CC BY
902
ЛЕКЦИИ
© МАЙБОРОДА А.А. — 2013 УДК: 616.89-008.441.13
ГЕНЫ И БЕЛКИ ОНКОГЕНЕЗА
Аскольд Александрович Майборода (Иркутский государственный медицинский университет, ректор — д.м.н., проф. И.В. Малов, кафедра медицинской биологии, зав. — д.б.н., проф. А.А. Майборода)
Резюме. В лекции расшифровывается генетическая природа рака, как следствие разнообразных мутаций наследственного материала. На молекулярном уровне проиллюстрирована работа онкогенов и генов супрессоров.
Ключевые слова: онкогенез, генетика, гены онкогенеза, белки онкогенеза.
GENES AND PROTEINS OF CARCINOGENESIS
Askold A. Mayboroda (Irkutsk State Medical University, Russia)
Summary. The lecture deals with the process of carcinogenesis and the genes that define it. The modern concept of gene mutation that determines the risk of developing tumors has been described. The meaning of oncogenes, prooncogens and genes- suppressors of oncogenesis is defined. Particular attention is paid to the proteins of carcinogenesis.
Key words: carcinogenesis, genetics, genes tumorigenesis, proteins of carcinogenesis.
Очевидно, что исследование генетических болезней (рак — генетическая болезнь) обречено на последовательный и комплексный анализ на различных генетических и фенотипических уровнях:
Ген ч^белок, клетка, ткань, целый организм.
Гены Нарушается Неуправляемая
мути- функция пролиферация Рак
руют белка клеток (Злокачест-
венность)
Гены мутируют спонтанно или под воздействием мутагенных факторов. Для генов онкогенеза характерны следующие способы мутации:
1. Точечные мутации
2. Амплификация генов
3. Внутрихромосомные транслокации
4. Межхромосомные транслокации
5. Для вирусных онкогенов главным событием является встраивание в клеточную хромосому.
Хорошо известно, что мутации вызывают болезнь одним из четырех способов нарушения функции белка:
1. Уменьшения функции белка
2. Прироста функции
3. Приобретения мутантным белком новых свойств
4. Экспрессией гена в неправильное время (гетерохроническая экспрессия) и в неправильном месте (эктопическая экспрессия).
Все четыре способа изменения биохимического фенотипа участвуют в развитии онкоген-ных состояний. Белки с нарушенной функцией (мутантные белки) регулируют кардинальные процессы клеточного цикла, репарацию ДНК и апоптоза. Именно участие мутантных белков на различных этапах регуляции клеточного цикла, репарации ДНК и апоптоза лежит в основе возникновения и развития рака.
При написании генов и их продуктов используют следующие правила:
1. Гены обозначают курсивом, причем для генов человека все буквы заглавные (например, SRC), а для генов животных — строчные (src). Буквы обозначающие ген, являются начальными буквами английской транскрип-
ции полного названия гена, например: BCR — breakpoint cluster region.
2. Белковые продукты генов пишут прямым шрифтом с заглавной буквы (например, Src).
3. Гены располагаются в определенных сегментах хромосом. Сами сегменты и районы, которым они принадлежат, обозначаются порядковыми числами, причем центромера служит исходной точкой для цифровой схемы. Для обозначения любого отдельного сегмента используется четыре метки: номер хромосомы, символ плеча (p, g), номер района и номер сегмента в пределах этого района. Номер района и сегмента в нем пишут без точки или с точкой 1.3. Например, запись 10р33 (10р3.3) обозначает, что в коротком плече 10 хромосомы обозначается район 3 и сегмент 3.
Прорастание в соседние
Метастазы
Рис. 1. Четыре основных вида вирусов, вызывающих опухоли. Капсиды ретровирусов и герпесвирусов окружены мембраной из двойного липидного слоя.
Рис. 2. Механизмы репликации клеточной ДНК под действием онкогенов па-повавирусов.
Хромосомные транслокации обозначают номерами хромосом в последовательности возрастания, с предшествующей буквой ^ t (9;22). Для более точной характеристики указывают плечо (р или g), а также номер района и сегмента. Хромосомная транслокция при хоническом миелолейкозе обозначается t (9;22) ^11; g24).
Онкогены и гены супрессоры.
