokretanje rasta tumora, osim urođene mutacije u jednom od alela, neophodna je i inaktivacija drugog alela, koji se javlja već u somatskoj ćeliji.

Uz kongenitalne heterozigotne mutacije gena MSH2, MLH1, MSH6 i PMS2, razvija se Lynchov sindrom. Njegova glavna karakteristika je pojava raka debelog crijeva u mladoj dobi (tzv. nasljedni nepolipozni koporektalni karcinom) i/ili tumora jajnika.

Preovlađujuća lokalizacija tumora u crijevima povezana je s najvećim proliferativnim potencijalom stanica na dnu crijevnih kripti i mogućnošću češćeg pojavljivanja mutacija, koje se normalno korigiraju reparaturnim sistemima.

Stoga, kada su ovi geni inaktivirani, brzo reproducirajuće epitelne stanice crijeva se ne oporavljaju, već akumuliraju skup mutacija u protoonkogenima i antionkogenima, kritičnim za razvoj raka, brže od ćelija koje se sporo razmnožavaju.

Terminalne heterozigotne mutacije u genima porodice XPA dovode do pojave pigmentne kseroderme, nasljedne bolesti povećane osjetljivosti na ultraljubičasto zračenje i razvoja višestrukih tumora kože u područjima sunčeve insolacije.

Ljudski genom sadrži najmanje nekoliko desetina gena supresora i mutatora tumora, čija inaktivacija dovodi do razvoja tumora. Više od 30 njih je već identifikovano, za mnoge su poznate funkcije koje se obavljaju u ćeliji (tabela 3.2).

Tabela 3.2. Osnovne karakteristike nekih tumor supresorskih i mutatorskih gena.

Većina njih regulacijom ćelijskog ciklusa, apoptozom ili popravkom DNK sprječava nakupljanje ćelija s genetskim abnormalnostima u tijelu. Tumorski supresori su također identificirani s drugim funkcijama, posebno, kontroliranjem morfogenetskih reakcija stanice i angiogeneze.

Otkriveni geni ne iscrpljuju listu postojećih tumorskih supresora. Pretpostavlja se da broj antionkogena odgovara broju onkogena.

Međutim, proučavanje njihove strukture i funkcije u primarnim ljudskim tumorima povezano je s velikim tehničkim poteškoćama. Pokazalo se da su takva istraživanja izvan mogućnosti čak i vodećih svjetskih laboratorija. Istovremeno, klasifikacija nekih gena u kategoriju onkogena ili antionkogena je prilično uslovna.

U zaključku, treba napomenuti da je koncept onkogena i antionkogena po prvi put u povijesti onkologije omogućio kombiniranje glavnih pravaca istraživanja karcinogeneze.

Smatra se da gotovo svi poznati karcinogeni faktori dovode do oštećenja protoonkogena, gena supresora i njihovih funkcija, što u konačnici dovodi do razvoja maligne neoplazme. Ovaj proces je šematski prikazan na slici 3.5.

Rice. 3.5. Shema glavnih faza karcinogeneze [Moiseenko V.I. et al., 2004].

Također je potrebno naglasiti da normalna diferencirana stanica bilo kojeg tkiva ne može biti podvrgnuta tumorskoj transformaciji, jer više ne sudjeluje u diobi stanica, već obavlja specijaliziranu funkciju i na kraju apoptotički umire.

Poremećaji u strukturi gena mogu nastati bez vidljivih efekata. Svake sekunde u ljudskom tijelu, koje se sastoji od 100 triliona ćelija, podijeli se oko 25 miliona ćelija.

Ovaj proces se odvija pod strogom kontrolom kompleksa molekularnih sistema čiji mehanizmi funkcionisanja, nažalost, još uvek nisu u potpunosti uspostavljeni. Procjenjuje se da svaki od približno 50 hiljada gena u ljudskoj ćeliji prolazi kroz spontane poremećaje oko milion puta tokom života tijela.

Onkogeni i antionkogeni čine manje od 1% identificiranih mutacija, dok su preostali genetski poremećaji “buka”. U ovom slučaju, skoro sva kršenja se evidentiraju i eliminišu pomoću sistema za popravku genoma.

