III. Физиологические особенности опухолевой клетки.

В опухоли в значительной степени изменяется и физиология клеток. Одним из этих изменений является потеря опухолевыми клетками контактного торможения. В культуре нормальной ткани при тесном контакте между клетками рост и размножение угнетаются. Опухолевые клетки, не зависимо от тесного контакта между собой, продолжают расти и размножаться, при этом образовывая многослойные участки. Считают, что в основе этого явления лежит изменение структуры цитоскелета – фосфорилирования белков цитоскелета, повышение негативного заряда клетки вследствие уменьшения количества электроотрицательных радикалов нейроаминовой кислоты в мембране клеток. Все это обусловливает потерю контактного торможения клеточного деления.

ЭТИОЛОГИЯ ОПУХОЛЕЙ.

Все факторы делятся:

I. По характеру действия:

1. Канцерогенные (мутагенные, бластомогенные).

2. Коканцерогенные (эпигенетические) – усиливают канцерогенные факторы (фенобарбитал, кротоновое масло – содержит фарболовые эфиры, которые активируют протеинкиназу).

II. По происхождению:

1. Химические.

2. Биологические.

3. Физические.

Химические канцерогены.

I. По происхождению:

1. Экзогенные.

2. Эндогенные (фолликулостимулирующий гормон, производные фенилаланина, триптофана, тирозина – индол, свободные радикалы и перекиси, желчные кислоты, холестерин, никотиновая кислота).

II. По химическому строению:

I. Органические.

1. Полициклические ароматические углеводные (ПАВ). К ним относятся – бензил, 3,4-бензпирен, метилхолантрен. ПАВ содержаться в дыме и смоле табака, в пережаренном масле, в выхлопных газах, в копченых продуктах, а также в нефти, битуме и асфальте. ПАВ свойственно местное канцерогенное действие, при введении под кожу они вызывают саркому, при нанесении на кожу – рак, в организме – опухоли тех органов, где они накапливаются (при выделении с молоком образуются опухоли молочных желез, с мочой – опухоли почек и лоханок, сальными железами кожи - опухоли кожи).

2. Ароматические амины и амиды (β-нафтиламин, бензидин, диметиламиноазобензол) – свойственно органоспецифическое действие. β-нафтиламин у человека и животных вызывает рак мочевого пузыря, диметиламиноазобензол – рак печени.

3. Нитрозамины, которые образуются в желудке из нитритов и аминов в присутствии HCl. Для них также характерна органоспецифичность – диетилнитрозамин вызывает рак печени и пищевода, метилнитрозомочевина – опухоли головного мозга, триметилнитрозомочевина – опухоли головного мозга и периферической нервной системы.

4. Афлотоксины из Aspergillus flavum стеригматоцистин из Aspergillus nidulans (грибы) – паразитируют на арахисе, кукурузе, рисе, яйцах, порошковом молоке. В очень маленьких дозах способны вызывать опухоли печени.

5. Другие – уретан, CCl4, эпоксиды, пластмассы, перекиси.

ІІ. Неорганические.

К ним относятся: хром, мышьяк, кобальт, никель, бериллий, свинец, кадмий.

ІІІ. По механизму действия.

1. Инициаторы (трансформаторы, мутагены).

2. промоторы (активаторы, эпигеномные).

Биологические канцерогены.

І. РНК-содержащие вирусы.

1. РНК-содержащие вирусы спиралевидной формы, которые размножаются в цитоплазме – вирусы лейкоза мышей и кур, саркомы Рауса, вирус молока Биттнера и др.

2. Ретровирусы – они имеют обратную трансриптазу, РНК-зависимую ДНК-полимеразу, благодаря чему способны передавать информацию в обратном направлении – от РНК до ДНК. У человека выделен ретровирус из лейкозных клеток – HTLV-I (Human T. Lymphoma Virus), который вызывает Т-лимфоцитарный лейкоз.

ІІ. ДНК-содержащие вирусы.

1. Папова /papova – от начальных букв от опухолей – papilloma, polioma, vacuolization/, (папиллома, полиома, вакуолезирующий вирус обезьян-SV₄₀).

2. Крупные ДНК-содержащие вирусы, которые размножаются в цитоплазме, образуя характерные внутриклеточные включения – вирус фибромы Шоупа, вирус Яба, вирус контагиозного моллюска.

   • А) Аденовирусы.

