Гены-супрессоры опухолевого роста: общие сведения
Общим звеном в возникновении опухолей является онкоген, внесенный в клетку вирусом, или возникший из протоонкогена в результате мутации, или выведенный из-под контроля сдерживающих генов хромосомной транслокацией [Альбертс Б., Брей Д. и др,1994]. Но в последние годы найдено еще одно, по-видимому, наиболее общее звено канцерогенеза - гены-супрессоры опухолей, подавляющие активность онкогенов [ Sci. Amer. Spec. Iss. ].
Геном ДНК-содержащих опухолеродных вирусов, точнее отдельные гены, входящие в геном, и продукты этих генов, такие как LT-антиген (большой T-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.
В настоящее время представления о генетической природе развития онкологических заболеваний основаны на предположении о существовании генов, нормальная функция которых связана с подавлением опухолевого роста. Такие гены были названы генами-супрессорами опухолевого роста. Дефекты этих генов приводят к прогрессии, а восстановление функции - к существенному замедлению пролиферации или даже реверсии развития опухоли.
Главный представитель этих генов - ген р53 , контролирующий синтез белка р53 (р53 - от protein, белок, молекулярный вес которого 53 000 дальтон). Этот ген, вернее, его продукт р53 жестко контролирует активность протоонкогенов, разрешая ее только в строго определенные периоды жизни клетки, когда, например, надо, чтобы клетка вступила в процесс деления. р53 контролирует также апоптоз, запрограммированную гибель клетки, направляя клетку к самоубийству, если у нее поврежден генетический аппарат - ее ДНК. Тем самым р53 стабилизирует генетическую структуру клетки, предотвращая появление вредоносных мутаций, в том числе и опухолеродных. Онкогены некоторых вирусов связывают р53 и инактивируют его, а это ведет к освобождению клеточных протоонкогенов, отмене апоптоза и тем самым к накоплению жизнеспособных мутаций в клетке.
Такие клетки представляют собой благоприятный материал для отбора на автономность, то есть к выходу на путь, ведущий к образованию опухолей. Многие, если не большинство опухолей человека возникают путем ступенчатой эволюции, в начале которой лежит инактивация гена р53 путем его случайной или индуцированной мутации или инактивации вирусным онкогеном. Типы онкогенов и антионкогенов представлены на рис. 1 и в табл. 1 .
Ген-супрессор - ген, отсутствие продукта которого стимулирует образование опухоли. В отличие от онкогенов мутантные аллели генов- супрессоров рецессивны. Отсутствие одного из них, при условии, что второй нормален, не приводит к снятию ингибирования образования опухоли.
В 80-90-х годах обнаружены клеточные гены, осуществляющие негативный контроль клеточной пролиферации , т.е. препятствующие вступлению клеток в деление и выходу из дифференцированного состояния. Благодаря своему противоположному по отношению к онкогенам функциональному назначению они были названы антионкогенами или генами-супрессорами злокачественности (опухолевого роста) ( Rayter S.I. et al., 1989 ).
Таким образом, протоонкогены и гены-супрессоры образуют сложную систему позитивно-негативного контроля клеточной пролиферации и дифференцировки, а злокачественная трансформация реализуется через нарушение этой системы.
Нормальное размножение клеток контролируется сложным взаимодействием генов, стимулирующих пролиферацию (протоонкогены), и генов, ее подавляющих (гены-супрессоры, или антионкогены). Нарушение этого баланса приводит к возникновению злокачественного роста , которое определяется активацией протоонкогенов и превращению их в онкогены и инактивацией генов супрессоров, освобождающих клетки от механизмов, ограничивающих их пролиферацию.
Супрессия злокачественности была выявлена методами генетики соматических клеток , в результате анализа наследования некоторых форм рака и в экспериментах по трансфекции антионклгенами опухолевых клеток.
Открытие генов, супрессирующих клеточное размножение и злокачественный рост - одно из важнейших открытий последних лет в области биологии. Оно безусловно призвано внести заметный вклад в решение многих проблем, стоящих как перед медициной, так и перед фундаментальной наукой. В области медицины открывается возможность использования генов супрессоров в генной терапии рака .
В90-х гг в США созданы две программы, разрешенные к применению в клинике. Предполагается введение нормальных аллелей генов-супрессоров, в частности гена р53, в ретровирусных векторах непосредственно в опухоли. Открытие генов-супрессоров определило принципиально новые подходы к решению таких фундаментальных общебиологических проблем, как генетический контроль клеточной пролиферации и злокачественного роста , а также процессов дифференцировки .
Гены, тормозящие пролиферацию клеток, получили название гены-супрессоры опухолевого роста (употребляется также термин "антионкогены", хотя это нежелательно). Утрата функции этих генов вызывает неконтролируемую клеточную пролиферацию.
