Гены — супрессоры рака
В геноме обнаружены гены, тормозящие пролиферацию клеток и обладающие антионкогенным действием. Потеря клеткой таких генов может приводить к развитию рака. Наиболее изученные антионкогены — p53 и Rb.
● Ген Rb бывает утрачен при ретинобластоме (частота ретинобластомы — один случай на 20 тыс. детей). 60% ретинобластом развивается спорадически, а 40% относят к наследственным опухолям с аутосомно-доминантным типом наследования. При наследственном дефекте Rb второй аллель нормален, поэтому развитие опухоли возможно только при одновременном повреждении второго (нормального) гена Rb. При спонтанно развившейся ретинобластоме потеря Rb затрагивает сразу оба аллеля (рис. 7-4).
Рис. 7-4. Мутации гена Rb (супрессора рака) при развитии ретинобластомы.
● Ген-супрессор p53 назван молекулой 1995 г. Существуют «дикая» (неизменённая) и мутированная формы антионкогена p53. В опухолевых клетках при многих типах рака обнаруживают накопление одной из этих форм p53 в избыточном количестве, что нарушает регуляцию клеточного цикла и клетка приобретает способность к усиленной пролиферации (рис. 7-5).
Рис. 7-5. Контроль клеточного цикла геном-супрессором рака p53.
Регуляция пролиферативной активности клетки с помощью p53 происходит через усиление или ослабление им апоптоза. Активация p53 на фоне активации клеточных онкогенов c-fos и c-myc вызывает гибель опухолевых клеток, что наблюдают при действии на опухоль химиопрепаратов и радиации. Мутации p53 или инактивация его другими способами на фоне усиления экспрессии c-fos, c-myc и bcl2, наоборот, приводят к усилению пролиферации клеток и злокачественной трансформации.
ГЕНЫ — РЕГУЛЯТОРЫ АПОПТОЗА
Содержание раздела «Гены — регуляторы апоптоза» смотрите в книге.
ГЕНЫ РЕПАРАЦИИ ДНК
Содержание раздела «Гены репарации ДНК» смотрите в книге.
ОПУХОЛЕВЫЕ МАРКЁРЫ
Традиционные морфологические исследования, как правило, позволяют точно диагностировать дифференцированные опухоли и их метастазы. При низкодифференцированных и недифференцированных злокачественных опухолях используют методы исследования, позволяющие диагностировать изменения на ультраструктурном и молекулярно-генетическом уровнях. С этой целью применяют различные молекулярно-биологические и морфологические методы (ПЦР, гибридизацию in situ, блот- и цитогенетический анализ, иммуногистохимические методы, электронную микроскопию), позволяющие выявлять биомолекулярные маркёры опухолей.
Маркёры опухолей — хромосомные, генные и эпигеномные перестройки в опухолевых клетках, позволяющие диагностировать опухоли, определять степень риска, прогнозировать течение и исходы заболевания. Биомолекулярные маркёры опухолей — более узкое понятие, объединяющее маркёры только белковой природы.
Среди биомолекулярных маркёров выделяют маркёры клеточной дифференцировки (гисто- и цитогенетические) и маркёры прогрессии опухоли (пролиферации, апоптоза, инвазивного роста и метастазирования).
● Маркёры клеточной дифференцировки. Клетки различных типов имеют разный набор дифференцировочных антигенов, или иммунологический фенотип. Экспрессия многих дифференцировочных антигенов зависит от степени зрелости (дифференцировки) опухолевой клетки. Таким образом, маркёры клеточной дифференцировки позволяют оценить не только гисто- и цитогенез опухоли, но и уровень её дифференцировки, функциональную активность опухолевых клеток. Большинство известных дифференцировочных маркёров принадлежит к структурных белкам (белки цитоскелета), ферментам, продуктам секреции (гормоны, иммуноглобулины, муцины), клеточным поверхностным антигенам, компонентам межклеточного матрикса. Известны также белковые опухолевые маркёры, синтезируемые только эмбриональной тканью (α-фетопротеин) и специфические опухолевые антигены (например, антигены меланомы).