U najrjeđim slučajevima se ne obnavlja normalna struktura izmijenjenog gena, mijenja se proteinski proizvod koji on kodira i njegova svojstva, a ako je ova anomalija fundamentalne prirode i utječe na ključne potencijalne onkogene i/ili antionkogene, transformacija stanice postaje moguća.

U ovom slučaju neke od mutiranih ćelija mogu preživjeti, ali samo jedan učinak kancerogena na strukturu DNK nije dovoljan da bi se u njima dogodila transformacija tumora. Mora se pretpostaviti da je, uz rijetke izuzetke (na primjer, kod karcinogeneze izazvane virusom), za pojavu raka neophodna koincidencija 4-5 mutacija u jednoj ćeliji, neovisno jedna o drugoj.

Najopasnijom kombinacijom smatra se aktivacija onkogena i inaktivacija antionkogena, kada se autonomizacija proliferativnog signala kombinuje sa kvarovima mehanizama kontrole ćelijskog ciklusa.

Zbog toga većinu malignih tumora karakteriše njihov razvoj sa starenjem, abnormalnosti u genomu se akumuliraju i mogu dovesti do indukcije tumorskog procesa. To se može potvrditi i postepenim razvojem nekih malignih tumora: prekanceroza, displazija, karcinom in situ i karcinom, kao i eksperimentalne studije.

Predstavili smo glavne gene čiji proteinski proizvodi pomažu da se normalna stanica pretvori u kancerogenu, te gene čiji proteinski proizvodi to sprječavaju.

Naravno, pored navedenih, otkriveni su i mnogi drugi onkogeni i supresorski geni, koji su na ovaj ili onaj način povezani sa kontrolom rasta i reprodukcije ćelija ili utiču na druge ćelijske karakteristike.

Očigledno, u narednim godinama očekujemo i druga važna otkrića mehanizama malignog rasta i uloge tumorskih supresora i

Uobičajena karika u nastanku tumora je onkogen uveden u ćeliju virusom, ili nastao iz protoonkogena kao rezultat mutacije, ili uklonjen iz kontrole sputavajućih gena kromosomskom translokacijom [Alberts B., Bray D. et al, 1994]. No, posljednjih godina otkrivena je još jedna, naizgled najčešća karika u karcinogenezi – tumor supresorski geni koji potiskuju aktivnost onkogena [Sci. Amer. Spec. br. ].

Genom tumorskih virusa koji sadrže DNK, tačnije, pojedinačni geni uključeni u genom i proizvodi tih gena, kao što je LT-antigen (veliki T-antigen) onkogenog papovavirusa, koji se povezuje sa ćelijskim proteinom koji potiskuje ćeliju proliferacije i uključen je u regulaciju proliferacije, inaktivira je i na taj način stvara autonomnu neregulisanu proliferaciju. Ciljni geni koji određuju sintezu odgovarajućih proteina nazivaju se tumor supresorski geni, a otkriveni su tokom proučavanja onkogene aktivnosti DNK virusa [Weinberg, 2006d, Altstein, 2004]. Takav mehanizam je uspostavljen za papovaviruse (papilome, poliome, SV40) i adenoviruse. Očigledno je potpuno drugačiji od onkornavirusa.

Trenutno se ideje o genetskoj prirodi razvoja raka zasnivaju na pretpostavci o postojanju gena čija je normalna funkcija povezana sa supresijom rasta tumora. Takvi geni su nazvani tumor supresorski geni. Defekti ovih gena dovode do progresije, a obnavljanje funkcije dovodi do značajnog usporavanja proliferacije ili čak preokreta u razvoju tumora.