Опухоли возникают от вирусных инфекций и как следствие мутаций, происходящих случайно или же под действием химических канцерогенов или облучения, поэтому в генезе опухолей выделяют вирусные гены и клеточные гены. Классификация генов онкогенеза основана прежде всего на характере действия генов. Поэтому в современной онкологии различают:
1.Вирусные онкогены
2. Клеточные онкогены
3. Гены супрессоры
4. Гены апоптоза
Принято считать, что в клетках человеческого организма находится около 23 тыс. генов. К генам онкогенеза относят около 120-150 генов человеческого генома и некоторое количество вирусных генов. На долю протоонкогенов приходится около 100 генов и порядка 20 на долю опухолевых супрессоров.
Онкогены.
Онкогены приводят к малигнизации путем изменения функции или экспрессии гена. Как было оговорено выше, в современной онкологии различают вирусные и клеточные онкогены. Установлено, что вирусные онкогены гомологичны по некоторым последовательностям ДНК нормальным клеткам млекопитающих. Например, вирусные онкогены: аЬ1, таз, туз гомологичны клеточным протоонкогенам ЛБЬ, ЯЛБ, ШУБ. Считается общепризнанным, что вирусные онкогены произошли в результате встраивания мРНК клеточных генов в геном ретровирусов. Очевидно, что деление на вирусные и клеточные онкогены кроме отражения истории изучения проблемы, имеет практический смысл, ибо для вирусных онкогенов главным мутационным событием является встраивание в клеточную хромосому. Вирусы вызывают опухоли не сами по себе, а потому, что вносят онкоген в генетический аппарат клетки и закрепляют его там.
1. Гены вирусного онкогенеза.
В классификации вирусов существенное значение имеет ДНК- или РНК-содержание. Кроме того в геноме ДНК-содержащих вирусов различают варианты линейного и кольцевого состояния.
Известно четыре основных типа вирусов, вызывающих опухоли (рис. 1). Паповавирусы могут вызывать папилломы кожи, ретровирусы — лейкемии, герпесви-
русы — инфекционный мононуклеоз, аденовирусы — контагиозный моллюск.
Показано существенное различие роли ДНК или РНК генома вируса в развитии тех или иных опухолей. Однако имеется одна общая для всех видов особенность: опухолевому перерождению клетки предшествует встраивание вирусных генов в одну из ее хромосом. Клеточная хромосома в составе которой имеются вирусные гены называется химерной.
Паповавирусы. Эти вирусы содержат двуцепочечную кольцевую молекулу ДНК. Обычно паповавирусы функционируют без интеграции своей ДНК в хромосомы зараженной клетки. Развивается продуктивная инфекция — образование новых вирусных частиц и разрушение клетки-хозяина. В редких случаях с частотой примерно 1 клетка на 105 геному вируса или его онкогенам удается внедриться в одну из хромосом клетки-хозяина.
Такими онкогенами в ДНК паповавирусов являются t и Г-гены. t и Г-гены при обычной продуктивной инфекции запускают репликацию вирусной ДНК.
Считают, что после интеграции этих генов в клеточный геном, продукты этих генов (белки) приобретают способность бесконтрольно стимулировать репликацию клеточной ДНК (рис. 2).
Ретровирусы. У этих вирусов в качестве генома содержится цепь (+) РНК. Для жизненного цикла этих вирусов обязательна интеграция вирусных генов в хромосому клетки хозяина.
В цитоплазме инфекционной клетки происходит обратная транкрипция. Синтез (-) цепи ДНК на вирусной (+) РНК, разрушение вирусной РНК в составе гибрида РНК-ДНК и синтез (+) цепи ДНК с образованием кольцевой двуцепочечной ДНК. Проникновение и встраивание этой ДНК в ту или иную хромосому.
Транскрипция вирусных генов идет с образованием двух типов м-РНК. м-РНК первого типа обеспечивает трансляцию вирусных белков (капсомеров). м-РНК второго типа идет на образование новых вирусных частиц.
Некоторые вирусные белки могут оказывать онко-генное действие. В частности в геноме вируса саркомы Рауса имеется ген v-Src, почти идентичный гену SRC человека. Продуктами этих генов является нерецепторная тирозинкиназа (белок Src), передающий сигнал на каскады митогенактивируемых протеинкиназ (МАПК). Но вирусный белок из-за некоторого различия в первичной структуре, не чувствителен к регуляторным воздействиям и все время находится в активном состоянии, непрерывно стимулирует каскады МАПК и за-
ставляет клетку постоянно делиться (рис. 3).
Рис. 3. Онкогенное действие ретровирусов.
2. Клеточные онкогены.
