4.3.7. Механизмы опухолевой трансформации

Принципиальное различие между нормальной и опухоле­вой клеткой заключается в том, что переход от покоя к деле­нию (GO -> G1) в первом случае инициируется внешними по отношению к клетке стимулами, а во втором — внутренними. В молекулярных терминах суть сводится к активации онкоге­нов и инактивации генов-супрессоров.

Активация онкогенов. В середине 80-х годов было осозна­но, что некоторые нормальные клеточные гены обладают он-когенным потенциалом. Так сформировалась концепция он­когена — «врага внутреннего», возникающего из нормального гена (протоонкогена) при его повреждении тем или иным спо­собом. Такая трансформация называется активацией онкоге­на. Протоонкогены — «акселераторы» клеточного деления, их функция проявляется как доминантный признак, т.е. стано­вится явной, при активации даже одного аллеля (напомним, что выпадение тормозящей функции генов-супрессоров обна­руживается лишь при утере обоих аллелей).

Возникает вопрос: какие именно гены могут трансфор­мироваться в онкогены? Из всего изложенного выше следует, что этим свойством обладают гены, участвующие позитивным образом в переносе митогенного сигнала независимо от зани­маемого ими в сигнальном пути места (начиная от ростовых факторов и кончая транскрипционными факторами), в част­ности, упоминавшиеся ранее протоонкогены rad, raf, туе, bcl-2, jun, fos и др. (их число достигает сегодня нескольких де­сятков и постоянно растет по мере углубления представлений о механизмах клеточного деления). При повреждении тем или иным способом одного из этих генов (факторами физически­ми или химическими, эндогенными или экзогенными) струк­тура кодируемого им белка может оказаться зафиксированной в активной конформации. Таким образом, то, что в нормаль­ной клетке достигается воздействием внешнего стимула и длится столько же, сколько длится он сам (имеется в виду ак­тивная конформация сигнального белка), в клетке мутантной (и в ее потомках) оказывается необратимо закрепленным. Ущербный сигнальный белок «гонит волну возбуждения» вниз по течению (downstream) независимо от состояния вышестоя­щих структур. Возникает состояние «застойного возбуждения» (см. выше), которое лежит в основе автономного, нерегулиру­емого деления опухолевой клетки.

Несколько примеров. В разных «спонтанных» опухолях че­ловека (рак желудка, мочевого пузыря и др.) обнаружена точ-ковая мутация гена c-Ha-ras-1 (одного из представителей се­мейства ras) в кодоне 12 (или в кодоне 61). Установлен, таким образом, поразительный факт: достаточно замены одного ос­нования (и соответственно одной аминокислоты в белке),

чтобы протоонкоген превратился в онкоген, т.е. приобрел трансформирующие свойства. При этом кодируемый геном с-На-ras-l белок теряет в определенной мере ГТФазную ак­тивность, в силу чего находится постоянно в «возбужденном» состоянии, поскольку находящийся с ним в комплексе GTP не гидролизуется до GDP. Перманентно активный ras «запус­кает» МАР-киназный каскад независимо от состояния рецеп­тора и наличия ростовых факторов. В отличие от нормальных клеток, где митогенный сигнал имеет дискретный, импульс­ный характер, в клетках с поврежденным ras митогенная сти­муляция непрерывна.

Клетки в культуре можно трансформировать онкогеном sis, который, как оказалось, кодирует одну из субъединиц фактора роста тромбоцитов. В этом случае реализуется в чистом виде аутокринная регуляция, при которой клетка секретирует фак­тор роста и стимулирует самое себя. Такое самоподдерживаю­щееся возбуждение выводит клетку из-под регуляторных влия­ний организма.

Активация онкогенов может происходить разными путями: в результате дефекта регуляции их транскрипции или измене­ния «дозы» гена (при его амплификации), что приводит к не­адекватному месту и времени избыточному синтезу соответст­вующего белка (в данном случае нарушение имеет количест­венный характер), или в результате структурного повреждения (мутации, делеции), фиксирующего сигнальный белок в ак­тивной конформации (качественное нарушение).

По первому типу развиваются события, например, в не­которых случаях мелкоклеточного рака легкого, при нейро-бластомах и глиобластомах, когда соответственно гены с-мус, N-myc, c-erb В выходят из-под клеточного контроля и кодируе­мые ими белковые продукты образуются не вовремя и в из­бытке (30—50-кратном). К такому же результату могут приво­дить транслокации содержащего протоонкоген локуса в учас­ток другой хромосомы, где находятся активные гены. В этом случае структурная часть гена лишается нормальных регуля­торных механизмов (промотор, энхансер и т.д.) и ставится под контроль «чужого» окружения. Таков механизм активации с-тус при лимфоме Беркитта. Ген транслоцируется из хромо­сомы 8 в локус генов тяжелых цепей иммуноглобулинов хро­мосомы 14, где попадает под действие активного промотора и транскрибируется сверх меры, что и приводит к трансфор­мации.

По второму типу (т.е. с нарушением структуры кодируемо­го онкогеном белка) развиваются события при многих формах опухолей человека (см. приведенный выше пример с онкоге­ном c-Ha-ras). Действительно, прямое сопоставление нуклео-тидных последовательностей протоонкогенов и соответствую­щих им онкогенов, как правило, выявляет в последних ряд от-

14— 1385

209

личий (различные делении и мутации), особых в каждом от­дельном случае.

