Gene supresoare tumorale. Informații de bază despre genele supresoare tumorale și genele mutatoare. Tulburări genetice asociate cu anumite forme de tumoră

Dacă proteinele codificate de oncogene contribuie la dezvoltare, atunci mutațiile în gene supresoare tumorale contribuie la malignitate printr-un mecanism diferit și cu pierderea funcției ambelor alele ale genei.

Gene supresoare tumorale foarte eterogen. Unele dintre ele suprimă de fapt tumorile prin reglarea ciclului celular sau provocând inhibarea creșterii datorită contactului dintre celulă și celulă; Genele supresoare de creștere a tumorii de acest tip sunt CCC, deoarece reglează direct creșterea celulelor.

Alte gene supresoare tumorale, genele „ștergătoare”, sunt implicate în repararea defecțiunilor ADN-ului și mențin integritatea genomului. Pierderea ambelor alele ale genelor implicate în repararea ADN-ului sau defalcarea cromozomiale duce la cancer indirect, permițând acumularea de mutații secundare ulterioare, atât în ​​proto-oncogene, cât și în alte gene supresoare de tumori.

Cele mai multe produse gene supresoare tumorale identificate și descrise. Deoarece genele supresoare tumorale și produsele lor protejează împotriva cancerului, se speră că înțelegerea lor va duce în cele din urmă la terapii îmbunătățite pentru cancer.

Gene supresoare tumorale:
1. Gena supresoare tumorală RB1 Cuvinte cheie: funcțiile genelor: sinteza p110, reglarea ciclului celular. Tumori în patologia genei: retinoblastom, carcinom pulmonar cu celule mici, cancer de sân.

2. : funcțiile genelor: sinteza p53, reglarea ciclului celular. Boli datorate patologiei genetice: sindrom Li-Fraumeni, cancer pulmonar, cancer mamar, multe altele.

3. Gena supresoare tumorală DCC: funcțiile genelor: receptorul Dcc, supraviețuirea celulară redusă în absența unui semnal de supraviețuire de la ligand de neutrino. Boli asociate cu patologia genică: cancer colorectal.

4. Gena supresoare tumorală VHL: funcțiile genelor: sinteza Vhl, parte a formelor complexului de distrugere citoplasmatică cu APC, care inhibă în mod normal inducerea creșterii vaselor de sânge în prezența oxigenului. Boli asociate cu patologia genică: sindrom Hippel-Lindau, carcinom renal cu celule clare.

5. Gene supresoare tumorale BRCA1, BRCA2: funcțiile genelor: sinteza Brcal, Brca2, repararea cromozomilor ca răspuns la rupturi duble ale ADN-ului. Boli în patologia genei: cancer de sân, cancer ovarian.

6. Genele supresoare tumorale MLH1, MSH2: funcțiile genelor: sinteza Mlhl, Msh2, repararea nepotrivirilor nucleotidelor dintre catenele de ADN. Boli asociate cu patologia genică: cancer colorectal.

Introducere.

Carcinogeneza este un proces în mai multe etape de acumulare de mutații și alte modificări genetice care duc la perturbarea funcțiilor celulare cheie, cum ar fi reglarea proliferării și diferențierii, moartea naturală a celulei (apoptoza), reacțiile morfogenetice ale celulei și, probabil, la funcţionarea ineficientă a factorilor de imunitate antitumorală specifică şi nespecifică . Doar totalitatea unor astfel de modificări, dobândite, de regulă, ca urmare a unei evoluții destul de lungi a clonelor neoplazice, în timpul căreia sunt selectate celule cu caracteristicile necesare, poate asigura dezvoltarea unui neoplasm malign. Probabilitatea de apariție a mai multor modificări genetice într-o celulă crește brusc atunci când sistemele care controlează integritatea genomului sunt perturbate. Prin urmare, mutațiile care conduc la instabilitate genetică sunt, de asemenea, o etapă integrală a progresiei tumorii. Mai mult decât atât, unele anomalii congenitale ale sistemelor de control genetic sunt un factor care predetermina apariția inevitabilă a unui neoplasm: cresc probabilitatea diferitelor mutații oncogene în fiecare celulă a corpului atât de mult încât individul, mai devreme sau mai târziu, în unele dintre celulele clona în proliferare, sub presiunea selecției, va acumula cu siguranță necesarul de o combinație de modificări și se formează o tumoare.

Un progres semnificativ în înțelegerea mecanismelor carcinogenezei este asociat cu descoperirea mai întâi a oncogenelor și protoncogenelor, iar apoi - supresoare tumoraleȘi gene mutatoare. Oncogenele sunt gene celulare sau virale (introduse de un virus într-o celulă), a căror exprimare poate duce la dezvoltarea unui neoplasm. Proto-oncogenele sunt gene celulare normale, a căror îmbunătățire sau modificare a funcției le transformă în oncogene. Supresorii tumorali (antioncogene, gene tumorale recesive) sunt gene celulare, a căror inactivare crește dramatic probabilitatea de neoplasme, iar restabilirea funcției, dimpotrivă, poate suprima creșterea celulelor tumorale. Trebuie remarcat faptul că așa-numitele gene „mutatoare” considerate a fi supresoare de tumori, adică. genele a căror disfuncție într-un fel sau altul crește rata de apariție a mutațiilor și/sau alte modificări genetice pot să nu afecteze creșterea celulelor neoplazice. Cu toate acestea, inactivarea lor crește probabilitatea diferitelor mutații oncogene atât de puternic încât formarea tumorii devine doar o chestiune de timp.

Apartenența la oncogene sau supresori tumorali este determinată de mai multe criterii: a) caracterul regulat al modificărilor în structura și/sau expresia unei anumite gene în celulele anumitor sau diverse tumori; b) apariția la o vârstă fragedă sau tânără a anumitor forme de tumori la indivizi cu mutații germinale moștenite (adică, care apar în celula germinativă) ale acestei gene; c) o creștere bruscă a incidenței tumorilor la animalele transgenice, fie exprimând forma activată a acestei gene - în cazul oncogenelor, fie purtând mutații inactivante ("knockout") ale acestei gene - în cazul supresoarelor tumorale; d) capacitatea de a provoca transformarea morfologică și/sau creșterea nelimitată (oncogene) sau suprimarea creșterii celulare și/sau severitatea semnelor de transformare (supresori tumorali) în celulele cultivate in vitro.