● Маркёры прогрессии опухоли. Маркёры клеточной пролиферации широко используют для диагностики, прогнозирования и выбора лечения опухолей. Существует множество морфологических методов, позволяющих выявлять клетки в различных фазах митотического цикла.
◊ Подсчёт числа митозов при световой микроскопии методом ДНК-цито- и гистофотометрии, а также проточной фотометрии — определение процента клеток в фазе митоза (митотического индекса М).
◊ Использование радиоактивной метки (тимидина, бромоксиуридина) — выявление клеток в фазах S, G2, M.
◊ В последнее время применяют иммуногистохимическое определение антигенов митотического цикла: Ki-67 (OMIM *176 741, антиген пролиферирующих клеток MKI67, определяемый коммерческим моноклональным антителам KIA), PCNA (OMIM *176 740, ядерный антиген пролиферирующих клеток PCNA, он же дополнительный белок d ДНК-полимеразы), p105, CDK-2, cdE. Наибольшим диапазоном обладает PCNA, позволяющий выявлять клетки практически во всех фазах митотического цикла. Напротив, селектин (CD62) метит только неделящиеся клетки.
◊ О возможности апоптоза в опухолевых клетках свидетельствует экспрессия многих маркёров: CD95, рецепторов к ФНО-α, ТФР-β, каспаз, Apaf-1, проапоптозных членов семейства bcl2, цитохрома С, p53. Однако о свершившемся апоптозе можно говорить только при характерной фрагментации ДНК, выявляемой методом метки in situ (TUNEL-тест) участков разрыва ДНК, а также по фрагментации PARP (poli-ADP-ribose polimerase, поли-АДФ-рибоза полимераза) или обнаружению фосфатидилсерина на наружной поверхности клеточной мембраны апоптозных телец (Anexin-тест).
ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА ОПУХОЛЕЙ
Основные свойства опухолей — автономный рост, нарушение митоза и апоптоза, наличие атипизма, способность к прогрессии и метастазированию.
АВТОНОМНЫЙ РОСТ
Содержание раздела «Автономный рост» смотрите в книге.
ПАТОЛОГИЯ МИТОЗА И АПОПТОЗА
Для опухолевой ткани характерна патология митоза, выявляемая гистологически и цитологически, а также при проточной цитофотометрии. Митотический цикл, как и в нормальных клетках, состоит из пяти фаз (G0, G1, S, G2, M). Длительность митотического цикла в опухолевых клетках, как правило, равна или больше, чем в гомологичных зрелых неопухолевых клетках. Однако фракция делящихся клеток в опухолевой ткани значительно выше (около 20% клеток).
Нарушение регуляции митоза и апоптоза в опухолевых клетках вызывает их дисбаланс. Дисбаланс между пролиферацией и спонтанным апоптозом существует в виде недостаточного и незавершённого апоптоза.
● Недостаточный апоптоз (по отношению к уровню пролиферации). Снижение уровня апоптоза способствует выживанию мутированных клеток и развитию опухолей, что наблюдают при мутациях p53 и в гормонально-зависимых карциномах молочной, предстательной железы, яичника. Недостаточный апоптоз «запрещённых» клонов активированных B-лимфоцитов, синтезирующих аутоантитела, может приводить к развитию аутоиммунных болезней.
● Незавершённый апоптоз при отсутствии фагоцитоза апоптозных телец, обнаруженный при раке лёгкого. Незавершённый характер апоптоза (без последующего фагоцитоза апоптозных телец) — проявление его патологии при опухолевом росте. Предполагают, что незавершённый апоптоз при раке лёгкого с последующим аутолизом апоптозных телец может ещё в большей степени стимулировать рост опухоли.
Таким образом, рост опухолевой ткани связан, в основном, с увеличением числа делящихся клеток, дисбалансом между митозом и апоптозом, незавершённым характером апоптоза.
АТИПИЗМ
Термин «атипизм» происходит от греч. atypicus — отклонение от нормы. Также используют понятия анаплазия (возврат к эмбриональному этапу развития) и катаплазия (уподобление эмбриональной ткани). Последний термин более правильный, так как при опухолевом росте возврата к эмбриональной ткани не происходит, хотя многие свойства опухолевой ткани сближают её с эмбриональной. В опухолях выделяют морфологический, биохимический, антигенный и функциональный виды атипизма.