   • Б) Герпесовидные. У людей – рак шейки матки, В-лимфома Беркитта (вирус Эпштейна-Барр).

   • С) Гепаднавирусы (рак печени, гепатит В).

   • Д) Поксвирусы.

Физические канцерогены.

Физический канцерогенез связан с действием следующих факторов – ионизирующее излучение, ультрафиолетовое излучение, повышенная температура, механическое трение.

ПАТОГЕНЕЗ ОПУХОЛЕЙ.

Основные этапы процесса развития опухолей:

1. Трансформация (инициация) – превращение нормальной клетки в опухолевую.

2. Промоция (активизация) – размножение опухолевой клетки и образование опухолевого узла.

3. Прогрессия – обретение опухолью большей злокачественности.

Инициация – это многоступенчатый процесс, который состоит в обретении исходной нормальной клеткой способности неограниченно размножаться и передавать эту способность дочерним клеткам.

Считается, что в развитии трансформации имеют значение два механизма – мутационный и эпигеномный. Мутационный канцерогенез связан с генными мутациями, следствием которых будет расторможение генов-инициаторов клеточного деления. Эпигеномный механизм состоит в изменении экспрессии генов, когда в отсутствие мутации создается стойкое нарушение нормальной регуляции генома, что приводит к безграничному росту.

К сожалению, в нынешнее время, известны далеко не все мутационные механизмы. Считают, что под действием различных канцерогенов в клетке происходит экспрессия определенной группы протоонкогенов.

Механизмы экспрессии протоонкогенов.

Экспрессия протоонкогенов связана с действием различных канцерогенов – ионизирующего излучения, химических канцерогенов, вирусов.

Выделяют два типа влияния вирусов:

1. В структуре вируса онкоген, как правило, не выполняет никакой функции. При внесении вирусного онкогена в клеточный геном возникает его активация (активирует онкогены сам механизм встраивания) – происходит синтез онкобелка.

2. Вирус может внести в клетку не онкогены, а ген-промотор. Промотором называют фактор, который не владеет канцерогенным действием, но при определенных условиях он может этот процесс усиливать. При этом промотор должен встраиваться вблизи клеточного протоонкогена.

Химические и физические канцерогены могут стимулировать мутационный механизм экспрессии онкогенов. В основе мутационного механизма лежат соматические мутации. По своему характеру они могут быть как хромосомными, так и генными. К хромосомным относятся хромосомные аберрации, делеции, транслокации, инверсии – все варианты, когда возникает разрыв хромосомы, что приводит к экспрессии онкогенов и высвобождении онкогена из-под компенсирующего влияния генома. В процессе хромосомных аберраций может проявляться влияние гена-промотора. При хроническом миелолейкозе в лейкоцитах находят измененную 22-ю филадельфийскую хромосому. Эта мутация является следствием взаимной транслокации 9 и 22 хромосом, при чем 9-я хромосома получает избыток материала, а 22-я теряет часть плеча. В процессе транслокации с 9-й на 22-ю хромосому переносится промотор, который встраивается рядом с онкогеном. Следствием является стимуляция онкогена myc, образуется ДНК-связывающий онкобелок – митоген.

Точечные мутации также могут приводить к экспрессии онкогенов, при чем для некоторых онкогенов типичны именно точечные мутации, например, онкогены семейства ras. Возможна мутация в самом онкогене или в гене регуляторе со сменой в репрессоре, который регулирует активность онкогена.

Следующий механизм экспрессии связан с действием транспозонов. Транспозоны – это подвижные, блуждающие или прыгающие гены. Они двигаются вдоль ДНК и могут встраиваться в любой участок. Их физиологическая функция – усиление активности того или иного гена. Транспозоны могут также выполнять функцию экспрессии онкогенов, исполняя функцию промоторов.

К эпигеномным механизмам экспрессии относится амплифмкация – это увеличение копий генов, полученных для усиления активности гена (может быть от5 до 10 копий). В условиях действия канцерогена количество этих копий достигает 500-700 и более.

Есть еще один эпигеномный механизм – демитилирование ДНК – деметилизированный участок становится активным.

На стадии инициации наблюдается чаще всего экспрессия генов myc и myt (продукты этих онкогенов относятся к ДНК-связывающим митогенам), стимулируется бесконтрольная пролиферация, но пока еще нарушения дифференциации не возникает и функция сохраняется. На этом этапе имеет значение снятие лимита Хейфлика и блокада апоптоза. Это достаточно длительная и латентная фаза, клетка в этой фазе может вернуться на путь нормального развития, но и может перейти в следующую фазу – фазу трансформации.

