Молекулярногенетические механизмы многостадийного канцерогенеза - общая онкология
Благодаря успехам молекулярной биологии и генетической инженерии в последние годы удалось обнаружить и охарактеризовать ряд вирусных и клеточных онкогенов, вовлеченных в процессы канцерогенеза [Сейц И. Ф., Князев П. Г., 1986]. С открытием ретровирусных онкогенов и их клеточных прародителей — протоонкогенов — появилась возможность (в рамках концепции онкогенов) изучать малигнизацию на всех уровнях организации клетки, ткани и организма в целом. Современные представления о раке на молекулярном уровне позволяют учитывать и определять достаточно широкий спектр повреждений генома, в том числе и соматических мутаций, приводящих равно как к активации протоонкогенов, так и к повреждению генов (антионкогенов), регулирующих их функционирование.
Концепция онкогенов сформулирована на основе результатов, полученных в экспериментах с остротрансформирующими онкогенными ретро-вирусами [Bishop J., 1983]. Вирусологические, биохимические и генетические исследования модели «вирус-клетка» свидетельствуют о том, что в геноме ретровирусов существуют небольшие области нуклеотидных последовательностей, экспрессия которых достаточна для индукции и поддержания ракового фенотипа инфицированных клеток. За короткое время в геномах ретровирусов различных видов животных были идентифицированы и достаточно полно охарактеризованы более 20 онкогенов. Родственные, но не идентичные вирусным онкогенам последовательности в последующем обнаружены в геномах простейших одноклеточных организмов, растений и животных, включая человека. Эти последовательности получили название протоонкогенов, а их активные гомологи — клеточных онкогенов [Сейц И. Ф., Князев П. Г., 1986].
Идея возможности активации протоонкогенов путем соматических мутаций, которые в принципе схожи с изменениями локусов генов клеток, трансдуцируемых в ретровирусный геном, была сформулирована уже в начале 80-х годов. Однако для проверки и дальнейшей разработки концепции онкогенов требовалось создание и внедрение новых технологий, позволяющих осуществлять перенос единичной копии гена из одной клетки в другую, ее идентификацию в реципиентных клетках и определять генетические и биологические последствия экспрессии чужеродной наследственной информации. Кроме того, было необходимо разработать методы клонирования генов млекопитающих и определения их первичной последовательности (секвенирования).
В экспериментах по трансфекции клеток мышей линии NIH 3Т3 препаратами ДНК, выделенными из опухолевых клеточных линий, было показано, что около 15% таких образцов ДНК содержат доминантные гены, способные индуцировать злокачественную трансформацию соответствующих реципиентных клеток грызунов. В последующем аналогичный результат был получен с препаратами ДНК, изолированными из операционного материала или биопсий опухолей. Примерно 15 — 20% всех исследованных в системе пренеопластических клеток NIH ЗТЗ образцов ДНК, независимо от источников биопсийного материала или его патогистологической характеристики, содержали доминантные клеточные онкогены [Сейц И. Ф., Князев П. Г., 1986],
Более 80 % клеточных онкогенов, идентифицированных в экспериментах по трансфекции клеток NIH ЗТЗ, как показал скрининг трансформантов вирусными онкогенами, принадлежат к семейству онкогенов типа ras. Последовательности клеточного онкогена c-N-ras пока не обнаружены в геномах ретровирусов позвоночных, однако с активацией этого протоонкогена ассоциирован ряд неоплазм человека, а именно — нейробластомы и острые лейкозы. Кроме того, в этой же системе выявления клеточных онкогенов неоплазм человека были обнаружены другие трансформирующие гены, как гомологичные, так и негомологичные ретровирусным онкогенам, т. е. не имеющие аналогов среди известных онкогенов.
Были получены данные о возможности обнаружения онкогена типа с-raf и с-hst в карциномах желудка. В- и Т- клеточные лейкозы, по-видимому, ассоциированы с онкогенами В-1ум и Т-1ум, соответственно. Ряд менее охарактеризованных онкогенов, также не гомологичных вирусным трансформирующим областям, был обнаружен в самое последнее время.
При помощи иного экспериментального подхода посредством анализа структуры и экспрессии протоонкогенов в злокачественных клетках человека были получены косвенные данные превращения последних в активные онкогены. Например, протоонкоген с-тус вовлечен в транслокацию участка 8-й хромосомы в 14-ю или в 22-ю, которая весьма специфична для клеток лимфомы Беркитта. Предполагается, что подобная транслокация протоонкогена в другую хромосому, иное регуляторное окружение, приводит к активации протоонкогена с-тус и превращению его в клеточный онкоген. Первоначально вирусный онкоген myс был идентифицирован в геноме ретровируса МС-29, вызывающего у птиц острый миелоцитоматоз. Еще один клеточный онкоген c-abl, ассоциированный с хроническим миелолейкозом (XMЛ) человека, оказался гомологичным вирусному онкогену -abl, онкогену вируса лейкоза мышей Абельсона. По данным цитогенетического анализа ХМЛ, практически в 90% случаев этого заболевания наблюдается транслокация участка 9-й хромосомы, сегмента qll, содержащего 5-область протоонкогена с-абл, в 22-ю хромосому. Подобная транслокация участка 9-й хромосомы сопровождается формированием филадельфийской хромосомы.