Протоонкогены регулируют нормальное поведение клетки. Онкогены — это мутантные протоонкогены, изменение функции или экспрессии которых приводит к аномальной стимуляции клеточного деления и пролиферации. Онкогены имеют доминантный эффект на клеточном уровне. Когда онкоген активирован и избыточно экспрессируется, достаточно единственного мутантного аллеля для перехода фенотипа клетки из нормального в злокачественный.
При любой форме рака нарушаются нормальные ограничения пролиферации клеток. Пролиферация клеток регулируется через механизм, заставляющий клетку начинать очередной цикл деления: действие факторов роста, цитоплазматических сигнальных белков, факторов транскрипции и ингибиции генов апоп-тоза (рис. 4).
Очевидно, что значительное место в патогенезе ракового перерождения занимают нарушения регуляции клеточного цикла. Клеточный цикл включает строго детерминированный ряд последовательных процессов. В клеточном цикле различают интерфазу и собственно митоз (М-фаза) (рис. 5). Период репликации ядерной ДНК называют 8-фазой клеточного цикла. Между концом митоза (М-фазой) и началом синтеза ДНК имеется интервал, названный фаза-Сг Другой интервал, названный фаза-С2, отделяет конец синтеза ДНК от начала следующей М-фазы.
Таким образом, интерфаза состоит из последовательности фаз G1, 8 и G2 и обычно занимает около 90% всего времени клеточного цикла. Длительность клеточного цикла у высших эукариот сильно варьирует. Различия в основном зависят от продолжительности фазы G1. Как только клетка прошла через С,, она уже неизбежно и без задержки проходит фазы 8, С2 и М независимо от условий среды.
Клеточный цикл регулируется белками: циклин-зависимыми киназами (Сdks). Термин «циклинзави-симые» подчеркивает зависимость протеинкиназ от циклина. Сdks состоят из двух субъединиц, каждая из которых в отдельности не активна. Для активации Сdk требуется связывание с ней белка циклина. В активной форме протеинкиназы представляют собой комплексы циклин-Сdk (Ц-Сdk), где циклин служит активатор-ной, а Сdk — каталитической субъединицей (рис. 6).
Ц-А
Неактивное состояние
Рис. 6. Объяснение в тексте.
Активное состояние
Рис. 4. Опухоли могут быть образованы как следствие мутаций в генах, кодирующих факторы роста (1), их рецепторы (2) или внутриклеточные сигнальные пути (3); нерегулируемая экспрессия факторов транскрипции и трансляции (4), нарушения в теломеразе (5) и в апоптозных белках митохондрий.
Рис. 5. Фазы митоза.
Протеинкиназы играют ключевую роль в поочередной смене фаз клеточного цикла. Для каждой фазы клеточного цикла имеются разные сочетания конкретных циклинов и конкретных Сdk. Разные циклины обозначаются латинскими буквами, а разные Сdk — арабскими цифрами. Различают циклины: А, В, Д, Е и про-тенкиназы: Сdk-1, Сdk-2, Сdk-4,6 и др.
Запускают клеточный цикл комплексы циклин Д-Сdk-4 или циклин Д-Сdk-6. Эти комплексы функционируют на начальной стадии С;-периода, вызывая соответствующие внутриклеточные события и способствуют переходу клеткой «точки рестрикции». Вторая половина С;-периода происходит под влиянием комплекса циклин Е-Сdk-2. В фазе 8 Сdk-2 последовательно соединяется с циклином А и В. В фазе С2 циклин В связывается с Сdk-1 и вводит клетку в митоз (рис. 7).
Точка рестрикции (Я). Показано, что быстро делящиеся клетки млекопитающих в культуре задерживаются на какое-то время в фазе С;, в точке рестрикции (рис. 8). Если белковый синтез блокирован, то они могут оставаться в этой точке неопределенно долгое время, но если клетка прошла через она без задержек проходит фазы 8, С2 и М.
Контрольные «точки рестрикции» или «сверочные точки» имеются в каждом из четырех периодов цикла (С;- , 8- , С2-периоды и митоз) контролю подвергается состояние наследственного материала. От состояния которого выбирается один из вариантов последующих событий:
1. Быстрый переход к следующей стадии цикла;
2. Задержка на текущей стадии — для исправления обнаруженных дефектов.
3. Запуск механизма апоптоза, если выявленные нарушения невозможно исправить.
Состояние клетки определяется двумя независимыми параметрами: 1) фазой хромосомного цикла; 2) наличием или отсутствием молекул, разрешающих деление, т. е. определяющих пролиферативное состояние клетки. Клетка, не имеющая сигнала к делению, не способна пройти точку рестрикции и останавливается в этой точке.
