Ростовые факторы

Всем нормальным клеткам для вступления в пролиферацию необходима стимуляция ростовыми факторами. Большинство растворимых ростовых факторов производится клетками одного типа и действует на соседние клетки, стимулируя их пролиферацию (паракринный механизм). Многие опухолевые клетки приобретают автономность роста в результате способности синтезировать те ростовые факторы, к которым они чувствительны. Например, многие глиобластомы секретируют тромбоцитарный фактор роста (ТРФ, platelet-derived growth factor – PDGF) и одновременно экспрессируют рецептор тромбоцитарного фактора роста; многие саркомы производят трансформирующий фактор роста α и его рецептор. Подобные аутокринные петли довольно распространены во многих типах опухолей. Гены, кодирующие гомологи факторов роста фибробластов (например, hst-1 и FGF3), были обнаружены в некоторых опухолях желудочно-кишечного тракта и молочной железы; FGF-2 экспрессируется в клетках меланомы, но не в нормальных меланоцитах. Фактор роста гепатоцитов (hepatocyte growth factor, HGF) и его рецептор c-Met, экспрессируются в фолликулярных раках щитовидной железы. В большинстве случаев, сам по себе ген фактора роста не поврежден или мутирован, но продукты других онкогенов (например, RAS) стимулируют избыточную экспрессию генов факторов роста и последующее формирование аутокринной петли.

Рецепторы факторов роста

Следующая группа в цепочке передачи сигналов – рецепторы факторов роста. Были идентифицированы некоторые онкогены, появляющиеся в результате избыточной экспрессии или мутации рецепторов факторов роста. Мутантные рецепторные белки постоянно подают клетке митогенные сигналы, даже при отсутствии ростовых факторов в окружающей среде. Чаще чем мутации, наблюдается избыточная экспрессия рецепторов факторов роста, что делает опухолевые клетки более чувствительными к концентрациям ростовых факторов, которые в нормальных условиях не вызвали бы пролиферацию. Одним из наиболее изученных в этом плане является семейство рецепторов эпидермального фактора роста (epidermal growth factor, EGF). ERBB1, рецептор EGF, в избытке экспрессируется в 80% плоскоклеточных раков легкого, более чем в 50% глиобластом и в 80-100% эпителиальных опухолей головы и шеи. Родственный рецептор, называемый HER2/NEU (ERBB2), амплифицирован в 25-30% раков молочной железы, в аденокарциномах легкого, яичника и слюнных желез. Эти опухоли чрезвычайно чувствительны к малым количествам ростовых факторов, а высокий уровень белка HER2/NEU в раке молочной железы свидетельствует о худшем прогнозе. Важность HER2/NEU в патогенезе рака молочной железы наиболее ярко иллюстрируется клинически успешным применением анти-HER2/NEU антител, блокирующих внеклеточный домен рецептора. Лечение рака молочной железы с помощью антител к HER2/NEU – элегантный пример того, как новые научные открытия успешно используются в клинической медицине*.

Сигнал-передающие белки

Довольно распространенный механизм, посредством которого опухолевые клетки приобретают автономность роста, это мутации генов, кодирующих различные компоненты сигнальных путей рецепторов факторов роста. Эти сигнальные молекулы осуществляют связь между рецепторами и их ядерными мишенями. Многие из этих сигнальных белков связаны с внутренней поверхностью клеточной мембраны, где они получают сигналы от активированных рецепторов факторов роста и передают их в ядро либо посредством вторичных мессенджеров, либо посредством каскада фосфорилирования и активации молекул сигнальной трансдукции. Двумя важными представителями этой категории являются RAS и ABL. Поговорим кратко о каждом из них.

