Теории образования опухолей

Онкогены. Хорошо известно, что одиночная мутация или одиночный повреж­денный ген не способны в большинстве клеток вызвать развитие рака. В опухоле­вых клетках было выявлено большое количество мутаций онкогенов, делеций, а также перестроек хромосом. Но существует теория, согласно которой активация даже одного гена может привести к замене фенотипа клетки на раковый. Эти гены-инициаторы названы онкогенами и впервые были выявлены при изучении онко­генных вирусов, способных трансформировать клетки куриных эмбрионов. Обна­ружение онкогенов привело к неожиданному открытию: они произошли из нор­мальных клеточных генов — протоонкогенов. Сейчас открыто более 20 таких ге­нов. Они активируются при точечной мутации, которая изменяет их нормальную функцию либо приводит к перестройке генотипа, нарушающей экспрессию генов (табл.10-1).

Некоторые протоонкогены участвуют в передаче сигналов между клеточной мембраной и ядром. Например, часть онкогенов является факторами клеточного роста, и при нарушении их регуляции происходит постоянная стимуляция тех или иных процессов. Другие протоонкогены — это рецепторы для факторов тканевого роста. Наиболее полно изучены RAS-онкогены и связанные с ними гены, участву­ющие в передаче сигналов между клеточной мембраной и ядром. Эти гены активи­руются при точечной мутации, что приводит к постоянной активации белков-пере­датчиков сигнала вне зависимости от наличия соответствующего лиганда или ре­цептора. Часть проонкогенов является факторами транскрипции и, взаимодействуя с ДНК, регулирует транскрипцию генов.

Супрессоры опухолевых генов. При раке толстой и прямой кишки отмеча­ются большие потери генетического материала. Эти участки выпадения ("горячие" локусы) являются местами сосредоточения супрессивных генов, потеря которых и приводит к развитию рака толстой кишки. Наиболее важный из них — ген р53, в норме предотвращающий начало нового периода синтеза ДНК и деления клетки.

Таблица 10-1. функции клеточных онкогенов

Из: Hunter T. Cooperation between oncogenes. Cell, 64: 249, 1991

Регуляторный ген (р53), предотвращающий излишнюю пролиферацию клеток, служит супрессивным геном для опухолевых клеток. Характерно, что активация супрессорных генов происходит в два этапа. В ядре клетки существует по две ко­пии любого гена. Супрессивные гены обладают так называемым "доминирующим" действием, когда для супрессии пролиферации клеток достаточно лишь одной пол­ной копии гена. Теория супрессорных генов согласуется с теорией наследственной предрасположенности к возникновению рака. Инактивация одной из двух алле­лей может быть фенотипически "немой" (т. е. не происходит развития злокачествен­ного фенотипа), если достаточно одной (второй) аллели для сохранения незлока­чественного фенотипа клеток. Но у таких людей особенно высок риск развития рака, т. к. при одной лишь мутации супрессорных генов клетки трансформируют­ся в раковые. В таблице 10-2 приведены наиболее важные гены тканевой супрес­сии (TSGs).

Образование запретных клонов. Большинство генетических исследований подтверждают, что опухоль развивается из одной клетки. Принятая в настоящее время теория многоступенчатого канцерогенеза гласит, что эпителий желудочно-кишечного тракта подвергается воздействию вредных факторов окружающей сре­ды. Вследствие этого происходит постепенное повреждение ДНК с накоплением генетических мутаций. При этом мутации обычно возникают в участках ДНК, от­ветственных за выживаемость и рост клетки. Многие из них способны ингибиро­вать процессы, необходимые для жизнедеятельности клетки, и тем самым привес­ти ее к гибели. Некоторые мутации могут усиливать рост и выживаемость мутированных клеток, позволяя им размножаться быстрее, чем окружающие их клетки. В конце концов мутированные клетки начинают составлять большую часть органа или ткани. Часть мутированных клеток теряет способность исправлять поврежде­ния ДНК, и, следовательно, из поколения в поколение происходит накопление му­таций. Этот пул клеток также подвержен дополнительным мутациям.

Периодически отдельные клетки мутантного клона подвергаются дополнитель­ной мутации, повышающей их выживаемость и способность к росту. Такие клетки постепенно вытесняют из популяции родительские клетки. Увеличение клона му­тированных клеток обычно происходит при появлении новых мутаций, которые увеличивают выживаемость клетки. При наблюдении за развитием опухоли на ран­ней стадии в клетках выявляется определенное количество мутаций, число кото­рых возрастает с течением времени. На Рис. 10-1 показана прогрессия опухоли на фоне появления клонов с новыми характеристиками.