Таким образом, активация онкогена обусловлена наруше­нием его регуляторной или структурной части.

Инактивация генов-супрессоров. Как уже упоминалось, для полной трансформации клетки в подавляющем большинстве случаев недостаточно одной лишь активации онкогена. Бес­контрольному клеточному размножению препятствуют гены-супрессоры (см. выше). Об их существовании догадывались давно, исходя из двух групп фактов. Во-первых, в упоминав­шихся выше опытах слияния клеток и образования гетерока-рионов было установлено, что в паре «клетка нормальная + клетка злокачественная» берет «верх» первая (полученный со­матический гибрид теряет свои туморогенные свойства). Это свидетельствовало о наличии в нормальной клетке некоего тормозящего митотическую активность фактора, отсутствую­щего, по-видимому, в клетке опухолевой, и о том, что соответ­ствующие гены рецессивны — клетки становятся опухолевыми при утере обоих аллелей.

Во-вторых, при цитогенетическом исследовании опухоле­вых клеток постоянно обнаруживаются делеции хромосом, до­вольно специфические для разных форм рака. Это заставляло думать (и это предположение полностью оправдалось), что именно отсутствие соответствующих генов лишает клетку ми-тотических «тормозов». Например, цитогенетический анализ больных ретинобластомой (злокачественная опухоль сетчатки глаза, характеризующаяся зачастую наследственной предрас­положенностью) выявляет характерную для этой формы деле-цию в 13-й хромосоме, где при последующем анализе действи­тельно был идентифицирован ген-супрессор Rb. Наследствен­ная делеция одного аллеля этого гена делает человека предрас­положенным к заболеванию ретинобластомой или остеосарко-мами. Цитогенетические наблюдения подобного рода являют­ся в настоящее время отправной точкой для прицельного по­иска генов-супрессоров. Гены-супрессоры кодируют белки, блокирующие каждый своим особым образом разные этапы митогенной стимуляции (к ним относятся уже упоминавшиеся р53 — главный «хранитель генома», Rb — формирующий меха­низм С Gl/S checkpoint, р16 и р21 — блокирующие активность комплексов cyclin-Cdk, и др.).

Ген-супрессор р53. Особую роль в канцерогенезе играет ген-супрессор р53. Продукт этого гена (белок с мол. массой 53 кДа, отсюда его обозначение р53) — регулятор транскрип­ции, способный активировать одни гены и подавлять другие, дефектен в большинстве опухолей человека независимо от их происхождения и локализации (опухоли легких, головного мозга, толстой кишки, пищевода, молочной железы, шейки матки, печени, гемопоэтических и ретикулоэндотелиальных

тканей и др.). Белок р53 чрезвычайно консервативен (обнару­жен у многих представителей животного мира), состоит (у че­ловека) из 393 аминокислот, локализован, как правило, в кле­точном ядре и может быть подразделен на несколько доменов:

• N-концевой, обогащенный кислыми аминокислотами и характерный для многих регуляторов транскрипции;

• центральный, обладающий ДНК-связывающими свойст­вами;

• С-концевой, способствующий олигомеризации (р53 функционирует в виде тетрамера).

Функция р53 в нормальных клетках заключается в связы­вании со специфическими последовательностями ДНК, нахо­дящимися в промоторных участках других генов, и в управле­нии их активностью. Идентифицированы несколько активи­руемых р53 генов, в том числе ген-ингибитор циклинзависи-мой киназы p21(WAFl или Cipl), ген GADD45, индуцируемый повреждениями ДНК; протоонкоген mdm-2', проапоптический ген Ьах. Экспрессию других генов (например, туе и bcl-2) р53, напротив, ингибирует. Повреждение ДНК нормальных клеток приводит к увеличению содержания р53 (за счет главным об­разом посттранскрипционной регуляции), к индукции р53-за­висимых генов, задержке клеток на границе G1/S или апоп­тозу.

Во многих опухолевых клетках (возможно, во всех) гены р53 делецированы или мутантны. Мутации, которые группиру­ются в 4 «горячих» участках, по-разному в зависимости от ло­кализации инактивируют р53:

• missense мутации (замена аминокислоты) в ДНК-связы-вающем домене лишают его способности связываться с ДНК и регулировать экспрессию близрасположенных генов;

• nonsense мутации, укорачивающие белок р53, нарушают его способность к олигомеризации и комплексообразо-ванию с другими белками;

• missense мутации в N-концевом домене влияют на его регуляторные функции.

Возможны и другие причины функциональной инактива­ции р53. Это происходит, например, в результате инфицирова­ния клеток теми вирусами, продукты которых способны взаи­модействовать с р53 (такова, по-видимому, одна из причин возникновения рака шейки матки у женщин, инфицирован­ных вирусом HPV папилломатоза человека). К тому же резуль­тату приводит продукция в избыточном количестве некоторых внутриклеточных белков, способных связывать р53 и лишать его функциональной активности, что происходит, в частнос­ти, при амплификации гена mdm2.

14*

211

(XXJJ0O0OO0 Нормальные клетки Онкогенная I мутация \

Начальная опухоль

Последующие мутации J

Большая опухоль: гипоксия

в центре опухоли индуцирует р53;

блок деления, апоптоз

Мутация р53

Мутентные по р53 клетки делятся и не претерпевают апоптоза

Клональная экспансия