Биохимические основы канцерогенеза

факторы. Если изменена структура протоонкогенов вследствие мутации, то протоонкогены становятся онкогенами, увеличивая скорость синтеза ФР, рецепторов к ним, что ведет к дисбалансу факторов роста и трансформации нормальной клетки в опухолевую.

Рис. Формирование клеточного ответа на сигналы факторов роста:

R - рецепторы, Тир-Пк – тирозин-киназа, ПК – протеин-киназы, н/а – неактивные,

а - активные

Ряд факторов роста не способны проникать в клетку, они имеют рецепторы тирозин-киназного типа; образовавшийся комплекс приводит к фосфорилированию клеточных белков (факторов транскрипции).

Другие факторы роста подобно гормонам реализуют свои пролиферативные стимулы, используя систему внутриклеточных трансдукторов их сигнала (G-белков, ras-белков, Raf I-связывающего белка, ферментов аденилатциклазы, гуанилатциклазы или фосфолипазы С). Они индуцируют образование в клетке классических вторичных мессенджеров (цАМФ, цГМФ, инозитолтрифосфата), с последующей активацией специфичных митоген-активируемых протеинкиназ (MAPkinases). МАР-зависимый сигнальный каскад реализует путем фосфорилирования - активацию факторов транскрипции (C-MYC, Jun, Fos, TGF-α, ErbA, Myb). Далее реализуются эффекты при участии систем: циклин D-Cdk4,6; циклин Е-Cdk 2, обеспечивающих переход и саму S-фазу цикла.

Липофильные факторы роста свободно проникают в цитоплазму, образуя рецепторный комплекс ФР-R, проникают в ядро и непосредственно активируют регуляторные зоны ДНК. Этот же механизм реализует рост-стимулирующие сигналы стероидных гормонов - эстрогенов, прогестинов при РМЖ, андрогенов при раке простаты, их влияние на синтез клеткой факторов роста - запускают синтез белковых факторов, активирующих пролиферацию (трансформирующего фактора роста альфа

(TGF-alfa), ИФР-1), подавляют синтез ингибирующих рост белков (TGF-beta)). В

лечении ряда опухолей антиэстрогены реализуют свои эффекты за счет ↓синтеза

TGF-α и ↓ экспрессии ИФР-1, и его рецепторов в эстроген-рецептор-позитивных клетках.

В нормальных клетках присутствуют также гены – антионкогены (гены-

супрессоры), они кодируют белки, сдерживающие клеточный рост, контролируют нормальную дифференцировку клеток (Р53, APC, Rb), предотвращают развитие опухоли. В настоящее время установлено более 10 генов-супрессоров опухолей,

кодирующих регуляторные белки, ингибирующие аномальный рост и трансформацию клеток: rb1, Р53, Р15, Р16, Р21 и др. Инактивация генов-супрессоров ведет к развитию некоторых онкологических заболеваний.

Для ряда опухолей ключевым этапом в канцерогенезе являются мутации генов-

супрессоров, например, ретинобластомы (Rb), семейного полипоза толстой кишки

(АРС-ген adenomatouspolyposiscoli), спорадического рака ободочной кишки. Рост

опухоли может быть связан не только с усилением пролиферации, но и с уменьшением числа ее гибнущих клеток за счет подавления апоптоза. Этими эффектами обладают онкогены семейства bcl-2, c-myс и мутировавший р53.

В норме антионкоген p53 кодирует ядерный белок, активизирующий, либо подавляющий экспрессию ряда генов, регулируя прохождение клеточного цикла через G1-фазу. Р53 функционирует в форме тетрамера и связывается с регуляторными участками ДНК. При повреждении ДНК Р53 предупреждает репликацию такой поврежденной ДНК - обратимо удерживает клетки в этой фазе через активацию транскрипции ингибитора циклин-зависимой протеинкиназы WAF-1 для репарации ДНК. Ген Р53 кодирует ядерный фосфопротеин, препятствующий вхождению клеток с повреждениями ДНК в S-фазу, пока эти повреждения не будут устранены.

