2. Гены – супрессоры (антионкогены) и их роль в делении клетки.

Баланс позитивных и негативных факторов — фундаментальное свойство любой сложной регуляторной системы, в том числе и управляющей клеточным делением. Протоонкогены — элементы позитивной регуляции; они являются акселераторами клеточного деления и в случае превращения в онкогены проявляют себя как доминантный признак.

Вместе с тем, в давних опытах по образованию гетерокарионов (продуктов слияния клеток в культуре) установлено, что свойство туморогенности (способности образовывать опухоли при перевивке животным) ведет себя как признак рецессивный — гетерокарионы, образованные слиянием нормальных и трансформированных (опухолевых) клеток, ведут себя как нормальные. Таким образом, в нормальных клетках явно присутствуют факторы, тормозящие клеточное деление и способные при внесении в опухолевую клетку нормализовать ее. Многие из этих белковых факторов идентифицированы; кодирующие их гены получили название генов-супрессоров или антионкогенов.

Итак, полная опухолевая трансформация клетки является следствием нескольких генетических событий — активации онкогена(ов) и инактивации гена(ов), осуществляющих супрессорные функции.

Рис. 3. Схематическое представление клеточного цикла (пояснения в тексте).

Клетки организма находятся в одном из трех возможных состояний (рис. З): 1 — в митотическом цикле, 2 — в стадии покоя с сохранением возможности вернуться в цикл и, наконец, 3 — в стадии окончательной дифференцировки, при которой способность делиться полностью утрачена (таковы, например, нейроны головного мозга). Образовывать опухоли могут, естественно, только клетки, способные делиться.

Цикл удвоения разных клеток человека существенно варьирует: от 18ч у клеток костного мозга до 450ч. у клеток крипт толстой кишки. Основными его периодами являются митоз (М) и синтез ДНК (фаза S), между которыми выделяют два промежуточных периода — G1 и G2. Во время интерфазы (период между двумя делениями) клетка растет и готовится к митозу.

На протяжении фазы G1 существует ответственный момент (т.н. точка рестрикции R), когда решается, войдет ли клетка в следующий цикл деления или предпочтет стадию покоя G0, в которой она может находиться неопределенно долго до получения митогенного сигнала.

При делении клетки также имеются два критически важных момента: фаза синтеза ДНК и вхождение в митоз, когда действуют своеобразные «контрольно-пропускные пункты» (checkpoints). В этих пунктах проверяется готовность к удвоению (репликации) ДНК — в первом случае и завершенность репликации — во втором. Любое стрессорное воздействие (например, отсутствие питательных веществ, гипоксия и, в особенности, повреждение ДНК) блокирует движение клетки по циклу в одном из двух контрольных пунктов (checkpoints). Следовательно, блокируется этап способный закрепить повреждения ДНК и передать их потомству. Аналогичная цель достигается апоптозом, причем какой путь выберет клетка (блок деления или апоптоз) зависит от многих условий.

Если же дефектны сами «контрольно-пропускные пункты», то дефекты генома не устраняются, передаются потомству и возникает опасность злокачественной трансформации клетки.

В механизме checkpoint участвуют комплексы белков. Их совокупность образуют систему «тормозов», не позволяющих клетке делиться в отсутствие адекватных стимулов и при наличии повреждений ДНК.

Кодирующие эти белки гены получили название генов-супрессоров. Особое значение этой системы заключается в том, что опухолевая трансформация клетки возможна только после инактивации генов-супрессоров. Важно при этом иметь в виду, что в соматической клетке существуют по два аллеля каждого из генов, в том числе и генов-супрессоров, и, следовательно, для их инактивации необходимы два независимых события (например, делеция одного аллеля и мутация другого). Именно в этом кроется причина того, что «спорадические» опухоли возникают относительно редко (вероятность возникновения в одной клетке нескольких независимых мутаций, причем поражающих один и тот же локус обеих хромосом, относительно невелика), а «семейные» чрезвычайно часты (в «раковых» семействах один из двух наследуемых аллелей того или иного гена-супрессора исходно дефектен). В последнем случае система «тормозов» у всех клеток данного организма держится лишь на одном нормальном аллеле, что резко снижает ее надежность и повышает риск возникновения опухоли. Именно это и происходит при наследственной ретинобластоме и других наследственных заболеваниях.

Главным клеточным «хранителем генома» является белок-супрессор р53. Белок р53 активируется при возникновении различных повреждений ДНК и, в частности, при гамма-облучении клеток.

В клетках с интактной ДНК содержание р53 исчезающе мало и соответственно ничто не препятствует активации группы генов, необходимых для вступления клетки в фазу синтеза ДНК. У клеток с дефектным или отсутствующим р53 контрольный пункт G1/ S неполноценен. Это проявляется в том, что повреждения ДНК, индуцированные ионизирующей радиацией или каким-либо другим способом, не приводят ни к задержке клеток на границе фаз G1/S, ни к апоптозу. В результате в популяции накапливаются клетки со множественными нарушениями структуры ДНК; появляется и со временем нарастает нестабильность генома, которая ведет к появлению все новых клеточных клонов. Их естественный отбор лежит в основе опухолевой прогрессии — постоянного «дрейфа» опухоли ко все большей автономности и злокачественности. Именно свойство нестабильности генома наделяет клетки опухоли, с одной стороны, замечательной приспособляемостью к условиям окружающей среды и «увертливостью» по отношению к лечебным воздействиям, а с другой — все новыми качествами, в частности, способностью метастазирования.