Glavni predstavnik ovih gena je p53 gen, koji kontroliše sintezu proteina p53 (p53 - iz proteina, proteina čija je molekulska težina 53.000 daltona). Ovaj gen, odnosno njegov proizvod p53, strogo kontroliše aktivnost protoonkogena, dozvoljavajući je samo u strogo određenim periodima života ćelije, kada, na primer, ćelija treba da započne proces deobe. p53 također kontrolira apoptozu, programiranu ćelijsku smrt, usmjeravajući ćeliju na samoubistvo ako je oštećen njen genetski aparat - DNK. Dakle, p53 stabilizira genetsku strukturu ćelije, sprječavajući pojavu štetnih mutacija, uključujući i one koje uzrokuju tumor. Onkogeni nekih virusa vežu p53 i inaktiviraju ga, a to dovodi do oslobađanja ćelijskih protoonkogena, ukidanja apoptoze i samim tim akumulacije održivih mutacija u ćeliji.

Takve ćelije predstavljaju povoljan materijal za selekciju za autonomiju, odnosno za ulazak na put do nastanka tumora. Mnogi, ako ne i većina, humani tumori nastaju postupnom evolucijom, koja počinje inaktivacijom gena p53 putem njegove nasumične ili inducirane mutacije ili inaktivacije virusnim onkogenom. Tipovi onkogena i antionkogena prikazani su na Sl. 1 i u tabeli. 1 .

Gen supresor je gen čije odsustvo proizvoda stimulira nastanak tumora. Za razliku od onkogena, mutantni aleli supresorskih gena su recesivni. Nedostatak jednog od njih, pod uvjetom da je drugi normalan, ne dovodi do uklanjanja inhibicije stvaranja tumora.

80-90-ih godina otkriveni su ćelijski geni koji vrše negativnu kontrolu ćelijske proliferacije, tj. sprječavanje ćelija da uđu u diobu i napuste diferencirano stanje. Zbog njihove suprotne funkcionalne svrhe od onkogena, nazvani su antionkogeni ili geni supresora maligniteta (rast tumora) (Rayter S.I. et al., 1989).

Dakle, protoonkogeni i supresorski geni čine složen sistem pozitivno-negativne kontrole ćelijske proliferacije i diferencijacije, a maligna transformacija se ostvaruje narušavanjem ovog sistema.

Normalnu ćelijsku reprodukciju kontrolira složena interakcija gena koji stimuliraju proliferaciju (protoonkogeni) i gena koji je potiskuju (supresorski geni ili antionkogeni). Narušavanje ove ravnoteže dovodi do pojave malignog rasta, koji je određen aktivacijom protoonkogena i njihovom transformacijom u onkogene i inaktivacijom supresorskih gena koji oslobađaju ćelije od mehanizama koji ograničavaju njihovu proliferaciju.

Supresija maligniteta otkrivena je metodama genetike somatskih ćelija, kao rezultat analize nasljeđa pojedinih oblika karcinoma, te u eksperimentima transfekcije tumorskih stanica anti-onclgenima.

Otkriće gena koji potiskuju reprodukciju stanica i maligni rast jedno je od najvažnijih otkrića posljednjih godina u području biologije. Svakako je namjera da da značajan doprinos rješavanju mnogih problema sa kojima se suočava i medicina i fundamentalna nauka. U medicinskom polju pojavljuje se mogućnost korištenja gena supresora u genskoj terapiji raka.

Geni koji inhibiraju ćelijsku proliferaciju nazivaju se tumor supresorski geni (upotrebljava se i termin "antionkogeni", iako je to nepoželjno). Gubitak funkcije ovih gena uzrokuje nekontrolisanu proliferaciju ćelija.

Ponekad, kod dominantnih bolesti koje karakterizira stvaranje tumora, razlike u ekspresivnosti su uzrokovane dodatnim mutacijama gena za supresor tumora.

Primjeri gena supresora su: gen odgovoran za razvoj retinoblastoma - gen Rb1; dva gena odgovorna za razvoj raka dojke - gen BRCA2 i gen BRCA1; Takođe, supresorski geni uključuju WT1 gen – oštećenje koje dovodi do nefroblastoma; CDKN2A gen i CDKN2B gen, odgovorni za razvoj melanoma i hematoloških tumora. Postoje i drugi geni koji se mogu klasificirati kao supresorski geni. Inaktivacija gena hMLH1 dovodi do karcinoma želuca i karcinoma debelog crijeva.