Рис. Роль антионкогенов и белка Р53

Если повреждение ДНК нерепарируемое, то Р53 активирует апоптоз уничтожая поврежденную клетку, способную трансформироваться через модулирование экспрессии bcl-2 и Вах (экспрессия антиапоптотического гена bcl-2 снижается, аВах,

запускающего апоптоз, - увеличивается). Мутантный тип р53 наоборот ингибирует

апоптоз подобно онкогену bcl-2. Таким образом, многие химические соединения или физические воздействия, а также вирусы могут вызывать мутации ДНК, не летальные для клеток и провоцирующие экспрессию протоонкогенов или депрессию антипротоонкогенов, что может приводить к трансформации нормальной клетки в опухолевую.

4.Последствия повреждения ДНК клетки канцерогенами

Рис. Последствия повреждения ДНК клеток канцерогенами

Генетические аспекты канцерогенеза. Мутационная теория канцерогенеза рассматривает опухоли как генетические заболевания, патогенетическим субстратом которых является повреждение генетического материала клетки под воздействием внешних и внутренних канцерогенных факторов:

1.соматические точечные мутации, хромосомные аберрации,

рекомбинации вызывающие превращение протоонкогенов в онкогены или резко

повышающие уровень их экспрессии;

2. стойкое деметилирование ДНК при отсутствии повреждений самих онкогенов, вызывающее гиперэкспрессию клеточных онкогенов и опухолевую трансформацию. Следствием данных изменений ДНК является нарушение механизмов контроля за пролиферацией и дифференцировкой клеток,

бесконтрольное деление клеток и возникновению опухоли.

Рис. Система репарации ошибок репликации ДНК

О нарушениях в работе ДНК-репарирующей системы свидетельствует микросателлитная нестабильность опухоли.

Микросателлитные последовательности (МП) - короткие некодирующие последовательности ДНК, которые повторяются в геноме много раз. В опухолях, в

отличие от нормальной ткани, МП варьируют по длине, указывая на то, что опухолевые клетки либо теряют, либо приобретают лишние нуклеотиды. Это явление может наблюдаться в том случае, если в ходе репликации две нити ДНК скользят друг относительно друга. В зависимости от направления скольжения новая нить ДНК будет короче или длиннее родительской. В результате во вновь синтезированной

двухцепочечной ДНК появятся небольшие петли неспаренной ДНК, которые в нормальных тканях устраняются репарирующей системой.

Клетка становится самодостаточной в генерации сигналов пролиферации;

нечувствительной к сигналам, подавляющим ее рост; способной ослабить или избежать развитие апоптоза, стимулировать ангиогенез. Клетка является генетически нестабильной, не подвергается клеточной дифференцировке, характеризуется изменением морфологии и локомоции, что сопровождается приобретением свойств к инвазии и метастазированию.

5.Химический канцерогенез

Химические вещества – канцерогены делят на 3 группы.

1 категория - канцерогенные вещества и их производные; 2 категория - вероятно канцерогенные вещества (акрилонитрил, эпихлоргидрин, 1,4-

диоксан, гидрохлорид феназопирина); 3 категория - вещества неизвестной природы (из-за недостатка данных невозможно

классифицировать фторурацил, бензилхлорид, фенобарбитал, сахарин).

Большинство химических канцерогенов (ХКГ) поступают в организм в виде

проканцерогенов,		а	затем
метаболизируются		в	организме
непосредственно	в	токсические
соединения,			способные
взаимодействовать	с	ДHК, РHК,

белками. Биотрансформация

ксенобиотиков (канцерогенов и их производных) реализуется в две

фазы, в каждую из которых могут образовываться канцерогены из соединений,

являющихся проканцерогенами.

