III. Патогенез опухолей.

1.Онкогены и протоонкогены – определение, общая характеристика.

Нормальные гены, участвующие в переносе митогенного сигнала называются протоонкогенами. Протоонкогены — это собственные гены клеток, которые несут информацию о структуре белков, принимающих участие в регуляции клеточного деления. Протоонкогены есть во всех клетках. Однако в одних клетках они всю жизнь репрессированы, т.е. "молчат", в других они "работают" только в период эмбриогенеза, а в остальных — функционируют в соответствии с поступающими регуляторными сигналами.

Протоонкогены являются клеточными аналогами вирусных онкогенов.

Считают, что вирусные онкогены представляют собой протоонкогены, попавшие в геном вирусов в результате длительной эволюции последних. Это объясняется тем, что вирусы, проходя через клетки, могут "воровать", т.е. прихватывать с собой клеточные гены.

Исходным положением в современной концепции онкогенеза является то, что различные канцерогенные воздействия при определенных условиях прямо или опосредованно вызывают мутацию соматических клеток, т.е. изменяют свойства определенных структур ДНК, контролирующих деление и созревание клеток (см. рисунок механизмы канцерогенеза).

Так, при действии остро трансформирующих вирусов, сам вирусный онкоген вызывает опухолевую трансформацию клетки - т.н. эпигеномный механизм опухолевой трансформации. С другой стороны под действием физических, химических факторов и вирусов, не содержащих онкогены возможна активация собственных протоонкогенов, они превращаются в онкогены и вызывают опухолевую трансформацию. Т.о. онкогены не являются специфическими компонентами лишь одних вирусов, а существуют в норме во всех клетках организма в форме неактивных протоонкогенов и при стимуляции, превращаясь в онкогены, усиливают митотическое деление клеток. Протоонкогены обнаружены в составе ДНК клеток практически всех живых существ от одноклеточных до животных и человека. Вирусы являются переносчиками протоонкогенов, которые, находясь в составе вирусов, меняют свои свойства, превращаясь в онкогены.

В настоящее время обнаружено большое число онкогенов, (более 20) которые обеспечивают образование различных онкобелков с различными функциями. Эти онкогены обозначают соответственно по нахождению – в вирусе (v-virus) или в клетке (c-cellule), а также по характеру опухоли; например: v-src-вирус саркома Рауса, v-sis – вирус саркомы обезьян (simian – обезьяна), c-myc – клеточный онкоген миелоцитарного лейкоза, c-erb – клеточный онкоген эритробластоза, c - myb – клеточный онкоген миелобластного лейкоза.

Онкогены кодируют все белки (онкобелки), ответственные за вовлечение клетки в процесс деления. В зависимости от продуктов, информацию о которых несут онкогены вирусов и протоонкогены клеток, их делят на следующие группы (рис. 56).

1). Онкогены, кодирующие факторы роста или их аналоги.

Ростовые факторы (регуляторы пролиферации)- это небольшие белки, которые секретируются одними клетками и действуют паракринным образом на другие. Существует несколько семейств ростовых факторов, члены каждого из которых объединены структурной гомологией и функциональным сходством. Одни из них стимулируют пролиферацию (например, эпидермальный фактор роста -ЭФР и тромбоцитарный фактор роста –ТцФР), а другие (ФНО, интерфероны) — ее подавляют.

Примером онкогена, кодирующего факторы роста является sis-онкоген вируса саркомы обезьян и аналогичный протоонкоген клеток, кодирующих структуру тромбоцитарного фактора роста (ТцФР).

2). Онкогены, кодирующие клеточные рецепторы факторов роста.

Рецепторы к ростовым факторам расположены на клеточной поверхности. Каждая клетка обладает своим особым репертуаром рецепторов и, соответственно, своим особым набором ответных реакций. Тирозинкиназные рецепторы (ТКР) состоят из нескольких доменов: внеклеточного (взаимодействующего с лигандом), трансмембранного и подмембранного, обладающего тирозинпротеинкиназной активностью (см. рис.56 - 3).

При связывании с ростовыми факторами (например, ЭФР) молекулы рецепторов инициируют реакции, вследствие чего возникает трансмембранный перенос сигнала — зарождение той волны «возбуждения», которая распространяется затем в виде каскада реакций фосфорилирования внутрь клетки и благодаря которой митогенный стимул достигает в конце концов генетического аппарата ядра.