Трансформация возникает если на инициированную клетку продолжает действовать канцерогенный фактор, при этом происходит экспрессия новой группы онкогенов. В культуре клеток с наибольшей постоянностью наблюдается экспрессия характерных для этой фазы онкогенов семейства ras (продукты этих онкогенов связывают гуанозин-3-фосфат) и sis. Экспрессия этих онкогенов приводит к малигнизации клетки – нарушается дифференциация и пролиферация клеток.

Опухолевые клетки обладают способностью чужеродности для организма. Считают, что опухолевые клетки образуются постоянно, но при достаточном иммунном контроле они уничтожаются. Переход в стадию опухолевой прогрессии зависит от иммунологической активности.

Антигенные способности опухолевой клетки могут проявляться несколикими механизмами:

1. Антигенное упрощение. Особенно важны качественные изменения глюкопротеидов – укорачиваются углеводные цепи.

2. Антигенное усложнение – появление несвойственных компонентов – увеличение фосфотирозинов.

3. Реверсия – появление эмбриональных белков в составе мембран опухолевой клетки (α-фетопротеин).

4. Дивергенция – появление в тканях антигенов, не свойственных данной ткани, это как бы обмен антигенными фрагментами.

Классификация онкобелков.

І. По локализации:

1. Ядерные онкобелки (теломераза, ингибиторы эндогенных эндонуклеаз).

2. Мембранные онкобелки (факторы роста, рецепторы к факторам роста, активаторы аденилатциклазы и гуанилатциклазы).

3. Цитоплазматические.

Стабильная локализация только ядерных онкобелков, мембранные онкобелки могут перемещаться в цитоплазму и наоборот.

ІІ. По функции:

1. Ядерные ДНК-связывающие белки – митогены. Они выполняют функцию стимуляции деления клеток. К этой группе относятся продукты онкогенов myc, myt.

2. Гуанозин-3-фосфатсвязывающие онкобелки. К этой группе относятся продукты онкогенов семейства ras. Гуанозин-3-фосфатсвязывающие онкобелки способствуют накоплению в клетке циклического гуанозинмонофосфата, которое ведет к ориентации клеток в сторону опухолевого роста.

3. Тирозинзависимые протеинкиназы. Способствуют фосфорилированию белков по тирозину, увеличивают содержание в клетке фосфотирозина. Мишенью для онкобелков является винкулин, и фибриноген. При действии онкобелка на эти мишени в них увеличивается содержание фосфотирозинов в 6-8 раз. При увеличении фосфотирозинов в этих белках, которые входят в состав мембраны, изменяются свойства клеточно мембраны – снижается свойство адгезивности, нарушается контактное торможение.

4. Гомологи факторов роста и рецепторов факторов роста. Факторы роста образуются вне клетки, переносятся гематогенным путем, взаимодействуют со специфическими рецепторами. Онкобелок, который выполняет функцию фактора роста образуется в самой клетке в результате экспрессии онкогена, потом взаимодействует с рецепторами, что приводит к стимуляции роста (механизм аутокринной стимуляции роста). Примером такого онкобелка может служить продукт онкогена sis. Онкобелок P28sis – это тромбоцитарный фактор роста, который в нормальных тканях стимулирует образование тромбоцитов, его мишенями являются клетки-предшественники тромбоцитов. В этом случае ген sis слабо экспрессированный, но, если возникает экспрессия онкогенов – внутри клетки начинает образовываться тромбоцитарный фактор роста, который стимулирует разрастание клеток. Онкобелки могут выполнять функцию рецепторов роста, они также образуются в клетке в результате экспрессии онкогена, локализируются в клеточной мембране. Онкобелок-рецептор начинает взаимодействовать с любым фактором роста, теряет специфичность, что также приводит к стимуляции клеточной пролиферации.

5. Видоизмененные мембранные рецепторы (псевдорецепторы). В этой группе представлены белки, которые относятся к группе тирозинзависимых протеинкиназ, но есть и другие. В псевдорецепторе соединены две функции – функция фактора роста и рецептора фактора роста. Для того, чтобы белки начали выполнять свою функцию, необходима экспрессия протоонкогенов в онкогены.