Geni - "čuvari ćelijskog ciklusa" direktno su uključeni u njegovu regulaciju. Njihovi proteinski proizvodi su u stanju da obuzdaju napredovanje tumora inhibirajući procese povezane sa deobom ćelija. Defekti u “generima za opću kontrolu” dovode do povećane nestabilnosti genoma, povećanja učestalosti mutacija i, posljedično, do povećane vjerovatnoće oštećenja gena, uključujući i “čuvare ćelijskog ciklusa”. Grupa “čuvara ćelijskog ciklusa” (CCC) uključuje gene kao što su RB1 (retinoblastom), WT1 (Wilmsov tumor), NF1 (neurofibromatoza tip I), kao i gene koji promovišu formiranje ćelijskih kontakata i druge. Ako je oštećena kopija CCC gena naslijeđena, formiranje tumora može biti pokrenuto somatskom mutacijom u intaktnom alelu. Dakle, u slučaju nasljednih oblika tumora, kada postoji mutacija zametne linije, za nastanak bolesti neophodan je samo jedan somatski mutacijski događaj – oštećenje jedinog funkcionalnog alela. Sporadični slučajevi istog tipa tumora zahtijevaju dva nezavisna događaja mutacije u oba alela. Kao rezultat toga, za nosioce mutiranog alela, vjerovatnoća razvoja ove vrste tumora je mnogo veća od prosjeka populacije.

Inaktivacija gena “zajedničke kontrole” (GC) dovodi do destabilizacije genoma - povećava se vjerovatnoća mutacije gena CCC. Defekt u potonjem dovodi do pojave tumora. Na pozadini oštećenog OK gena nastavlja se gomilanje mutacija koje inaktiviraju druge supresore prve ili druge grupe, što dovodi do brzog rasta tumora. U porodičnim slučajevima razvoja određenih vrsta raka, mutacija u jednom od alela odgovarajućeg OK gena može biti naslijeđena od roditelja. Za pokretanje tumorskog procesa potrebna je somatska mutacija drugog alela, kao i inaktivacija oba alela bilo kojeg CCC gena.

Stoga su za razvoj tumora u porodičnom slučaju potrebna tri nezavisna mutacija. Stoga je rizik od razvoja tumora za nosioce nasljedne mutacije OK gena za red veličine manji od rizika za nosioca oštećenog alela CCC gena. Sporadični tumori su uzrokovani somatskim mutacijama OK gena. Rijetke su i zahtijevaju četiri nezavisne mutacije za nastanak i razvoj. Primjeri OK gena su geni odgovorni za razvoj nasljednog nepolipoznog raka debelog crijeva – gen MSH-2 i gen MLH-1. U ovu grupu spada i dobro poznati supresorski gen p53, čije se mutacije ili delecije zapažaju u približno 50% svih malignih bolesti.

Antionkogeni (ili tumor supresorski geni) su geni koji kodiraju ključne regulatorne proteine, čiji gubitak dovodi do poremećaja kontrole ćelijske proliferacije. Većina identificiranih antionkogena u normalnim stanicama su regulatori (faktori) procesa transkripcije ćelijskih gena, vjerovatno djelujući na poboljšanje programa ćelijske diferencijacije za razliku od programa proliferacije.

Proteini kodirani grupom gena supresora (p53, KB, C-LR! (p21), p15, p16, itd.) direktno su uključeni u proces ćelijske diobe, kontrolirajući njihov ulazak u jednu ili drugu fazu ćelijskog ciklusa Gubitak Aktivnost takvih gena na kraju izaziva neregulisanu ćelijsku proliferaciju.

Dakle, uz aktivaciju onkogena, poremećaji u funkcionisanju gena supresora tumora odlučujući su za pokretanje tumorogenih procesa, utičući na progresiju ćelijskog ciklusa, regulišući diferencijaciju i programiranu ćelijsku smrt, tj. prirodni proces njihove smrti, takozvana apoptoza. Ako većina izmijenjenih protoonkogena djeluje kao dominantni faktor sa genetske tačke gledišta, tumor supresorski geni obično djeluju recesivno.