Ultimele două decenii au fost caracterizate de descoperirea rapidă a tot mai multe oncogene și supresoare tumorale noi. Până în prezent, se cunosc aproximativ o sută de oncogene potențiale (celulare și virale) și aproximativ două duzini de supresori tumorali. Au fost descrise evenimente genetice care conduc la activarea proto-oncogenelor sau la inactivarea supresoarelor tumorale. S-a constatat că mecanismul de acțiune al oncogenelor virale este asociat cu activarea proto-oncogenelor celulare (retrovirusuri) sau cu inactivarea supresoarelor tumorale ( ADN care conține viruși). Au fost identificate modificări ale oncogenelor și supresoarelor tumorale care sunt caracteristice anumitor forme de neoplasme umane, inclusiv anomalii foarte specifice utilizate pentru diagnostic (Tabelele 1, 2).

Tabelul 1.
Unele modificări ale proto-oncogenelor caracteristice neoplasmelor umane

Proto-oncogene	Funcția proteinelor	Schimbări	Neoplasme*
ERBB1 (EGF-R)	receptorul tirozin kinazei	amplificarea genelor și supraexpresia	glioblastoame și alte tumori neurogenice
ERBB2 (HER2)	receptorul tirozin kinazei		cancer mamar
PDGF-Rb	receptorul tirozin kinazei	translocații cromozomiale producând gene himerice TEL/PDGF-Rb, CVE6/PDGF-Rb care codifică receptori activați permanent	leucemie mielomonocitară cronică, leucemie mieloidă acută
SRC	tirozin kinaza non-receptora	mutații la codonul 531 care elimină reglarea negativă a activității kinazei	unele tumori de colon în stadiu avansat
K-RAS, N-RAS, H-RAS	participă la transmiterea semnalelor mitogenice și la reglarea reacțiilor morfogenetice	mutații la codonii 12,13,61 care determină o formă de Ras legată de GTP activată permanent	60-80% din cazurile de cancer pancreatic; 25-30% din diferitele tumori solide și leucemii
PRAD1/ciclinD1	reglează ciclul celular	amplificare și/sau supraexpresie genică	cancerul mamar și al glandei salivare
C-MYC	factor de transcripție, reglează ciclul celular și activitatea telomerazei	a) translocații cromozomiale care mișcă gena sub controlul elementelor reglatoare ale genelor imunoglobulinei; b) amplificare și/sau supraexpresie genică; mutații stabilizatoare de proteine	a) Limfomul Burkitt b) multe forme de neoplasme
CTNNB1 (beta-catenina)	a) un factor de transcripție care reglează c-MYC și ciclina D1; b) legarea cu cadherina, participă la formarea contactelor adezive	mutații care cresc cantitatea de beta-catenină nelegată de E-cadherină, care funcționează ca un factor de transcripție	polipoză adenomatoasă ereditară a colonului;
BCL2	inhibă apoptoza prin reglarea permeabilității membranelor mitocondriale și nucleare	translocări cromozomiale care mută gena sub controlul elementelor de reglare ale genelor imunoglobulinei	limfom folicular
ABL	reglează ciclul celular și apoptoza	translocări cromozomiale care conduc la formarea de gene himerice BCR/ABL, ale căror produse stimulează proliferarea celulară și suprimă apoptoza	toate leucemiile mieloide cronice, unele leucemii limfoblastice acute
MDM2	inactivează p53 și pRb	amplificare și/sau supraexpresie genică	parte din osteosarcoame și sarcoame ale țesuturilor moi

* Litere cursive indică forme ereditare de boli care decurg din mutații în celulele germinale. În alte cazuri, apar mutații în celulele somatice care formează tumori.

Masa 2.
Forme de tumori umane care decurg din inactivarea anumitor gene supresoare tumorale și mutatoare

Gene	Funcția proteinelor	Neoplasme*
p53	factor de transcripție; reglează ciclul celular și apoptoza, controlează integritatea genomului	Sindromul Li-Fraumeni și majoritatea formelor de tumori sporadice
INK4a-ARF	inhibarea Cdk4**, activarea p53**	melanoame ereditareȘi
Rb	controlează intrarea în faza S prin reglarea activității factorului de transcripție E2F	ereditarretinoblastom
TbR-II	receptor de tip 2 pentru citokina TGF-b	ereditarși cancerele de colon sporadice
SMAD2, SMAD3	semnal de la receptorii TGF-b activați către Smad4	cancer de colon, plămâni, pancreas
SMAD4/DPC4	factor de transcripție; mediază acțiunea citokinei TGF-b, ducând la activarea inhibitorilor Cdk - p21WAF1, p27KIP1, p15INK4b	polipoză hamartomatoasă juvenilă a stomacului și intestinelor; diverse forme de tumori sporadice
E-caderina	participă la interacțiunile intercelulare; inițiază semnalizarea care activează p53, p27KIP1	cancere de stomac ereditareși multe forme de tumori sporadice
APC	leagă și distruge beta-catenina citoplasmatică, previne formarea complexelor de transcripție beta-catenina/Tcf	polipoză adenomatoasă ereditarăși tumori sporadice de colon
VHL	suprimă expresia genei VEGF (factorul de creștere endotelial vascular) și a altor gene activate în timpul hipoxiei	sindromul von Hippel-Lindau (hemangioame multiple); carcinom cu celule clare de rinichi
WT1	factor de transcripție; legarea la p53, modulează expresia genelor care răspund la p53	nefroblastoame ereditare (tumoare Wilms)
PTEN/MMAC1	fosfatază; stimulează apoptoza prin suprimarea activității căii de semnalizare PI3K-PKB/Akt	boala Cowden (hamartoame multiple); multe tumori sporadice
NF1 (neurofibromină)	proteină din familia GAP; transformă oncogena ras din forma activă în forma inactivă	neurofibromatoza tip 1
NF2 (merlin)	participă la interacțiunile membranei cu citoscheletul	neurofibromatoza tip II; meningioame sporadice, mezotelioame și alte tumori
BRCA1	crește activitatea p53 și a altor factori de transcripție prin legarea la RAD51 este implicat în recunoașterea și/sau repararea daunelor ADN	diverse forme de tumori sporadice
BRCA2	un factor de transcripție cu activități histon-acetil transferază; legarea de RAD51 este implicată în repararea ADN-ului	tumori ereditare ale sânului și ovarelor; diverse forme de tumori sporadice
MSH2, MLH1, PMS1, PMS2	repararea segmentelor de ADN nepereche (repararea nepotrivirii)	cancer non-polipoz al colonului și al ovarelor; multe tumori sporadice