Таблица 10-2. примеры генов, подавляющих рост опухоли У человека

		Соматические мутации			Врожденные мутации
Ген-суп­рессор опухоли	Локус хромо­сомы	Локализация/ предположи­тельная функция	Основные типы	Примеры опухолей	Синдром	Количество гетерозигот на 105ново­рожденных	Типичные опухоли
р53	17р13.1	Ядро/фактор транскрипции	Отсутствует	Большинство ти­пов рака у челове­ка	Синдром Ли-Фраумени	~2	Карциномы груди, коры надпочечников, саркомы, лейкемия, опухоли мозга
RB1	13q14	Ядро/моди­фикатор транскрипции	Делеция и незначимая мутация	Ретинобластома, остеосаркома, карцинома молоч­ной железы, про­статы, мочевого пузыря, легкого	Ретинобластома	~2	Ретинобластома, остеосаркома
АРС	5q21	Цитоплазма/ неизвестно	Делеция и незначимая мутация	Карцинома тол­стой кишки, же­лудка, поджелу­дочной железы	Наследственный аденоматозный полипоз толстой кишки	-10	Карциномы толстой кишки, щитовидной железы, желудка
WT1	11р13	Ядро/фактор	Отсутствует	Опухоль Вильмса	Опухоль Вильм­са	-0.5-1	Опухоль Вильмса
NF1	17q11	транскрипцииЦитоплазма/ГТФ активирующий	Делеция	Шванномы	Нейрофиброма­тоз (тип 1)	-30	Нейрональные опухоли
NF2	22q	факторЦитоплазма/ мембранные свя­	Делеция и незначимая мутация	Шванномы и менингиомы	Нейрофиброма­тоз (тип 2)	-3	Центральные шванно­мы и менингиомы
VHL	Зр25	зи цитоскелета Неизвестно	Делеция	Неизвестно	Болезнь ван Хип-пель-Ландау	-3	Гемангиобластома, почечно-клеточная карцинома

Многоступенчатый канцерогенез. Концепция генетической основы развития рака толстой кишки была разработана Vogelstein с соавторами. Согласно этой кон­цепции процесс протекает медленно, и в него вовлечено множество генов.

Количество генетических повреждений опухолей постепенно увеличивается по мере роста. Часть повреждений появляется только на ранних стадиях, часть — только на поздних. Еще до конца не ясна последовательность появления опреде-

Рис. 10-1. Опухолевый рост. На данной схеме представлена типичная последовательность канцерогенеза. На первой стадии показано дей­ствие канцерогена. После накопления критичес­кой массы мутировапных генов (единой точки зрения на их количество и локализацию нет) клетка превращается в опухолевую. На второй стадии происходит разрастание клона мутиро­вавших клеток с формированием доброкаче­ственной опухоли. Без каких-либо дополни­тельных воздействий доброкачественная опу­холь способна сохранять свою доброкачествен­ность. Но при дополнительном воздействии она трансформируется в злокачественную и приоб­ретает способность к инвазивному росту и ме­тастазированию (стадия 3). Не существует еди­ной точки зрения на природу этого воздействия. Злокачественная опухоль склонна к инвазивно­му росту с повреждением органов хозяина. Ге­нотип злокачественных клеток очень нестаби­лен, поэтому их клон оказывается гетерогенным (стадии 4 и 5). Клинически такая гетерогенность приводит к формированию отдаленных метаста­зов. (Но: Yamada Т., Alpers D. H., Owyang С., Роwell D. W., Silverstein F. E., cds. Textbook of Gastroenterology, 2nded. Philadelphia: J. B. Lippincott, 1995:586.)

Рис. 10-2. Схема последовательных генетических изменений в многоступенчатом канцерогенезе при раке толстой кишки с дополнениями по Fearon, Vogelstcin. Сверху над схемой показаны мутации, ве­дущие к потере гетерозиготности (П1), лежащие в основе развития колоректального рака

ленных повреждений в опухолевых клетках, но уже выяснено, что при различных типах рака возможны разные мутации и хромосомные делеции. Для выявления потери участков хромосом используются лабораторные методы, а процесс утраты генетической информации был назван "потерей гетерозиготности".

В ходе своего развития опухолевая клетка кишечника человека претерпевает определенные изменения (рис. 10-2). Гипометилирование ДНК происходит на ран­них стадиях возникновения канцерогенеза в аденомах. В клетках небольших аде­ном могут происходить как мутации, так и выпадения участков хромосом, напри­мер изменения на 5q хромосоме при аденоматозном полипозе кишки. Обнаружи­ваемые в крупных аденоматозных полипах мутации генов K-RASvip53 играют за­метную роль в поддержании опухолевого роста. Делеции генов супрессоров опухо­левого роста на 18q (встречается при раке толстой кишки) и 17р (локус гена р53) происходят на поздних стадиях и означают малигнизацию процесса. Несмотря на наличие сходства канцерогенеза в толстой кишке и в других отделах желудочно-кишечного тракта, последовательность изменений, а также вовлеченные в процесс гены различны. Детали этих процессов только начинают исследоваться.

Механизмы, замедляющие опухолевую прогрессию. В происхождении опу­холей толстой кишки, помимо выпадения супрессорных генов, задействованы и дру­гие механизмы генетических изменений. Микросателлиты — участки ДНК, исполь­зуемые для картирования генов хромосом. Обычно микросателлиты полностью ко­пируются при репликации клеток, но в некоторых опухолевых клетках отмечается незначительное изменение их длины. Микросателлиты в геноме могут иметь до 10³ копий. Было замечено, что в некоторых случаях рака толстой кишки эти микро­сателлиты копируются не полностью. Наличие "нестабильных" микросателлитов в геноме опухолевых клеток говорит об утрате ими способности адекватно копиро­вать гены. Такое нарушение процессов исправления мутаций считается еще одним механизмом канцерогенеза. Примерная схема этого механизма приведена на Рис. 10-3.