Strukturne i funkcionalne promjene kod supresora tumora, kao i kod onkogena, mogu biti rezultat točkastih mutacija u kodirajućim i regulatornim regijama gena, insercija ili delecija koje uzrokuju poremećaje u procesu čitanja proteina, promjene u njihovoj konfiguraciji ili modulaciju ekspresije proteina. (formiranje proizvoda tokom ćelijske sinteze). Gubitak funkcija anti-^kogena u tumorskim ćelijama nastaje kao

obično kao rezultat inaktivacije oba alela. Pretpostavlja se da gubitak jednog alela kao rezultat delecije stvara mogućnost fatalnih recesivnih mutacija u preostalom (Knudsenova teorija). Ali postoje izuzeci od ovog pravila: na primjer, za p53 je pokazano postojanje mutacija s dominantnim svojstvima. Germinalne (naslijeđene) recesivne mutacije jednog od dva antionkogena alela mogu biti osnova nasljedne predispozicije za rak.

Eksperimentalne studije su pokazale da se inaktivacija antionkogena kao rezultat istovremenih poremećaja u odgovarajućim lokusima uparenih hromozoma (mutacije u jednom i brisanja u drugom) može eliminisati uvođenjem alela divljeg tipa (tj. strukturno nepromijenjenog, netaknutog) , što je osnova za naučni razvoj u oblasti genskih _terall_n tumora_.

Osim gubitka funkcije gena kao rezultat mutacije ili delecije, može doći do inaktivacije α-supresorskog gena zbog hipermetilacije sekvence DNK koja kodira gen. Ovo je karakteristična metoda inaktivacije određenih gena koji pripadaju grupi inhibitora kinaze koji regulišu redosled i brzinu faza ćelijskog ciklusa, na primer p/6 i p15.

Trenutno je potraga za genima supresora tumora izuzetno raširena.

Specifične delecije određenih hromozomskih regiona su identifikovane u različitim tipovima tumora. Odnos takvih delecija s razvojem tumora često se naziva „funkcionalni gubitak gena za supresiju tumora“.

Za identifikaciju hromozomskih regiona koji tvrde da su potencijalni antionkogeni, široko se koristi skrining na heterozigotne delecije.Delecija jednog od heterozigotnih alela može se otkriti tokom uporedne analize RSC proizvoda (po!utegave

cNat geasTtp) ili KET.P (gea^psIop Gga^tep! 1en§Y ro1utogPet) normalne i tumorske DNK tokom elektroforetskog odvajanja. Gubitak heterozigotnosti (1oz8 o!" be1er21205Yu - bOH) se smatra gubitkom jednog od dva alela u DNK tumora u poređenju sa DNK normalne somatske ćelije.

Trenutno je poznato nešto više od deset antionkozena. Poremećaji u antionkogenima javljaju se u približno 90% humanih tumora. Za svaki specifični tumor, spektar genetskih promjena je individualne prirode, ali se ipak uočavaju određeni obrasci u kršenju pojedinih gena ili njihovih klastera, što daje razlog da ih se povezuje s razvojem ili prirodom progresije određene patologije. Jedan od preduslova za rast tumora je poremećaj regulacije deobe ćelija. Treba naglasiti da promene u složenom lancu kontrole ćelijskog ciklusa, posredovane učešćem jednog ili drugog tumorskog supresora, mogu nastati u različitim fazama ciklusa i biti povezane sa razvojem različitih histoloških tipova tumora.

Ovo poglavlje razmatra trenutno najpoznatiji tumor supresorski geni, mogući mehanizmi njihovog djelovanja i učešće u proliferativnim procesima.

Gen p53 je jedan od najviše proučavanih predstavnika grupe gena supresora, koji trenutno igraju važnu ulogu u indukciji i progresiji rasta tumora. Multipotentni p53 gen je uključen u brojne važne procese u životu ćelije. Lokaliziran je na kromosomu 17 (17p13) i kodira faktor transkripcije koji osigurava proizvodnju i funkcioniranje proteina koji kontroliraju diobu stanica. U proteinu p53 mogu se razlikovati tri regiona: I-terminalni region koji sadrži domen transkripcione aktivacije, centralni region koji sadrži specifični DNK-vezujući domen i C-terminalni region koji sadrži multifunkcionalni domen [19].