* Litere cursive indică forme ereditare de boli care decurg din mutații în celulele germinale.
** Locusul INK4a/ARF codifică două proteine: p16 INK4a, un inhibitor al kinazelor dependente de ciclină Cdk4/6, și p19 ARF (Alternative Reading Frame), un produs cadru de citire alternativ care, prin legarea p53 și Mdm2, blochează interacțiunea acestora și previne degradarea p53. Delețiile și multe mutații punctuale la locusul INK4a/ARF determină inactivarea simultană a activităților supresoare ale ambelor aceste proteine.

Cu toate acestea, pentru o lungă perioadă de timp, cunoștințele despre fiecare dintre oncogene sau supresori tumorali au părut a fi discrete, în mare măsură fără legătură. Și abia în ultimii ani a început să apară o imagine generală, care arată că marea majoritate a proto-oncogenelor și supresoarelor tumorale cunoscute sunt componente ale mai multor căi de semnalizare comune care controlează ciclul celular, apoptoza, integritatea genomului, reacțiile morfogenetice și diferențierea celulară. Evident, modificările acestor căi de semnalizare duc în cele din urmă la dezvoltarea de neoplasme maligne. oferă informații despre principalele ținte ale oncogenelor și supresoarelor tumorale.

10157 0

Deși reglarea proliferării celulare este complexă și nu a fost încă studiată suficient, este deja evident că în normă, pe lângă sistemul care stimulează proliferarea, există un sistem care o oprește.

Gene supresoare

La scurt timp după descoperirea primelor oncogene, au apărut rapoarte despre existența unei alte clase de gene oncoasociate, a căror pierdere sau suprimare duce și la dezvoltarea tumorilor.

Aceste gene sunt numite gene supresoare (alte denumiri sunt anti-oncogene, gene tumorale recesive, supresoare de tumori).

În celulele nealterate, genele supresoare suprimă diviziunea celulară și stimulează diferențierea acestora. Cu alte cuvinte, dacă proto-oncogenele codifică proteine ​​care stimulează proliferarea celulară, atunci proteinele genelor supresoare, dimpotrivă, inhibă proliferarea și/sau promovează apoptoza.

Mutațiile în astfel de gene duc la suprimarea activității lor, la pierderea controlului asupra proceselor proliferative și, ca urmare, la dezvoltarea cancerului. Cu toate acestea, trebuie avut în vedere faptul că funcția fiziologică a anti-oncogenelor este reglarea proliferării celulare, și nu prevenirea dezvoltării tumorii.

Spre deosebire de oncogene care acționează dominant, modificările antioncogene sunt recesive, iar inactivarea ambelor alele genice (copii) este necesară pentru transformarea tumorii.

Prin urmare, genele acestui grup sunt, de asemenea, la jumătate de milă numite „gene recesive ale cancerului”.

Identificarea anti-oncogenelor a început odată cu descoperirea genei Rb (gena retinoblastomului), ale cărei mutații congenitale provoacă dezvoltarea retinoblastomului. La începutul anilor 1970, E. A. Knudson (1981) a stabilit că aproximativ 40% din retinobpastomie apare în copilărie (în medie la 14 luni), iar aceste tumori sunt de obicei bilaterale (în retina ambilor ochi).

Dacă astfel de pacienți s-au vindecat de retinobpastomie, atunci mulți dintre ei au dezvoltat osteosarcom în adolescență și melanom cutanat la vârsta adultă. În cele mai multe cazuri, natura bolii a fost ereditară.

În încercarea de a explica de ce tumorile identice fenotipic sunt fie sporadice, fie ereditare, A. Knudson a formulat ipoteza „două lovituri” (mutație). Autorul a sugerat că, în cazul unei forme ereditare a tumorii, o mutație (primul accident vascular cerebral) în retinoblaste se transmite de la unul dintre părinți la copil.

Dacă apare o a doua mutație (al doilea accident vascular cerebral) într-una dintre aceste celule, retină (adică având deja mutația), foarte des (la 95% dintre pacienți) se dezvoltă o tumoare. În cazul unei tumori sporadice, copiii nu moștenesc alela mutantă a genei, dar au două mutații independente în ambele alele (copii) ale unuia dintre retinoblasti, ceea ce duce și la dezvoltarea unei tumori.

Prin urmare, conform ipotezei lui A. Knudson, pacienții din primul grup au o mutație congenitală și una dobândită, în timp ce pacienții din al doilea grup au ambele mutații dobândite.

Datorită faptului că în cazul retinoblastoamelor ereditare au fost detectate modificări în regiunea cromozomului 13 (13ql4). s-a sugerat că gena „predispoziție la retinoblastom” (Rb) este localizată în acest loc al genomului. Ulterior, această genă a fost izolată.

Ambele alele sale s-au dovedit a fi inactivate în celulele retinooblastoamelor ereditare și sporadice, dar în forme ereditare, toate celulele corpului au avut și mutații congenitale ale acestei gene.

Astfel, a devenit clar că cele două mutații postulate de A. Knudson, care sunt necesare pentru dezvoltarea retinobpastoamelor, apar în alele diferite ale aceleiași gene Rb. În cazurile de moștenire, copiii se nasc cu o alela Rb normală și una defectuoasă.

Un copil care poartă o alelă moștenită a genei Rb mutante, o are în toate celulele somatice, este complet normal. Cu toate acestea, atunci când apare o mutație dobândită, a doua copie (normală) (alele) a genei se pierde în retinoblaste și ambele copii ale genei devin defecte.