МОРФОЛОГИЧЕСКИЙ АТИПИЗМ
Морфологический атипизм (атипизм структуры опухоли) означает, что ткань опухоли не повторяет строение аналогичной зрелой ткани, и клетки опухоли могут быть не похожи на зрелые клетки того же происхождения. Виды морфологического атипизма: тканевой и клеточный.
● Тканевой атипизм — изменение соотношения между паренхимой и стромой опухоли (чаще преобладание паренхимы), изменение величины и формы тканевых структур с появлением уродливых тканевых образований различной величины.
● Клеточный атипизм — появление полиморфизма клеток (как по форме, так и по величине), укрупнение ядер, имеющих часто изрезанные контуры, увеличение ядерно-цитоплазматического соотношения в пользу ядра, появление крупных ядрышек. В результате патологических митозов видны опухолевые клетки с гиперхромными и гигантскими ядрами, многоядерные клетки, фигуры патологических митозов (рис. 7-6).
Рис. 7-6. Клеточный атипизм. Окраска гематоксилином и эозином (x600).
Злокачественным опухолям присущи оба типа морфологического атипизма. Существует положительная корреляция между степенью их выраженности и злокачественностью опухоли. Доброкачественным опухолям свойственен только тканевой атипизм, поскольку они построены из зрелых, дифференцированных клеточных элементов.
Структурные изменения затрагивают все компоненты опухолевой клетки: ядро, цитоплазму, мембраны, органеллы и цитоскелет. Это называют морфологическим атипизмом опухоли. Клеточный атипизм можно наиболее полно изучить с помощью электронной микроскопии.
● Ядра опухолевых клеток, как правило, увеличены, полиморфны, их контуры изрезаны, структура изменена, имеет неупорядоченно расположенный хроматин с конденсацией его в виде глыбок под кариолеммой. Увеличено относительное количество гетерохроматина, содержащего неактивную ДНК, по сравнению с эухроматином, построенным из активно транскрибируемой ДНК. Уменьшение содержания транскрибируемой ДНК, а следовательно, и активно работающих генов в опухолевой клетке означает, что функционально опухолевая клетка примитивна (характерны, в основном, процессы роста и размножения). Увеличение размеров ядра происходит за счёт нарушения процессов эндоредупликации ДНК, полиплоидии, эндомитозов, удвоения хромосом. В ядрах можно увидеть разнообразные включения: вирусные частицы, внутриядерные тельца, тубулярные структуры, пузырьки, выросты, карманы ядерной мембраны.
◊ Ядрышки также изменены. Увеличены их размеры и количество, возникают «персистирующие» ядрышки, не исчезающие во время митозов, увеличены размеры ядрышкового организатора, где сконцентрирована ядрышковая ДНК, кодирующая рибосомальную ДНК.
◊ Ядерная мембрана опухолевых клеток бедна порами, что затрудняет транспорт между ядром и цитоплазмой.
● Поверхность опухолевых клеток. Отмечают увеличение складчатости, появление микровыростов, пузырьков, иногда микроворсинок различной конфигурации и плотности. В области микроворсинок, вероятно, сконцентрированы рецепторы, способные воспринимать канцерогенные агенты.
● Эндоплазматическая сеть опухолевых клеток имеет разную степень развития.
● Митохондрии. Усиление анаэробного гликолиза вызывает уменьшение количества митохондрий, появление крупных и гигантских митохондрий с нарушенной ориентацией крист. Небольшое количество опухолей имеет высокое содержание митохондрий в цитоплазме (онкоцитомы, зернисто-клеточный почечноклеточный рак).
● Цитоскелет опухолевой клетки. Характерна неупорядоченность расположения его компонентов. Микротрубочки образуют перинуклеарную сеть, а микрофиламенты в виде пучков обычно лежат под цитолеммой. Перестройки цитоскелета нарушают взаимодействие молекул адгезии (например, интегринов и кадгеринов), компонентов межклеточного матрикса. Это меняет межклеточные взаимодействия, обеспечивая процессы инвазивного роста и метастазирования.