Днк и канцерогенез - рак: эксперименты и гипотезы
Видео: Канцерогенное мясо.
Жизнь в буквальном смысле этого слова висит на ниточке. Фантастически длинная цепочка ДНК регулирует структуру и функции как бактериальной клетки, так и клетки млекопитающих. (Нити ДНК одной-единственной клетки мыши, если их вытянуть в одну, растянутся почти на 1 м.)Для химика это по существу весьма простые волокна (полинуклеотиды)- специалист по полимерам назвал бы их полиэфирными волокнами. Они ненамного сложнее нейлона или дакрона.
Однако при всем том молекулы ДНК — весьма «специальные» волокна: их четыре строительных блока лишь на первый взгляд группируются беспорядочно- на самом деле они кодируют примерно 20 аминокислот белков (генетический код), причем каждой аминокислоте соответствуют три нуклеотида (триплетный код). При считывании такой молекулярной «морзянки» информация с ленты ДНК переписывается на ленту РНК (информационная РНК- транскрипция). Транскрибирующими ферментами являются РНК-полимеразы. Дешифровка записи производится на рибосомах- здесь отдельные аминокислоты разносятся на соответствующие места на информационной РНК носильщиками (транспортная РНК- трансляция).
Все эти процессы очень сложны, но их конечный результат в принципе прост: аминокислоты вводятся в виде смеси в «черный ящик», из которого они выходят уже объединенными в определенном порядке. Порядок диктуется ДНК. Аминокислотная последовательность четко определяется последовательностью нуклеотидов в ДНК (основное положение молекулярной биологии).
Но ДНК в клетке не только определяет последовательность аминокислот в белках. Она способна снимать с себя идентичные копии (принцип комплементарности двойных цепочек) и, следовательно, в качестве генетического материала может гарантировать идентичное воспроизведение клетки.
Два процесса — репликация ДНК и синтез белков — тесно связаны между собой. В обоих новая нить оказывается комплементарной нераскрученной ДНК в двойной спирали. Если эта новая нить состоит из дезоксирибонуклеотидов, то воссоздается идентичная копия оригинальной двойной спирали. Если полимеризуются рибонуклеотиды, то образуется информационная (или рибосомная) РНК, которая в свою очередь принимает участие в синтезе белка.
В экспериментальной онкологии ДНК в основном представляет интерес в качестве генетического материала, поскольку, если рассматривать опухолевые клетки как новый штамм, следует предположить, что они располагают новым генетическим материалом.
Опухолевая ДНК как канцероген
Кажется, появилась возможность создавать опухолевые клетки весьма простым способом: с этой целью нормальные клетки обрабатывают препаратом ДНК из опухолевых клеток и «новый» генетический материал переносят непосредственно в нормальные клетки. Такой эксперимент был проделан Кантаровым. Исследователь приготовил ДНК из гепатом, инкубировал клетки из регенерирующей печени с этим препаратом, а затем инъецировал обработанные клетки печени прямо в печень крысы. Через 12 недель Кантаров обнаружил опухоли в месте введения, правда, в небольшом числе случаев.
Однако подобные сообщения все еще продолжают оставаться редкостью: неопластическую трансформацию нормальных клеток под воздействием опухолевой ДНК удавалось наблюдать не многим. Обычно препараты нуклеиновой кислоты оказывают лишь цитотоксический эффект: нуклеиновая кислота в количествах свыше 200 мкг/мл убивает клетки в культурах. Почему же трансформация под действием опухолевой ДНК вызывает такие трудности? У бактерий передача генетических признаков при помощи препаратов ДНК — самая обычная процедура еще со времени экспериментов Эвери.
Видимо, дело в том, что клетки высших организмов ведут себя иначе, чем бактерии. В 1956 г. появилось сообщение, в которое трудно было поверить: якобы под влиянием инъекций ДНК удалось изменить генетическую природу уток. В Страсбурге ДНК, выделенную из уток породы Khaki Campbell, вводили белым пекинским уткам. Потомство пекинских уток, как утверждали, обладало некоторыми признаками уток породы Campbell. Впоследствии история со страсбургскими утками оказалась «уткой», однако затем появились публикации об успешных экспериментах на дрозофиле и на клетках в культуре ткани.
Возможность трансформации клеток высших организмов под действием ДНК спорна, но не исключена. Нельзя сказать, что ДНК не в состоянии проникать в клетки, поскольку было с успехом показано, что ДНК может проникать внутрь клетки как макромолекула. Правда, большая ее часть (80 %) остается на поверхности клетки и лишь незначительное количество действительно проникает внутрь. В данном случае клетка, вероятно, не оказывает никакой ферментативной помощи, ибо даже при 0°С ДНК все-таки проникает внутрь.
Разумеется, между бактериальной клеткой и клеткой млекопитающих имеются определенные различия, главным образом в структуре генетического вещества: у бактерий простые тяжи ДНК, в клетках высших организмов — сложные хромосомные структуры. Понятно, что нити ДНК не так-то легко строятся в хромосому. Однако и для этого «правила» имеется важное исключение.
Инфекционная ДНК опухолевых вирусов — потенциальный «химический канцероген»
Инфекционную ДНК можно выделить из вируса полиомы. Иными словами, клетки могут быть заражены как с помощью этой ДНК, так и с помощью интактного вируса. В слоях клеток с агаром будут образовываться обычные просветления, которые несложно подсчитать. Такие препараты ДНК также являются канцерогенными: если их вводить новорожденным хомякам, у последних разовьются опухоли.
Почему же вирусная ДНК может совершать то, что так трудно сделать опухолевой ДНК? Возможно, что вирусная ДНК «знает», как встроиться в геном хозяина, в то время как обычная ДНК считается макромолекулярным инородным телом, от которого клетке нужно избавиться.
Весьма вероятно, что решение выносится еще на пути
ДНК к клетке: сыворотка мыши инактивирует бактериальную ДНК за несколько минут, в то время как ДНК вируса полиомы подобному воздействию не подвергается. Следовательно, у нее больше возможностей настичь чувствительную клетку и трансформировать ее.
С точки зрения химика, такая ДНК является «химическим канцерогеном» в самом строгом смысле слова. Ее строительные блоки четко определены, характер связи между ними известен, известно также, сколько блоков должно быть собрано в полидезоксирибонуклеотид. Разумеется, большое число легко расщепляемых эфирных связей между отдельными дезоксинуклеотидами делает этот канцероген весьма уязвимым, а значительные размеры затрудняют проникновение в клетку.
И все же ДНК полиомы имеет определенные преимущества перед таким химическим канцерогеном, как 3.4-бензпирен: она, по-видимому, содержит всю информацию, необходимую для «переориентации» нормальной клетки. Подобно лжелоцману, она намеренно ведет корабль на рифы. Бензпирен и другие химические канцерогены должны проникнуть на вершину «правящей иерархии клетки», иными словами, прежде всего добраться до ДНК.