În cazurile de apariție sporadică a tumorii la unul dintre retinoblasti, apare o mutație și se pierd ambele alele normale din Rb. Rezultatul final este același: celula retiniană care a pierdut ambele copii normale ale genei Rb. iar cel care a pierdut restul normalului dau nastere retinoblastomului.

Modele dezvăluite în studiul genei Rb. în special, asocierea cu forme ereditare de tumori și nevoia de a afecta ambele alele (natura recesivă a manifestării mutațiilor) au început să fie utilizate ca criterii în căutarea și identificarea altor supresori tumorali.

Grupul de supresoare tumorale clasice bine studiate care sunt inactivate printr-un mecanism cu două loviri include gena WT1 (Tumora Wilms 1), a cărei inactivare predispune 10-15% la dezvoltarea nefroblastomului (tumora Wilms), genele de neurofibromatoză ( NF1 și NF2), iar anti-oncogena DCC (ștersă în carcinomul de colon) este o genă care este inactivată în cancerul de colon.

Cu toate acestea, principalul reprezentant al antioncogenelor este gena supresoare p53, care asigură în mod normal controlul constant al ADN-ului în fiecare celulă individuală, prevenind apariția mutațiilor dăunătoare, inclusiv a celor tumorigene. La om, este localizat pe cromozomul 17.

Funcțiile fiziologice ale p53 sunt de a recunoaște și corecta erorile care apar invariabil în timpul replicării ADN-ului sub o mare varietate de tensiuni și tulburări intracelulare: radiații ionizante, supraexprimare a oncogenelor, infecție virală, hipoxie, hipo- și hipertermie, diverse tulburări ale arhitecturii celulare ( o creștere a numărului de nuclei, modificări ale citoscheletului) etc.

Factorii de mai sus activează p53, produsul său - proteina p53 - controlează strâns activitatea proto-oncogenelor în reglarea ciclului celular și provoacă fie o oprire a reproducerii celulelor anormale (temporară, pentru a elimina deteriorarea, sau ireversibilă), fie moartea lor, declanșând un program de moarte celulară – apoptoza, care elimină posibilitatea acumulării în organism a celulelor modificate genetic (Fig. 3.4). Astfel, forma normală a genei p53 joacă un rol protector important ca „polițist molecular” sau „gardian al genomului” (D. Lane).

Mutațiile pot duce la inactivarea genei supresoare53 și la apariția unei forme modificate a proteinei, care vizează mai mult de 100 de gene. Principalele includ gene ale căror produse determină oprirea ciclului celular în diferitele sale faze; gene care induc apoptoza; gene care reglează morfologia și/sau migrația celulară și genele care controlează angiogeneza și lungimea telomerilor etc.

Prin urmare, consecințele inactivării complete a unei astfel de gene multifuncționale provoacă apariția simultană a unui întreg set de proprietăți caracteristice ale unei celule neoplazice. Acestea includ scăderea sensibilității la semnalele inhibitoare de creștere, imortalizarea, creșterea capacității de supraviețuire în condiții nefavorabile, instabilitatea genetică, stimularea neoangiogenezei, blocarea diferențierii celulare etc. (Fig. 3.4).

Orez. 3.4. Funcțiile de securitate ale genei supresoare p53 [Zaridze D.G. 2004].

Acest lucru, evident, explică frecvența mare de apariție a mutațiilor p53 în neoplasme - fac posibilă depășirea mai multor etape ale progresiei tumorii simultan într-un singur pas.

Mutația genei p53 este cea mai frecventă tulburare genetică inerentă creșterii maligne și este detectată în 60% dintre tumorile de peste 50 de tipuri diferite. Mutațiile terminale (care apar în celulele germinale și moștenite) la una dintre alelele genei p53 pot iniția stadiile inițiale ale carcinogenezei diferitelor tumori, adesea multiple primare (sindrom Li-Fraumeni), sau pot apărea și pot fi deja selectate. în timpul creșterii tumorii, oferind eterogenitatea acesteia.

Prezența unei gene p53 mutante într-o tumoră determină un prognostic mai rău la pacienți în comparație cu cei la care proteina mutantă nu este detectată, deoarece celulele tumorale în care p53 este inactivat sunt mai rezistente la radiații și chimioterapie.

Gene mutatoare

Inhibarea activității genelor supresoare care controlează apoptoza și/sau ciclul celular anulează interzicerea proliferării celulelor cu diferite modificări genetice, ceea ce crește probabilitatea clonelor celulare oncogene. Acest grup de gene este numit „paznicul”.

Odată cu aceasta, au fost identificate o serie de gene care sunt specializate în recunoașterea și repararea (repararea) daunelor ADN-ului, care pot provoca instabilitate genetică și dezvoltarea cancerului. Astfel de gene sunt numite „îngrijitori” sau gene mutatoare.

Ele nu induc direct transformarea celulelor maligne, ci promovează dezvoltarea tumorii, deoarece inactivarea funcției genelor tioutatoare crește rata și probabilitatea apariției diferitelor mutații oncogene și/sau a altor modificări genetice într-o asemenea măsură încât formarea tumorii devine doar o chestiune de timp. .

Funcția fiziologică a genelor mutatoare este de a detecta deteriorarea ADN-ului și de a menține integritatea genomului prin activarea sistemelor de reparare pentru a restabili structura normală a ADN-ului inițial.

Prin urmare, ele sunt numite și gene de reparare a ADN-ului. S-a stabilit că inactivarea unor astfel de gene duce la întreruperea reparării ADN-ului, un număr mare de mutații se acumulează în celulă, iar probabilitatea de reproducere a variantelor celulare cu diferite tulburări genetice crește brusc.

În acest sens, în celulele cu gene mutante defecte, apare un nivel ridicat de instabilitate genetică și, în consecință, crește frecvența modificărilor genetice spontane sau induse (mutații genetice, translocații cromozomiale etc.), față de care apare cancerul.

Sunt descrise forme ereditare de neoplasme asociate cu mutații congenitale ale genelor, ale căror produse nu asigură funcționarea sistemelor de reparare. Din acest grup, cele mai studiate gene sunt BRCA1 și BRCA2, MSH2, MSH6, MLH1, PMS2 și XPA, XRV etc.