Активизация протоонкогенов путем хромосомной транслокации наиболее изученный вариант активизации. Описано более 40 онкогенных хромосомных транслокаций при спорадических лейкемиях и лимфо-мах, и при некоторых соединительнотканных саркомах. Показательно превращение протоонкогена с-ABL в онкоген у пациентов с хромосомным миелолейкозом.
Протоонкоген ЛБЬ в норме локализован в 9 хромосоме (9§). Белок с-ABL — тирозинкиназа с двойной
Ген BCR на хромосоме 22
Точка
разрыва
Ген ABL на хромосоме 9
5' 3
Объединенный ген BCR/ ABL
Химерный белок кодируемый химерным геном
Транслокация Ph
Транскрипция и трансляция
Стимуляция * пролиферации
Рис. 7. Регуляция фаз клеточного цикла.
Белки семейства ГЫК4 (р15 и р16) и К1Р1 (р21, р27, р57) ингибиторы комплексов циклин-Cdk. Белки р15,16 связываются с Cdk4,6 и препятствуют образованию комплексов Ц-Д- Cdk4,6; белки р21, р27, р57 связываются с уже сформироваными комплексами (ингибиция).
функцией: она активирует белок р53 в ходе апоптоза и компоненты МАПК (митозактивируемые протеинки-назы), стимулируя деление клеток. Внутриклеточная тирозинкиназа в норме активируется под воздействием факторов роста и находится под его контролем (рис. 4).
Рис. 8. Точка рестрикции (R) в поздней Gt фазе клеточного цикла.
Транслокация переносит протоонкоген ABL в 22 хромосому в ген BCR (от англ. Breakpoint cluster region) (рис. 9). Соседнее размещение BCR и ABL образует химерный ген, кодирующий химерный белок, более длинный, чем белок ABL и с повышенной тирозинкиназной активностью. Усиление тирозиназной активности нового белка, кодируемого химерным геном, активирует компоненты МАПК, стимулируя неконтролируемую пролиферацию лейкоцитов. Возникает начальная стадия хронического миелолейкоза.
По мере развития хронический миелолейкоз становится все более агрессивным, и пациент приобретает дополнительные хромосомные изменения: трисомию 17 или 19 хромосом, вторую филадельфийскую хромосому, мутации других протоонкогенов и мутации генов супрессоров.
Роль хромосомных аберраций в превращении протоонкогена в онкоген, хорошо иллюстрирует лимфома Беркитта. Лимфома Беркитта — опухоль клеток челюсти, с географическим распространением в Экваториальной Африке, у детей. В большинстве опухолей этого типа протоонкоген MYC переносится из своего нормального положения в хромосоме 8g24 в положение 14g32 в позицию дистальнее локуса тяжелой цепи иммуноглобулина. Цитогенетически эта мутация проявляется как визуально сбалансированная транслокация 8; 14 (рис. 10). Предполагают, что транслокация переносит активизирующую транскрипционную последовательность, в норме связанную с геном иммуноглобулина, к гену MYC.
Функция белка Мус расшифрована не полностью, но известно, что это — фактор транскрипции с мощным влиянием на экспрессию множества генов, участвующих в пролиферации клеток, а также в экспрессии тело-
Рис. 9. Превращение протоонкогена ЛВЬ в онкоген у пациентов с хроническим миелолейкозом.
меразы. Транслокация гена МУС переводит его в новое хромосомное окружение, вызывая его неконтролируемую экспрессию (рис. 11).
Постоянная экспрессия гена МУС приводит к синтезу белка Мус, который влияет на активность ряда генов. Белок Мус тормозит экспрессию гена белка р-27, который является ингибитором ряда комплексов Циклин-Cdk (рис. 11). Одновременно белок Мус активирует ген Сdс25а, который кодирует специфическую фосфатазу. Фосфатаза активирует киназы Cdk4 и Cdk2. В результате в клетке формируются активные комплексы D-Cdk4,6, запускающие клетку в непрерывный процесс деления.
Гены супрессоры
Онкогены и гены супрессоры имеют главное отличие по принципу действия: первые приводят к малигнизации после изменения функции или экспрессии гена, а вторые после утраты ? активности гена.