Имеющиеся данные убедительно свидетельствуют о существовании в геноме неоплазмы человека клеточных онкогенов, способных индуцировать малигнизацию соответствующих реципиентных культур. Некоторые из этих генов оказались родственными ранее известным вирусным онкогенам, ответственным за инициацию и поддержание биологического (вирусного) канцерогенеза, тогда как другие не имеют вирусных аналогов.
Методами молекулярно-генетического анализа препаратов ДНК карцином человека установлено, что рак сопровождается разнообразными но характеру аномалиями генов (протоонкогенов), контролирующих, по-видимому, рост и дифференцировку клеток. Активация протоонкогенов и превращение их в клеточные онкогены, как правило, заканчиваются образованием специфических продуктов онкогенов, имеющих качественные и (или) количественные отличия от их нормальных гомологов, и трансформацией клетки-мишени [Barbacid М., 1986]. Кроме того, данные по активным клеточным онкогенам полностью подтверждают справедливость концепции онкогенов и ее положений также и в отношении неоплазм человека.
Тем не менее, несмотря на многочисленные экспериментальные данные, исследователи по-прежнему весьма осторожны в интерпретации результатов, полученных при анализе экспрессии протоонкогенов в неоплазмах человека.
Локусы протоонкогенов, как теперь хорошо известно, находятся под контролем в различных клеточных популяциях. Экспрессия некоторых протоонкогенов контролируется даже в разные фазы клеточного цикла. Поэтому экспрессия протоонкогенов в злокачественных клетках человека, регистрируемая современными средствами, не может рассматриваться per se как доказательство вовлечения транскрибируемых генов в канцерогенез [Barbacid М., 1986]. Например, базовый уровень экспрессии онкогена с-fos в принципе достаточен для трансформации фибробластов. Напротив, этот же протоонкоген усиленно экспрессируется в нормальных амниотических клетках и зрелых макрофагах. Более того, повышенная транскрипция протоонкогена не всегда отражает действительный уровень синтеза онкобелка в клетке. Однако уровень белка в клетке, и это следует подчеркнуть, оказывает решающее значение на малигнизацию в экспериментальных системах, например при индукции у трансгенных мышей В-лимфом химерной структурой, содержащей онкоген с-тус и энхансер гена иммуноглобулина.
Для сохранения клеточного гомеостаза, особенно на молекулярном уровне, где осуществляется транскрипция генов, регулирующих его параметры, должны существовать механизмы, безошибочно контролирующие их экспрессию [Green A., Wyke Т., 1985]. Особенно важно регулировать экспрессию протоонкогенов потенциальных онкогенов. A. Green и Т. Wyke (1985) высказали гипотезу, допускающую существование регуляторных генов, контролирующих прямо или опосредованно через клеточные эффекторы транскрипцию протоонкогенов. Возможное участие регуляторных генов в канцерогенезе (практически не разработанное в теоретическом и экспериментальном отношениях) заключается в том, что эти гены могут также быть мишенями мутационных воздействий, проявляющихся заменами оснований ДНК и делециями участков хромосом.
Исходя из представлений этой гипотезы, оказалось возможным объяснить некоторые обнаруженные противоречия доминантной природы клеточных онкогенов.
Существующие тест-системы выявления активных клеточных онкогенов, как ранее отмечалось, указывают на их доминантный характер- особенно отчетливо это видно на примере вирусных онкогенов, представленных в клетке в составе ДНК-провируса. Однако доминантная природа онкогенов не всегда проявляется в гибридных дочерних клетках, полученных после слияния малигнизированных и нормальных родителей, или, например, в случае резистентности клетки человека к действию онкогена c-Ha-rasl. Указанные соматические гибриды значительно чаще дают рост клеточной популяции, имеющей нормальный фенотип. Эти данные свидетельствуют о существовании в геноме нормальных клеток генов — доминирующей функции (активности), супрессирующих экспрессию онкогенов, продукты которых нормализуют раковый фенотип клеток. Постулируемые гены получили название «антионкогены» [Gree A., Wyke Т., 1985]. Высказывается предположение о том, что экспрессия протоонкогенов контролируется активностью регуляторных генов, мутации которых могут играть существенную роль в канцерогенезе. В этом случае рецессивная мутация в одной из аллелей антионкогена (рецессивного онкогена) может приводить к выключению его транскрипции, а следовательно, к дерепрессии доминантного клеточного онкогена иного класса.