Genele BRCA1 și BRCA2 (Breasl Cancer 1 și 2) au fost identificate pentru prima dată ca gene ale căror mutații congenitale sunt asociate cu forme ereditare de cancer de sân.

La femeile cu mutații terminale ale uneia dintre alelele genei BRCA1, riscul pe parcursul vieții de a dezvolta cancer de sân este de aproximativ 85%, cel al ovarului este de aproximativ 50% și probabilitatea de a dezvolta tumori de colon și prostată este, de asemenea, mai mare. .

Cu mutații terminale ale genei BRCA2, riscul de a dezvolta tumori mamare este puțin mai mic, dar apariția acesteia este mai frecventă la bărbați. Genele BRCA1 și BRCA2 se comportă ca supresoare tumorale clasice: pentru a iniția creșterea tumorii, pe lângă mutația congenitală a uneia dintre alele, este necesară și inactivarea celei de-a doua alele, care are loc deja în celula somatică.

Cu mutații heterozigote congenitale ale genelor MSH2, MLH1, MSH6 și PMS2, se dezvoltă sindromul Lynche. Caracteristica sa principală este apariția cancerului de colon la o vârstă fragedă (așa-numitul cancer corectal ereditar non-polipoz) și/sau a tumorilor ovariene.

Localizarea predominantă a tumorilor în intestin este asociată cu cel mai mare potențial proliferativ al celulelor de la fundul criptelor intestinale și cu posibilitatea apariției mai frecvente a mutațiilor, care sunt corectate în mod normal de sistemele de reparare.

Prin urmare, atunci când aceste gene sunt inactivate, celulele cu proliferare rapidă ale epiteliului intestinal nu se recuperează, ci acumulează un set de mutații în proto-oncogene și anti-oncogene, care este critic pentru dezvoltarea cancerului mai rapid decât celulele cu proliferare lent.

Mutațiile heterozigote terminale ale genelor familiei XPA duc la apariția xerodermei pigmentare, o boală ereditară cu sensibilitate crescută la radiațiile ultraviolete și la dezvoltarea unor tumori cutanate multiple în zonele de insolație solară.

Genomul uman conține cel puțin câteva zeci de gene supresoare și mutatoare tumorale, a căror inactivare duce la dezvoltarea tumorilor. Mai mult de 30 dintre ele au fost deja identificate; pentru mulți, funcțiile îndeplinite în celulă sunt cunoscute (Tabelul 3.2).

Tabelul 3.2. Principalele caracteristici ale unor gene supresoare tumorale și mutatoare.

Majoritatea, prin reglarea ciclului celular, apoptoza sau repararea ADN-ului, previn acumularea celulelor cu anomalii genetice în organism. Au fost identificați supresori tumorali cu alte funcții, în special controlul reacțiilor morfogenetice ale celulei și angiogeneza.

Genele descoperite sunt departe de a epuiza lista supresoarelor tumorale existente. Se presupune că numărul de anti-oncogene corespunde numărului de oncogene.

Cu toate acestea, studiul structurii și funcției lor în tumorile umane primare este asociat cu mari dificultăți tehnice. Astfel de studii se dovedesc a fi insuportabile chiar și pentru laboratoarele de top din lume. În același timp, atribuirea unor gene la categoria oncogene sau antioncogene este mai degrabă condiționată.

În concluzie, trebuie remarcat faptul că conceptul de oncogene și anticogen pentru prima dată în istoria oncologiei a făcut posibilă combinarea principalelor direcții de cercetare a carcinogenezei.

Se crede că aproape toți factorii cancerigeni cunoscuți duc la deteriorarea proto-oncogenelor, a genelor supresoare și a funcțiilor acestora, ceea ce duce în cele din urmă la dezvoltarea unui neoplasm malign. Acest proces este prezentat schematic în Figura 3.5.

Orez. 3.5. Schema principalelor etape ale carcinogenezei [Moiseenko V.I. et al., 2004].

De asemenea, trebuie subliniat că o celulă diferențiată normală a oricărui țesut nu poate fi supusă transformării tumorii, deoarece nu mai participă la diviziunea celulară, ci îndeplinește o funcție specializată și în cele din urmă moare apoptotic.

Încălcări ale structurii genelor pot apărea fără efecte vizibile. În fiecare secundă în corpul uman, care constă din 100 de trilioane de celule, aproximativ 25 de milioane de celule se divid.

Acest proces se desfășoară sub controlul strict al unui complex de sisteme moleculare, ale căror mecanisme de funcționare, din păcate, nu au fost încă pe deplin stabilite. Se estimează că fiecare dintre cele aproximativ 50.000 de gene dintr-o celulă umană suferă tulburări spontane de aproximativ 1 milion de ori în timpul vieții organismului.

Oncogenele și anticogenele reprezintă mai puțin de 1% din mutațiile identificate, în timp ce restul tulburărilor genetice sunt de natura „zgomotului”. În același timp, aproape toate încălcările sunt remediate și eliminate de sistemele de reparare a genomului.

În cele mai rare cazuri, structura normală a genei modificate nu este restabilită, produsul proteic codificat de aceasta și proprietățile sale se modifică, iar dacă această anomalie este de natură fundamentală și afectează potențialele oncogene și/sau anti-oncogene cheie, transformarea celulară. devine posibil.

În același timp, unele dintre celulele mutante pot supraviețui, dar o singură expunere a agentului cancerigen la structura ADN-ului nu este suficientă pentru apariția transformării tumorii în ele. Trebuie presupus că, cu rare excepții (de exemplu, în carcinogeneza indusă de virus), pentru ca cancerul să apară, 4-5 mutații trebuie să coincidă într-o celulă, independent una de cealaltă.

Combinația dintre activarea oncogenelor și inactivarea anti-oncogenelor este considerată cea mai periculoasă, atunci când autonomizarea semnalului proliferativ este combinată cu defecțiuni ale mecanismelor de control al ciclului celular.

De aceea, majoritatea tumorilor maligne se caracterizează prin dezvoltarea lor odată cu înaintarea în vârstă, tulburările genomului se acumulează și pot duce la inducerea procesului tumoral. Acest lucru poate fi confirmat și de dezvoltarea treptată a unor tumori maligne: precancer, displazie, cancer in situ și cancer, precum și studii experimentale.