-------* Среди способов «выключения» генов супрессоров различают разные мутации, в результате которых происходит потеря функции обеих аллелей гена. При этом учитывается, что гетерозиготное состояние сохраняет функцию гена, а гомозиготное реализует его потерю. Ген-супрессор — доминантный ген. Гетерозиготность по данному локусу страхует от возникновения опухолей, в случае, если индивид наследует от одного из родителей мутацию в локусе гена-супрессора.
Однако в соматических клетках идет мутационный процесс, который может затронуть доминантную аллель и перенести локус в гомозиготное состояние. Го-мозиготность снимает супрессию онкогенности. Это явление называется потеря гетерозиготности. Употребляется как синоним — потеря гена.
Рис. 10. Транслокация (8;14). Дефектные хромосомы обнаруживаются при лимфоме Беркитта. Дефектная хромосома 8 утрачивает с-тус и приобретает вариабельный район иммуноглобулинов. Локус с-тус транслоцируется на хромосому 14, где он располагается вблизи константного района с иммуноглобулинов.
Описано много синдромов, при которых потеря гетерозиготности ведет к злокачественным новообразованиям. В таблице 1 приведены примеры с потерей гетерозиготности конкретных генов, в конкретных хромосомах, которыми мы будем иллюстрировать дальнейшее изложение.
Таблица 1
Примеры хромосомных регионов с частой регулярной потерей гетерозиготности при конкретных опухолях
Хромосомный регион Заболевания Связанный ген-супрессор опухоли
5д Семейный полипоз толстого кишечника; колоректальная карцинома АРС
10д23 Глиобластома; рак простаты РТБЫ
13д Ретинобластома; рак груди; остеосаркома ЯВІ
17р Колоректальная карцинома; рак груди ТР53
18д Колоректальная карцинома РСС
Наиболее частым генетическим изменением, наблюдаемым при спорадических и семейных опухолях, является соматическая мутация, вызывающая утрату функции обеих аллелей гена ТР53. Ген локализован в 17 хромосоме в участке р13.1. Делеция сегмента хромосомы, включающие ТР53, часто и многократно встречаются при разнообразных спорадических опухолях: яичников, мочевого пузыря, шеи, пищевода, кожи, карциномы легких, молочной железы, глиобластомы мозга, остеогенной саркоме, гепатоцеляюлярной карциноме, колоректальной опухоли.
Среди разнообразных процессов регуляции продукт гена ТР53 — белок р53 (при возрастании активности и содержания) вызывает остановку клеточного цикла. Остановка клеточного цикла на стадии периода является обязательным условием для проверки целостности ДНК. Остановка клеточного цикла происходит благодаря активации гена Р21, продукт которого белок р21 ингибирует комплексы Ц-D-Сdk-4 и Ц-В-Сdk-1, ответственные за прохождение клеткой периодов интерфазы (рис. 7).
В клетках с неповрежденной ДНК остановка клеточного цикла в С;-периоде событие кратковременное. Однако при двуцепочечных разрывах ДНК, обнаруживающая их ДНК-протеинкиназа фосфорилирует р53, освобождает его от ингибирующего влияния белка MDm2 и делает р53 активным (рис. 12).
Активный белок р53, являясь транскрипционным фактором, активирует ген белка р21. Белок р21 ингибитор всех комплексов циклин-Сdk (рис. 12).
Рис. 11. Активация онкогена Мус действием сильного промотора иммуноглобулина.
Рис. 12. Механизм остановки цикла при двуцепочечных разрывах ДНК.
Если повреждения хромосом достаточно велики и исправление затягивается, то длительно сохраняющий высокую активность белок р53 начинает стимулировать серию других генов — запускающих апоптоз. Апоптоз приводит к элиминации клеток с дефектным геном.
Таким образом ген ТР53 является опухолевым супрессором, белковый продукт которого противодействует митогенным сигналам и обеспечивает развитие апоптоза. При «выключении» гена ТР53 вероятность опухолевой трансформации резко возрастает.
Синдром Ли-Фраумени.
Существуют «раковые семьи» с наличием множества разных форм рака: несколько типов саркомы костей и мягких тканей, рак груди, рак мозга, лейкемия и др. Эти формы наследуются по аутосомно-доминантному типу и поражают членов семей в необычайно раннем возрасте (рис. 13). Этот разнообразный фенотип известен как синдром Ли-Фраумени.
В настоящее время путем ДНК-анализа показана роль гена супрессора ТР53 в развитии синдрома. Установлено, что больные в 70% семей с синдромом Ли-Фраумени несут мутантную форму гена ТР53, как унаследованную мутацию. Одна из двух мутаций, необходимых для инактивации гена ТР53, присутствует в половых клетках, а при спорадических опухолях обе мутации происходят в соматических клетках.