Наиболее часто подвергается мутациям в опухолях человека протоонкоген RAS. Приблизительно 30% всех опухолей человека имеют мутированные варианты гена RAS, в некоторых опухолях они встречаются чаще, чем в других (например, аденокарциномы толстого кишечника и поджелудочной железы). RAS является членом семейства небольших G белков, которые связывают гуаниловые нуклеотиды (гуанозин трифосфат [ГТФ] и гуанозин дифосфат [ГДФ]), также как и крупные тримолекулярные G белки. Нормальные RAS белки попеременно находятся в двух состояниях: возбужденном (тогда они способны передавать сигналы) и состоянии покоя. RAS, связанный с ГДФ находится в неактивном состоянии; стимуляция клеток факторами роста ведет к замене ГДФ на ГТФ, что приводит к конформационным изменениям и образованию активного RAS (рис. 6-18). Активированный RAS, в свою очередь, стимулирует регуляторы пролиферации следующего уровня, такие как RAF-митоген-активируемые протеинкиназы (MAP, mitogen activated proteinkinases) митогенного каскада, которые наполняют ядро сигналами к клеточной пролиферации. Возбужденная, генерирующая сигналы, форма RAS белка является короткоживущей, поскольку ее внутренняя гуанозинтрифосфатазная (ГТФаза) активность гидролизует ГТФ в ГДФ, высвобождая фосфатную группу, тем самым возвращая белок в неактивное состояние покоя. ГТФазная активность активированного RAS белка значительно усиливается семейством, так называемых ГТФазу-активирующих белков (ГАБов), которые действуют как молекулярные тормоза, предупреждая неконтролируемую активацию RAS, ускоряя гидролиз ГТФ в ГДФ.

Чаще всего ген RAS активируется в результате точечных мутаций. Молекулярный анализ мутаций RAS, выявил наличие трех «горячих точек», которые кодируют аминокислоты либо внутри ГТФ-связывающего кармана, либо энзиматической области, ответственной за гидролиз ГТФ. Мутации в этих областях нарушают гидролиз ГТФ, которая необходима для превращения RAS в его неактивную форму. RAS, таким образом, продолжает оставаться в своей активной, связанной с ГТФ, форме, тем самым стимулируя клетку к постоянной пролиферации. Из вышеописанного механизма также следует, что к тем же последствиям, которые возникают при мутациях RAS белка, могут приводить мутации ГАБов, которые в результате этого не могут ограничивать активность RAS. Действительно, инактивирующая мутация нейрофибромина 1, являющегося ГАБом, ассоциирована с развитием семейного нейрофиброматоза первого типа (глава 23).

В дополнение к RAS, функцию передачи сигналов выполняют некоторые тирозинкиназы, не ассоциированные с рецепторами. Из этой группы, ABL является наиболее изученным в отношении канцерогенеза. Протоонкоген ABL обладает тирозинкиназной активностью, которая подавляется внутренними доменами негативной регуляции. При хроническом миелолейкозе и некоторых острых лейкозах, эта активность резко повышается в результате транслокации гена ABL из его обычной локации в 9 хромосоме в 22 хромосому, где он сливается с частью гена BCR (breakpoint cluster region, область точек разрывов). Получающийся в результате гибридный белок BCR-ABL имеющий выраженную и нерегулируемую тирозинкиназную активность, активирует некоторые сигнальные пути, включающие RAS-RAF каскад. Другие исследования выявили совершенно новую функцию ABL в онкогенезе. Нормальный белок ABL локализуется в ядре, где функционирует как стимулятор апоптоза клеток, имеющих повреждения ДНК. Это аналогично роли гена p53 (рассматривается ниже). BCR-ABL белок не может выполнять свою функцию, поскольку удерживается в цитоплазме в результате своей аномальной тирозинкиназной активности. Поэтому деятельность клетки, имеющей гибридный ген BCR-ABL, нарушена сразу в двух направлениях: нарушение тирозинкиназной активности ведет к автономному росту, одновременно еще и нарушен процесс апоптоза.

Ключевая роль BCR-ABL в клеточной трансформации была подтверждена ошеломительными успехами в лечении пациентов с хроническим миелолейкозом при помощи ингибитора гибридной киназы BCR-ABL, под названием imatinib mesylate (Gleevec). Это еще один пример направленного синтеза лекарств, возможного благодаря пониманию молекулярных основ канцерогенеза.