Am prezentat principalele gene, ai căror produse proteice contribuie la transformarea unei celule normale într-o celulă canceroasă și genele, ai căror produse proteice împiedică acest lucru.

Desigur, pe lângă cele enumerate, au fost descoperite multe alte oncogene și gene supresoare, care într-un fel sau altul sunt asociate cu controlul creșterii și reproducerii celulelor sau afectează alte caracteristici celulare.

Evident, în următorii ani, ne așteaptă și alte descoperiri importante ale mecanismelor creșterii maligne și al rolului supresoarelor tumorale și al tumorilor în aceste procese.

O legătură comună în apariția tumorilor este o oncogenă introdusă în celulă de către un virus sau care provine dintr-o proto-oncogenă ca urmare a unei mutații sau îndepărtată din controlul genelor de restricție prin translocare cromozomială [Alberts B., Bray D. şi colab., 1994]. Dar, în ultimii ani, a mai fost găsită o altă, aparent, cea mai comună legătură în carcinogeneză - gene supresoare de tumori care suprimă activitatea oncogenelor [Sci. amer. Spec. Iss. ].

Genomul virusurilor tumorale care conțin ADN, mai precis, genele individuale incluse în genom și produsele acestor gene, cum ar fi antigenul LT (antigenul T mare) al papovavirusului oncogen, atunci când este combinat cu o proteină celulară care suprimă proliferarea celulară și este implicată în reglarea proliferării, o inactivează și astfel creează o proliferare autonomă nereglementată. Genele țintă care determină sinteza proteinelor corespunzătoare sunt numite gene supresoare de tumori și au fost descoperite în studiul activității oncogene a virusurilor care conțin ADN [Weinberg, 2006d, Altshtein, 2004]. Un astfel de mecanism a fost stabilit pentru papovavirusuri (papilom, poliom, SV40) și adenovirusuri. Evident, este destul de diferit de cel al oncornavirusurilor.

În prezent, ideile despre natura genetică a dezvoltării bolilor oncologice se bazează pe presupunerea existenței unor gene a căror funcție normală este asociată cu suprimarea creșterii tumorii. Astfel de gene au fost numite gene supresoare de tumori. Defectele acestor gene duc la progresie, iar restabilirea funcției duce la o încetinire semnificativă a proliferării sau chiar la inversarea dezvoltării tumorii.

Principalul reprezentant al acestor gene este gena p53, care controlează sinteza proteinei p53 (p53 este din proteină, o proteină a cărei greutate moleculară este de 53.000 daltoni). Această genă, sau mai degrabă produsul său p53, controlează strict activitatea proto-oncogenelor, permițându-i doar în perioade strict definite ale vieții celulei, când, de exemplu, este necesar ca celula să intre în procesul de diviziune. p53 controlează, de asemenea, apoptoza, moartea celulară programată, direcționând celula spre sinucidere dacă aparatul său genetic, ADN-ul său, este deteriorat. Astfel, p53 stabilizează structura genetică a celulei, prevenind apariția mutațiilor dăunătoare, inclusiv a celor tumorigene. Oncogenele unor virusuri leagă p53 și o inactivează, ceea ce duce la eliberarea de proto-oncogene celulare, abolirea apoptozei și, astfel, la acumularea de mutații viabile în celulă.

Astfel de celule sunt material favorabil pentru selecția pentru autonomie, adică pentru intrarea pe calea care duce la formarea tumorilor. Multe, dacă nu cele mai multe, tumori umane apar printr-o evoluție treptată care începe cu inactivarea genei p53 prin mutația sa aleatoare sau indusă sau inactivarea de către o oncogenă virală. Tipurile de oncogene și anticogene sunt prezentate în Fig. 1 și în tabel. 1 .

O genă supresoare este o genă a cărei absență a unui produs stimulează formarea tumorii. Spre deosebire de oncogene, alelele mutante ale genelor supresoare sunt recesive. Absența unuia dintre ele, cu condiția ca al doilea să fie normal, nu duce la eliminarea inhibării formării tumorii.

În anii 1980 și 1990, au fost descoperite gene celulare care efectuează controlul negativ al proliferării celulare, adică. impiedicand intrarea celulelor in diviziune si iesirea din starea diferentiata. Datorită scopului lor funcțional opus față de oncogene, acestea au fost numite anti-oncogene sau gene supresoare de malignitate (creșterea tumorii) (Rayter S.I. și colab., 1989).

Astfel, proto-oncogenele și genele supresoare formează un sistem complex de control pozitiv-negativ al proliferării și diferențierii celulare, iar transformarea malignă se realizează prin perturbarea acestui sistem.

Reproducerea normală a celulelor este controlată de o interacțiune complexă a genelor care stimulează proliferarea (proto-oncogene) și a genelor care o suprimă (gene supresoare sau anti-oncogene). Încălcarea acestui echilibru duce la declanșarea creșterii maligne, care este determinată de activarea proto-oncogenelor și transformarea lor în oncogene și inactivarea genelor supresoare care eliberează celulele de mecanisme care limitează proliferarea acestora.

Suprimarea malignității a fost identificată prin genetica celulelor somatice, prin analiza moștenirii anumitor forme de cancer și în experimente de transfecție a celulelor tumorale cu anti-oncgene.

Descoperirea genelor care suprimă reproducerea celulară și creșterea malignă este una dintre cele mai importante descoperiri din ultimii ani în domeniul biologiei. Este cu siguranță destinat să aducă o contribuție semnificativă la soluționarea multor probleme cu care se confruntă atât medicina, cât și știința fundamentală. În domeniul medicinei, se deschide posibilitatea utilizării genelor supresoare în terapia genică a cancerului.

Genele care inhibă proliferarea celulară sunt numite gene supresoare de tumori (este folosit și termenul „antioncogene”, deși acest lucru este nedorit). Pierderea funcției acestor gene determină proliferarea necontrolată a celulelor.

Uneori, în bolile dominante care se caracterizează prin formarea de tumori, diferențele de expresivitate se datorează mutațiilor suplimentare ale genelor supresoare de tumori.

