Онкогены, протоонкогены и механизмы их действия
В начале 1970-х гг. возникло понятие "онкоген". Прежде всего термозависимая мутация онкогенного вируса, ведущая к трансформации in vitro только при пермиссивной температуре и возобновляющая нормальный рост при непермиссивной температуре, явно свидетельствовали о существовании онкогенной мутации [ Зильбер, 1975 ]. Действительно, дискретность опухолеродной функции и ее четкая зависимость от температуры соответствовали представлению о термозависимой мутации одного гена, контролирующего синтез одного термозависимого белка.
Следовательно, один ген был ответствен за трансформацию клеток даже высокозлокачественной вирусной опухоли in vivo, такой как саркома Рауса .
Интенсивные исследования опухолеродных ретровирусов выявили целое семейство онкогенов различной активности и механизма действия, начиная от низкоонкогенного вируса рака молочных желез (ВРМЖ) мышей до вируса саркомы Рауса (ВСР) . Онкогены демонстрировали элементарный канцерогенез, определяемый одним мутантным геном [ Weinberg, 2006b ]. Они были свойственны только онкорнавирусам , т.е. опухолеродным вирусам, геном которых представлен РНК. Эти вирусы с помощью обратной транскрипции строят ДНК-копию своего генома, которая встраивается в геном клетки и становится частью хромосомы. Вирусная РНК образуется на основе клеточной ДНК. Если последняя реплицируется с фрагмента ДНК, соседнего с геном, контролирующим пролиферацию, то этот ген при синтезе вирусной РНК может захватываться РНК-полимеразой и, таким образом, попадать в геном вируса. При синтезе вируса он "возвращается" в геном клетки, но уже в другое положение и выходит из- под контроля "нормальных" генов.
Впервые гипотеза о захвате онкорнавирусом предшественника онкогена была абсолютно четко сформулирована А.Д. Альтштейном [ Альтштейн, 1973 ] в начале 1970-х гг., и вскоре этот захват был показан экспериментально.
Гены клетки, встраивающиеся в геном онкорнавируса и вызывающие автономную (нерегулируемую) пролиферацию, получили название протоонкогенов.
Очевидно, что вирусный онкоген, возникающий на основе протоонкогена, может образоваться лишь в составе онкорнавируса . И именно у кур и мышей наиболее широко распространены онкорнавирусы, вызывающие опухоли и несущие онкогены, происходящие из протоонкогенов [ Зильбер, 1975 ].
Распространение патогенных онкорнавирусов у кур и мышей при отсутствии у близких видов (например, у хомяков и перепелок) - поразительное явление. При этом лейкозные онкорнавирусы, так же как вирус бычьего лейкоза BLV , вирус лейкоза кошек FeLV и вирус лейкоза человека HTLV-I [ Weiss, 1982 ], имеют другую природу и не содержат клеточных протоонкогенов [ Weiss, 1982 ].
Широкое распространение инфекционных онкорнавирусов, практически абсолютное, было установлено для кур и мышей [ Зильбер, 1975 ]. Было показано, что у кур вирус птичьего лейкоза ALV служит вирусом- помощником для онкорнавирусов [ Зильбер, 1975 ].
У мышей впервые было обнаружено, что вирус рака молочных желез ведет себя как собственный ген, наследуемый по менделевской схеме, т.е. как эндогенный вирус [ Bentvelzen, 1968 ].
Было установлено, что все мыши на всех стадиях онтогенеза являются носителями группоспецифического антигена (ГСА) лейкозных вирусов, наиболее близкого по происхождению ГСА вируса лейкоза Гросса [ Зильбер, 1975 ].
Таким образом, онкоген РНК-содержащих вирусов животных - мышей и птиц - это клеточный ген (протоонкоген), включившийся в интегрированный с геномом клетки онкорнавирус [ Weinberg, 2006b , Татосян, 2004 ]. Очевидно, что онкоген онкорнавирусов - это единственный ген, присутствующий только в РНК-содержащих опухолеродных вирусах.
Другой механизм активации клеточных протоонкогенов установлен для низкоонкогенных медленно действующих онкорнавирусов . Это инсерционный онкогенез, при котором геном онкорнавируса встраивается рядом с протоонкогеном , активируя его. В этом случае протоонкоген проявляется как вирусный онкоген, не входя в состав вирусного генома. Такой механизм действия характерен для низкоонкогенного вируса рака молочных желез (ВРМЖ) мышей [ Weinberg, 2006b ].
ДНК-Содержащий вирус, вызывающий опухоль, не может захватить протоонкоген и не содержит классических онкогенов. Гены, ответственные за опухоли, индуцируемые ДНК-содержащими вирусами, имеют другой механизм действия и другое происхождение (см. ниже). Их опухолеродная активность не определяется клеточным протоонкогеном, включенным в структуру вируса.
Онкогены входят в структуру онкогенного онкорнавируса и при ее сравнении со структурой исходного (неонкогенного) вируса могут быть идентифицированы и охарактеризованы. Таким путем были установлены основные группы вирусных онкогенов ( SRC , RAS , ABL , MYC , SIS ) и было показано, что они находятся на разных этажах сигнальных путей, от специфического рецептора ростового сигнала, как, например, PDGF (онкоген SIS), до онкогенов, действующих внутриклеточно (RAS, SRC) или в ядре (MYC), где в качестве транскрипционных факторов активируют группу специфических генов [ Татосян, 2004 ].
Специфичность сигнала определяется тем, что каждое предыдущее звено сигнального пути, активируясь своими лигандами, меняет свою конформацию так, что у него выявляется фосфорилирующая активность и оно передает сигнал - фосфорилирование - вдоль по цепи вплоть до активации специфического транскрипционного фактора, взаимодействующего с хроматином ядра.
Таким образом, вирусный онкоген, находясь в цепи передачи сигнала и не нуждаясь в исходном лиганде - ростовом факторе или гормоне, генерирует митогенные сигналы, идущие в ядро, и определяет тем самым автономную пролиферацию клетки. При этом сигналы, идущие от онкогенов, доминантны. Они не требуют гомозиготности, так как вирусный онкоген не регулируется нормальным геномом, частью которого он не является. При этом, естественно, надо иметь в виду, что передача митогенного сигнала от онкогена в ядро включает в себя многие промежуточные этапы и пересекается с другими путями передачи сигналов. Но мы хотели бы подчеркнуть здесь роль единичного доминантного сигнала, стоящего на вершине генерации митогенных импульсов [ Weinberg, 2006c ].
ДНК-Содержащие опухолеродные вирусы имеют иной механизм действия. Их геном, точнее отдельные гены, входящие в геном, и продукты этих генов, такие как LT-антиген (большой Т-антиген) онкогенного паповавируса , соединяясь с клеточным белком, подавляющим пролиферацию клетки и участвующим в регуляции пролиферации, инактивирует его и создает тем самым автономную нерегулируемую пролиферацию. Гены-мишени, определяющие синтез соответствующих белков, получили название генов-супрессоров опухолевого роста , а открыты они были при изучении онкогенной активности ДНК-содержащих вирусов [ Weinberg, 2006d , Альтштейн, 2004 ]. Такой механизм был установлен для паповавирусов ( папилломы , полиомы , SV40 ) и аденовирусов . Очевидно, что он совсем другой, чем у онкорнавирусов .
Вирусный онкоген функционирует как доминантный ген и, как правило, не требует для своего функционирования независимой активности других регуляторных генов.
Подводя итог анализа действия онкогенных вирусов , можно сказать, что их опухолеродная активность сводится к созданию автономной непрерывной пролиферации клеток - основному признаку опухолевого роста.