Иногда при доминантных болезнях, для которых характерно образование опухолей, различия в экспрессивности обусловлены дополнительными мутациями в генах-супрессорах опухолевого роста.
Примерами генов-супрессоров служат: ген ответственный за развитие ретинобластомы - ген Rb1 ; два гена, отвечающие за развитие рака молочной железы - ген BRCA2 и ген BRCA1 ; также к генам-супрессорам можно отнести ген WT1 - повреждения которого приводят к нефробластоме ; ген CDKN2A и ген CDKN2B , ответственные за развитие меланомы и гематологических опухолей , соответственно. Существуют и другие гены, которые можно отнести к генам-супрессорам. Инактивация гена hMLH1 приводит к возникновению карциномы желудка и карциномы толстого кишечника.
Согласно 2-х ударной модели канцерогенеза , предложенной Knudson в 1971 году, для перехода нормальной клетки в опухолевую необходимо два мутационных события ("удара"). Первым событием является мутация, приводящая к образованию клетки, для которой повышен риск возникновения опухоли. Такие мутации могут возникать как в соматических, так и в половых клетках. Вторым событием, происходящем в соматической клетке, является мутация в неповрежденном аллеле гена и превращение клетки с повышенным риском трансформации в опухолевую, которая начинает безостановочно делиться, что приводит к возникновению злокачественного новообразования. В дальнейшем гипотеза была подтверждена исследованиями, которые показали, что в ряде случаев в опухолях наблюдается гомозиготность по некоторым маркерам, в то время как в крови по этим же маркерам отмечалась гетерозиготность. Таким образом, было установлено, что потеря неповрежденной копии гена - это второе событие по теории Knudson.
Гены-супрессоры опухолевого роста можно подразделить на две большие группы по занимаемому ими месту в системе функционирования эукариотической клетки. В рамках предложенной Кинзлером и Фогельштайном концепции гены-супрессоры предложено разделять на две группы: гены первой группы получили название "хранителей клеточного цикла" (ХКЦ, gatekeepers) , а гены второй - "общего контроля" (ОК, caretakers) ( Баранова, Янковский, 1998 ).
Гены - "хранители клеточного цикла" напрямую вовлечены в его регуляцию. Их белковые продукты способны сдерживать опухолевую прогрессию, ингибируя процессы, связанные с делением клетки. Дефекты "генов общего контроля" приводят к повышению нестабильности генома, увеличению частоты возникновения мутаций, и, следовательно, к повышению вероятности повреждения генов, в том числе и "хранителей клеточного цикла". К группе "хранителей клеточного цикла" (ХКЦ) относят такие гены как RB1 ( ретинобластома ), WT1 ( опухоль Вильмса ), NF1 ( нейрофиброматоз типа I ), а также гены, способствующие образованию клеточных контактов, и другие. Если унаследована поврежденная копия гена ХКЦ, образование опухоли может быть инициировано соматической мутацией в неповрежденном аллеле. Поэтому в случае наследственных форм опухолей, когда имеется герминальная мутация , для начала заболевания необходимо всего одно соматическое мутационное событие - повреждение единственного функционального аллеля. Спорадические случаи возникновения опухоли того же типа требуют двух независимых мутационных событий в обоих аллелях. В итоге, для носителей мутантного аллеля вероятность развития данного типа опухоли значительно выше, чем в среднем по популяции.
Инактивация генов "общего контроля" (ОК) приводит к дестабилизации генома - повышается вероятность мутации генов ХКЦ. Дефект последних приводит к появлению опухоли. На фоне поврежденного гена ОК продолжается накопление мутаций, инактивирующих другие супрессоры первой или второй группы, что приводит к быстрому росту опухоли. При семейных случаях развития некоторых видов рака, мутация в одном из аллелей соответствующего гена ОК может быть унаследована от родителей. Для инициации опухолевого процесса требуется соматическая мутация второго аллеля, а также инактивация обоих аллелей какого-либо гена ХКЦ.
Таким образом, для развития опухоли в семейном случае необходимы три независимых мутационных события. Поэтому риск развития опухоли для носителей наследственной мутации гена ОК на порядок меньше, чем риск для носителя поврежденного аллеля гена ХКЦ. Спорадические опухоли обусловлены соматическими мутациями генов ОК. Они встречаются редко и для их возникновения и развития необходимо четыре независимых мутации. Примерами генов ОК служат гены, ответственные за развитие наследуемого неполипозного рака кишечника - ген MSH-2 и ген MLH-1 . Также к этой группе можно отнести широкоизвестный ген-супрессор - р53 , мутации или делеции которого наблюдаются примерно в 50% всех злокачественных заболеваний.