Tokom rasta i diobe normalnih stanica dolazi do stalnog nagomilavanja kršenja primarne strukture DNK kao posljedica prirodne mutageneze ili grešaka u procesu njenog udvostručavanja (replikacije DNK). Poseban sistem za njihovo eliminisanje, uključujući lanac popravnih proteina, radi u određenim fazama ćelijskog ciklusa. Indukcija p53 uzrokuje zaustavljanje ćelijskog ciklusa nakon čega slijedi popravak oštećenja ili prirodna ćelijska smrt, čime se sprječava narušavanje integriteta genoma i sticanje tumorskog fenotipa.

Protein p53 kontroliše ispravnu progresiju ćelijskog ciklusa na brojnim kontrolnim tačkama (slika 3.1). Više je proučavan put koji vodi ka kašnjenju ćelijskog ciklusa u fazi 01, gdje jedna od centralnih uloga pripada IUAP1 (p21) genu. Gen p53 aktivira transkripciju proteina p21, koji je jedan od inhibitora kompleksa ciklinaze kinaze (CKA) - regulatora ćelijskog ciklusa. U ovom slučaju, p53 ne učestvuje samo u regulaciji faze 01, već učestvuje iu regulaciji faze 02 i same mitoze. Kao odgovor na smetnje u procesu duplikacije DNK na kontrolnoj tački ulaska u fazu 02 ili kao odgovor na poremećaje u formiranju mitotičkog vretena na kontrolnoj tački mitoze, dolazi do indukcije p53.

Osim toga, sam p53 regulira popravak i replikaciju DNK direktnim vezanjem za brojne proteine ​​uključene u procese DNK. Tačan put koji povezuje oštećenje DNK i aktivaciju p53 nije poznat. Pretpostavlja se da uključuje proizvode supresorskog gena BKCA1 (Lgeas! kanser azoaaGec! §epe I), kao i ATM proteina (a(ax1a 1e1an§]ec:a5]a &epe), koji „prepoznaje“ oštećenje u DNK i aktivira p53 (slika 3.2).

Druga posljedica aktivacije p53 je prirodna, programirana ćelijska smrt ili aptoza. Gen p53 može uzrokovati apoptozu, povezanu ili nevezanu sa aktivacijom transkripcije ciljnih gena. U prvom slučaju, p53 aktivira transkripciju gena BAX i sličnih gena koji inhibiraju proteine ​​koji imaju anti-apoptotički učinak (na primjer, onkogen BCL-2). Osim toga, p53 aktivira transkripciju gena MBM2, čiji proizvod, vezanjem za protein p53, inhibira njegovu sposobnost da aktivira transkripciju drugih ciljnih gena, čime se osigurava negativna samoregulacija. Pokazalo se da indukcija p53 izaziva zaustavljanje ćelijskog ciklusa na 01 ili apoptozu u zavisnosti od niza faktora, od kojih su najvažniji tip ćelije, koncentracija faktora rasta, nivo ekspresije supresorskih gena KB, AIR i (ili) faktor transkripcije E2P, ekspresija brojnih virusnih proteina, itd. .

Inaktivacija p53 daje ćelijama veću selektivnu prednost u proliferaciji. Poremećena funkcija p53 kao rezultat točkastih mutacija, delecija, formiranja kompleksa sa drugim ćelijskim regulatorom ili promjena unutarćelijske lokalizacije dovodi do gubitka supresivnih svojstava i stimulira tumorski proces. Prilikom proučavanja tumora različite histogeneze, ustanovljeno je da su u velikom procentu slučajeva oba alela p53 inaktivirana - jedan kao rezultat točkastih mutacija, drugi kao rezultat delecija.

p53 mutacije su najčešći genetski poremećaj zabilježen kod različitih tumora

VKSA1

ATM

r27K!R1

Ts1SH1IN [>-Ss1K4/6 Cyclin E-S