1. Первый этап детоксикация (преконъюгация) обеспечивается ферментами эндоплазматического ретикулума (ЭПР), в т.ч. микросомального окисления в

системе цитохрома Р450. Реализуются окислительные реакции карбоксилирования,

гидроксилирования, фосфорилирования:

•окислительное гидроксилирование алканов и алкенов, алкильных боковых радикалов циклических соединений (биотрансформация моноциклических анилина,ацетанилида, хлорсодержащих циклов - пестицидов)

•окислительное N-, O-дезалкилирование

•восстановление нитро- и азосоединений

•восстановительное дегалогенирование

•свободно-радикальное окисление и повреждение биомолекул (нуклеиновых кислот, белков, липидов)

2.Второй этап – коньюгирование модификатов, затем выведение образованных глюкуронидов, сульфатов и пр. из организма.

Рис. Образование канцерогенов из ПАУ под влиянием ферментов

детоксикации ксенобиотиков

При заболеваниях печени нарушение процессов детоксикации может иметь непосредственную угрозу, особенно при длительном и значительном поступлении ХКГ в организм. Особенности детоксикации и выведения метаболитов ХКГ из организма делают мишенями по развитию рака ряд органов, прежде всего печень,

мочевой пузырь, легкие.

Химические канцерогены по структуре:

•полициклические ароматические углеводороды (ПАУ) и гетероциклические соединения (бензапирен в дегте, саже, продуктах неполного сгорания, в табачном дыме, копченостях, консервах) - аккумулируется, вызывает развитие рака кожи и легких;

•ароматические амины - вещества, имеющие структуру дифенила, либо нафталина

(2-нафтиламин, 2-амино-1-нафтол - побочный продукт производства красителей)

-потенциальный канцероген рака мочевого пузыря;

•амино-азосоединения (азокрасители натуральных и синтетических тканей, в

цветной печати, косметике, ранее - добавки к маргарину и маслу) - способны вызывать развитие рака печени, мочевого пузыря;

•нитрозамины, нитрозосоединения (в производстве красителей, лекарств,

полимеров, пестицидов; нитрозамины синтезируются при запекании мяса, рыбы)

-индуцируют возникновение злокачественных опухолей лёгких, желудка,

пищевода, печени и почек;

•афлотоксины - природные канцерогены растений и плесневых грибов (афлотоксин

Asрergillus flavus - продукт гниения злаковых культур и орехов, вызывающий рак печени; антибиотики грибов);

•металлы (никель, хром, беррилий, кадмий, кобальт, мышьяк, свинец, ртуть);

•волокнистые и неволокнистые силикаты (асбест).

Рис. Метилирование ДНК продуктами метилирования нитрозаминов

Рис. Метаболизм 2-нафтиламина

Химические канцерогены по механизму действия:

1.Канцерогены прямого действия (генотоксические) - соединения N-

нитрозоалкилмочевины, азотистый иприт, диэпоксибутан, β-пропиолактон -

имеют положительный заряд и высокую реакционную способность, образуют стойкие связи с отрицательно заряженными нуклеофильными группами молекул ДНК. При репликации нуклеотид, связанный с остатком канцерогена, может быть неправильно считан ДНК-полимеразой, что приводит к мутациям.

2.Канцерогены непрямого действия (негенотоксические, промоторного типа) -

пестициды, гормоны, волокнистые материалы, пр. воздействуют в высоких дозах, длительно, беспрерывно.

Механизмы действия:

•промоция спонтанной инициации,

•митогенный эффект (активируют пролиферацию),

•оксидативный стресс,

•торможение апоптоза,

•нарушение межклеточных щелевых контактов.

Возможно участие в гентоксическом канцерогенезе производных эстрогенов – катехолэстрогенов (2-, 4-гидроксиэстрадиола и 2-, 4-гидроксиэстрона). Большинство канцерогенных химических соединений в окружающей среде имеют антропогенное происхождение.

6.Радиационный канцерогенез

Различают 3 вида излучений - лазерное, ультрафиолетовое, ионизирующее.

•гамма-лучи ионизирующего излучения обладают максимальной проникающей способностью, беспрепятственно проходя через все тело.

•альфа- и бета-радиактивные изотопы имеют наибольшее поражающее действие при попадании внутрь организма или на раневые и ожоговые поверхности.