Примерами онкогенов, кодирующих клеточные рецепторы факторов роста, является онкоген вируса лейкоза кур erb-B, он несет информацию о видоизмененном рецепторе к эпидермальному фактору роста (ЭФР), и scr-онкоген вируса саркомы Рауса и соответствующий протоонкоген клеток, кодирующие тирозинспецифические протеинкиназы.

3). Онкогены, кодирующие структуру белков, переносящих информацию от рецепторов плазматической мембраны клетки к ядру.

Одним из наиболее важных является сигнальный путь с участием Ras-белков (это подсемейство т.н. G белков, образующих комплексы с гуаниловыми нуклеотидами; Ras-GTP — активная форма, Ras-GDP — неактивная). Он опосредует разнообразные сигналы, исходящие из внешней среды, и функционирует, по всей вероятности, в каждой клетке организма. Ras-белки играют роль своеобразного турникета, через который должен пройти почти любой из поступающих в клетку сигналов. Критическая роль этого белка в регуляции клеточного деления известна с середины 80-х годов, когда активированная форма соответствующего гена (онкоген ras') была обнаружена во многих опухолях человека. Примерно 30% всех опухолей человека содержат мутантные варианты белков ras. Причем для карцином толстой кишки, поджелудочной железы и щитовидной железы этот показатель еще выше.

Ras-опосредованный сигнальный путь контролирует т.н. MAP (mitogen achvated ргоtein)-киназный каскад, т.е. каскад реакций фосфорилирования, возникающий как следствие митогенной активации клетки. Активность ферментов, участвующих в киназных каскадах, уравновешивается активностью противодействующих им и находящихся под столь же строгим контролем фосфатаз. Результатом активации МАР-киназ является индукция ряда факторов транскрипции и, как следствие, стимуляции активности ряда генов.

4). Онкогены, кодирующие структуру ядерных белков-регуляторов.

Все системы и пути сигнальной передачи замыкаются в ядре клетки и воздействуют на отвечающие гены, которые организуют продвижение клетки через митотический цикл. Репликация ДНК и деление клетки регулируются семейством генов, продукты которых локализуются в самом ядре, где они контролируют транскрипцию генов, связанных с ростом. Неудивительно, что эти гены ассоциируются со злокачественной трансформацией. Известна внутриядерная локализация множества онкобелков, производных онкогенов myc, myb, jun и fos.

Рис.2. «Рефлекторная дуга» митогенного сигнала.

Нарушение регуляции экспрессии гена с-myc встречается при лимфоме Беркита, В-клеточных опухолях, тогда как усиление N-myc и L-myc – в нейробластомах и мелкоклеточном раке лёгкого (Рис.3.).

Продукты вирусных онкогенов являются аналогичными продуктам протоонкогенов, т.е. собственным белкам клеток, принимающим участие в регуляции клеточного деления. Однако есть и некоторые отличия, связанные с различиями в структуре вирусных онкогенов и протоонкогенов. Именно эти различия делают продукты вирусных онкогенов собственно онкогенными для клетки.

Выделяют несколько механизмов трансформации протоонкогена в онкоген:

1). Активация протоонкогена клетки при включении в ее геном вирусного промотора – инсерционная активация.

2). Амплификация – увеличение числа одинаковых копий онкогена, что приводит к возрастанию синтеза онкобелков. При этом могут появляться добавочные участки хромосом.

3). Транслокация участка хромосом в другое место той же или другой хромосомы, что приводит к активации протоонкогена (Ph-хромосома).

4). Точечная мутация протоонкогена, приводящая к его активации (экспрессии).

5). Гипометилирование – уменьшение метилирования ДНК, 5-метилцитозин заменяется на тимин, что является мутацией и может активировать протоонкоген. Гипометилирование наблюдается при старении организма, сопровождаясь возрастанием частоты возникновения опухоли.

К онкогенам относят также гены, ответственные за такие свойства злокачественных клеток как: иммортальность, инвазивный рост, тумурогенность, метастазирование. Эти онкогены дополняют друг друга, т.е. являются комплементарными. Их включение происходит независимо друг от друга и неодномоментно и обусловливает опухолевую прогрессию.