Exemple de gene supresoare sunt: ​​gena responsabilă de dezvoltarea retinoblastomului - gena Rb1; două gene responsabile de dezvoltarea cancerului de sân - gena BRCA2 și gena BRCA1; gena WT1 poate fi atribuită și genelor supresoare - afectarea la care duce la nefroblastom; gena CDKN2A și gena CDKN2B responsabile de dezvoltarea melanomului și, respectiv, a tumorilor hematologice. Există și alte gene care pot fi clasificate ca gene supresoare. Inactivarea genei hMLH1 are ca rezultat carcinom gastric și carcinom de colon.

Genele – „păstorii ciclului celular” sunt direct implicați în reglarea acestuia. Produsele lor proteice sunt capabile să limiteze progresia tumorii prin inhibarea proceselor asociate cu diviziunea celulară. Defectele „genelor comune de control” duc la o creștere a instabilității genomului, o creștere a frecvenței mutațiilor și, în consecință, la o creștere a probabilității de deteriorare a genelor, inclusiv a „gardienilor ciclului celular”. Grupul „deținătorilor ciclului celular” (CCC) include gene precum RB1 (retinoblastom), WT1 (tumora lui Wilms), NF1 (neurofibromatoză de tip I), precum și gene care promovează formarea de contacte celulare și altele. . Dacă o copie deteriorată a genei CCC este moștenită, formarea tumorii poate fi inițiată printr-o mutație somatică a alelei nedeteriorate. Prin urmare, în cazul formelor ereditare de tumori, atunci când există o mutație germinativă, este necesar un singur eveniment mutațional somatic pentru apariția bolii - afectarea unei singure alele funcționale. Aparițiile sporadice ale aceluiași tip de tumoră necesită două evenimente mutaționale independente în ambele alele. Ca urmare, pentru purtătorii alelei mutante, probabilitatea de a dezvolta acest tip de tumoare este mult mai mare decât media pentru populație.

Inactivarea genelor „common control” (TC) duce la destabilizarea genomului - crește probabilitatea mutației genelor CCC. Defectul acestuia din urmă duce la apariția unei tumori. Pe fondul genei OK deteriorate, continuă acumularea de mutații care inactivează alți supresori din primul sau al doilea grup, ceea ce duce la creșterea rapidă a tumorii. În cazurile familiale de dezvoltare a anumitor tipuri de cancer, o mutație a uneia dintre alelele genei OK corespunzătoare poate fi moștenită de la părinți. Pentru a iniția un proces tumoral, este necesară o mutație somatică a celei de-a doua alele, precum și inactivarea ambelor alele ale oricărei gene CCC.

Astfel, sunt necesare trei evenimente mutaționale independente pentru dezvoltarea tumorii într-un caz familial. Prin urmare, riscul de a dezvolta o tumoră pentru purtătorii unei mutații ereditare a genei OK este cu un ordin de mărime mai mic decât riscul pentru un purtător al unei alele deteriorate a genei CCC. Tumorile sporadice sunt cauzate de mutații somatice ale genelor OK. Sunt rare și necesită patru mutații independente pentru apariția și dezvoltarea lor. Exemple de gene OK sunt genele responsabile pentru dezvoltarea cancerului intestinal moștenit non-polipoz - gena MSH-2 și gena MLH-1. Acest grup include, de asemenea, binecunoscuta genă supresoare p53, ale cărei mutații sau deleții sunt observate în aproximativ 50% din toate bolile maligne.

Anti-oncogenele (sau genele supresoare de creștere a tumorii) sunt gene care codifică proteine ​​cheie de reglare, a căror pierdere duce la o încălcare a controlului proliferării celulare. Majoritatea anti-oncogenelor identificate în celulele normale sunt regulatori (factori) ai procesului de transcripție a genelor celulare, acționând probabil în favoarea intensificării programelor de diferențiere celulară, spre deosebire de programele de proliferare.

Proteinele codificate de un grup de gene supresoare (p53, KV, C-LR! (p21), p15, p16 etc.) sunt direct implicate în procesul de diviziune celulară, controlând intrarea lor într-una sau alta fază a ciclului celular. Pierderea activității unor astfel de gene provoacă în cele din urmă proliferarea celulară nereglementată.

Astfel, alături de activarea oncogenelor, tulburările de funcționare a genelor supresoare tumorale sunt decisive în declanșarea proceselor tumorigene, afectând trecerea ciclului celular, reglând diferențierea și moartea celulară programată, adică. procesul natural al morții lor, așa-numita apoptoză. Dacă majoritatea proto-oncogenelor modificate acționează ca factori dominanti din punct de vedere genetic, atunci genele supresoare de creștere a tumorii acționează de obicei în mod recesiv.

Modificările structurale și funcționale ale oncosupresorilor, precum și ale oncogenelor, pot fi rezultatul mutațiilor punctuale în regiunile de codificare și reglare ale genei, inserții sau deleții care provoacă perturbări în procesul de citire a proteinelor, modificări ale configurației acestora sau modularea acestora. expresia proteinelor (formarea produsului în timpul sintezei celulare). Pierderea funcțiilor anti-Ncgene în celulele tumorale are loc ca

de regulă, ca urmare a inactivării ambelor alele. Se presupune că pierderea unei alele ca urmare a unei deleții creează posibilitatea unor mutații recesive fatale în cea rămasă (teoria lui Knadsen). Dar există excepții de la această regulă: de exemplu, existența mutațiilor cu proprietăți dominante a fost demonstrată pentru p53. Mutațiile recesive germinale (moștenite) la una dintre cele două alele anti-oncogene pot fi baza predispoziției ereditare la cancer.

În studii experimentale s-a stabilit că inactivarea anticogenei ca urmare a tulburărilor simultane în loci corespunzători ai cromozomilor perechi (mutații într-unul și deleții în celălalt) poate fi eliminată prin introducerea unei alele de tip sălbatic (adică structural). neschimbat, intact), care stă la baza dezvoltărilor științifice în domeniul tumorilor genice _terall_n_.

În plus față de pierderea funcției genei ca urmare a mutației sau deleției, poate apărea inactivarea genei supresoare a din cauza hipermetilării secvenței ADN care codifică această genă. Acesta este un mod caracteristic de inactivare a unor gene aparținând grupului de inhibitori ai kinazei care reglează secvența și viteza fazelor ciclului celular, de exemplu, p/6 și p15.

În prezent, căutarea genelor supresoare de creștere a tumorii se desfășoară extrem de larg.

În tumorile de diferite tipuri au fost identificate deleții specifice ale unor regiuni cromozomiale. Relația dintre astfel de deleții cu dezvoltarea tumorii este adesea denumită „pierderea funcțională a unei gene supresoare de tumoră”.

Pentru a identifica regiunile cromozomiale care pretind a fi potențiale anti-oncogene, screening-ul pentru schrodelecia este utilizat pe scară largă.

cHat geasTmtn) sau KET.P (gea ^ psIop Gra ^ tehn! 1engs pomytromPet) a ADN-ului normal și tumoral în timpul separării electroforetice. Pierderea heterozigozității (pierderea o! lego21205Yu - OH) este privită ca pierderea uneia dintre cele două alele din ADN-ul tumorii în comparație cu ADN-ul unei celule somatice normale.

În prezent se cunosc puțin mai mult de zece anti-oncozene. Încălcări ale anti-oncogene se găsesc în aproximativ 90% dintre tumorile umane. Cu fiecare tumoră specifică, spectrul modificărilor genetice este individual, dar cu toate acestea, se observă anumite modele în încălcările genelor individuale sau a grupurilor lor, care dau motive să le asocieze cu dezvoltarea sau progresia unei anumite patologii. Una dintre condițiile prealabile pentru creșterea tumorii este o încălcare a procesului de reglare a diviziunii celulare. Trebuie subliniat că modificările în lanțul complex de control al ciclului celular, mediate de participarea unuia sau altuia oncosupresor, pot apărea în diferite stadii ale ciclului și sunt asociate cu dezvoltarea diferitelor tipuri histologice de tumori.

Acest capitol discută despre cele mai cunoscute gene supresoare tumorale în prezent, posibilele mecanisme de acțiune a acestora și participarea la procesele proliferative.

Gena p53 este unul dintre cei mai studiati reprezentanți ai grupului de gene supresoare, care joacă în prezent un rol important în inducerea și progresia creșterii tumorii. Gena multipotentă p53 este implicată într-un număr de procese importante ale activității vitale a celulei. Este situat pe cromozomul 17 (17p13) și codifică un factor de transcripție care asigură producerea și funcționarea proteinelor care controlează diviziunea celulară. În proteina p53 pot fi distinse trei regiuni: o regiune I-terminală care conține un domeniu de activare transcripțional, o regiune centrală care conține un domeniu specific de legare la ADN și o regiune C-terminală care conține un domeniu multifuncțional |19].

În timpul creșterii și diviziunii celulelor normale, există o acumulare constantă de perturbări în structura primară a ADN-ului ca urmare a mutagenezei naturale sau a erorilor în procesul de dublare a acestuia (replicarea ADN-ului). Un sistem special pentru eliminarea lor, inclusiv un lanț de proteine ​​reparatoare, funcționează în anumite faze ale ciclului celular. Inducerea p53 provoacă o întârziere a ciclului celular cu repararea ulterioară a deteriorarii sau moartea naturală a celulei, prevenind astfel perturbarea integrității genomului și achiziția unui fenotip tumoral.

Proteina p53 controlează trecerea corectă a ciclului celular la un număr de puncte de control (Fig. 3.1). Mai studiată este calea care duce la oprirea ciclului celular în faza 01, unde unul dintre rolurile centrale aparține genei ILAP1 (p21). Gena p53 activează transcripția proteinei p21, care este unul dintre inhibitorii complexelor ciclin-cabinază kinază (COK), regulatori ai ciclului celular. În același timp, p53 nu este doar implicat în reglarea fazei 01, ci participă și la reglarea fazei 02 și a mitozei în sine. Ca răspuns la tulburările în procesul de duplicare a ADN-ului la punctul de control de intrare în faza 02 sau ca răspuns la tulburările în formarea fusului mitotic, inducerea p53 are loc la punctul de control mitotic.

În plus, p53 în sine reglează repararea și replicarea ADN-ului prin legarea directă la un număr de proteine ​​implicate în acest proces. Calea exactă care leagă deteriorarea ADN-ului și activarea p53 este necunoscută. Se presupune că include produsele genei supresoare BCCA1 (breas! cannse azzoaaHes! gepe I), precum și proteina ATM (a(axla leang]ec:a5]a &epe), care „recunoaște” deteriorarea ADN-ului și activează p53 ( orez, 3.2).

O altă consecință a activării p53 este moartea celulară naturală, programată sau apoptoza. Gena p53 poate provoca apoptoză, asociată sau nu cu activarea transcripției genelor țintă. În primul caz, p53 activează transcripția genei BAX și a genelor similare care inhibă proteinele care au efect antiapoptotic (de exemplu, oncogenei ALL-2). În plus, p53 activează transcripția genei MVM2, al cărei produs, prin legarea de proteina p53, inhibă capacitatea acesteia de a activa transcripția altor gene țintă, oferind astfel autoreglare negativă. S-a demonstrat că inducerea p53 determină oprirea ciclului celular în O1 sau apoptoza în funcție de o serie de factori, dintre care cei mai importanți sunt tipul celular, concentrația factorilor de creștere, nivelul de expresie al genelor supresoare CV, AIR și (sau) Factorul de transcripție E2P, expresia unui număr de proteine ​​virale etc. .

Inactivarea p53 conferă celulelor un mare avantaj selectiv în proliferare. Încălcarea funcției p53 ca urmare a mutațiilor punctuale, a delețiilor, a formării unui complex cu un alt regulator celular sau a modificărilor în localizarea intracelulară duce la pierderea proprietăților supresoare și stimulează procesul tumoral. În studiul tumorilor de diferite histogeneze, s-a constatat că într-un procent mare de cazuri ambele alele p53 sunt inactivate - una ca urmare a mutațiilor punctuale, cealaltă din cauza delețiilor.

Mutațiile în p53 sunt cea mai frecventă tulburare genetică înregistrată în diferite tumori.

VKSA1

ATM

r27K!R1

Ts1Sh1IN [>-Ss1K4/6 Ciclin E-S