Белок р53 — ядерный белок, связанный с ДНК, важный компонент клеточного ответа на повреждение ДНК. Р53 как фактор транскрипции активирует транскрипцию генов, останавливающих клеточное деление, что обеспечивает репарацию ДНК (для репарации необходимо время). В случае непоправимых дефектов ДНК белок р53 запускает систему апоптоза.
Утрата функции белка р53, позволяет клеткам с поврежденной ДНК выжить и делиться, распространяя потенциально онкогенные мутации.
Потеря гетерозиготности региона ТР53 в р плече 17 хромосомы проиллюстрирована в нашей предыдущей публикации [5].
Ген ретинобластомы RB1 также часто изменяется при многих опухолях. Ген ЯБ1 находится в 13 хромосоме (13 g 14). Ген клонирован в 1986 году, он состоит из 180 ТПН и кодирует белок (ЯЬ) с молекулярной массой 110 ГОа.
Белок Яв осуществляет свою работу путем гипо- и гиперфосфорилирования на разных этапах клеточного цикла. В гипофосфорилируемом состоянии он блокирует клеточный цикл между G1 и 8 периодами, тормозя вход в 8 фазу. Когда белок становится более фосфори-лирован, он высвобождает факторы транскрипции, допускает вход в 8-фазу, затем последовательно дефосфо-
Рис. 13. Родословная при синдроме Ли-Фраумени, с развитием рака груди, сарком и других злокачественых опухолей.
рилируется в течении клеточного цикла, что позволяет ему снова функционировать, блокируя переход в S-фазу следующего цикла. Очевидно, что утрата гена RB1 лишает клетку возможной контрольной точки и приводит к неконтролируемой пролиферации. Функция этого белка состоит в ингибировании транскрипционного фактора (Е2F — DР).
В неделящихся клетках белок ЯЬ, имея высокое сродство к комплексу Е2F-DР, соединяется с комплексом и блокирует его (рис. 14 А).
Под действием циклин D-Сdk 4,6 (протеинкиназные комплексы G1-периода) белок рRB фосфорилируется и теряет сродство к Е2F-DР (рис.14Б). В результате комплекс Е2F-DР становится активным и способным выполнять функцию транскрипционного фактора и активирует целый ряд генов:
а) Гены циклинов Е, А и киназ Сdk-2, Сdk-1 (компоненты следующих стадий цикла);
б) Гены ключевых ферментов синтеза дезоксирибону-клеотидов и репликации ДНК (ДНК-полимеразы,белка ЖМА и др.).
в) Генов стимулирующих в конце G1-периода экспрессию циклинов В, которые характерны для S и G2-периодов.
Циклины следующих стадий цикла постоянно фос-форилируют белок ЯЬ, поддерживая таким образом высокую активность комплекса Е2F-DР. В результате клетка неоднократно проходит точку рестрикции и вступает в состояние непрограммированной пролиферации (рис. 15).
Если оба гомологичных гена в клетке находятся в мутантном состоянии, белок ЯЬ не синтезируется и не блокирует комплекс DР/Е2F, который переводит клетку в S-период и заставляет ее делиться чаще объективной потребности пролиферации.
Известен вариант блокады белка ЯЬ ДНК вирусом SV40 при инфицировании пациента при сохранении гетерозиготности и нормальной продукции рЯЬ, вирусный белок связывается с рЯЬ и блокирует его взаимодействие с Е2F/DР1, что приводит к аналогичным
РР
ИрКь
Е2Р
А)
Неактивная форма
Б)
Активированный комплекс Е2Р- ОР
Рис. 15. Потеря гена RВ1 переводит клетку в S период и заставляет ее постоянно делиться.
последствиям неуправляемой клеточной пролиферации.
Ретинобластома, образец болезни, вызываемой мутацией в гене-супрессоре опухолевого роста. Известно две формы ретинобластомы: наследственная и спорадическая. При наследственной форме множественные опухоли возникают в обоих глазах, при спорадической форме возникает только одна опухоль, и только в одном глазу.
40% случаев ренобластомы — наследственная форма, при которой ребенок наследует один мутантный аллель ЯВ1. К развитию опухоли приводит соматическая мутация в одной единственной клетке сетчатки, приводящая к потере гетерозиготности. Таким образом, ретинобластома возникает по двухударному механизму: одна мутация происходит в гаметах, другая в соматических клетках. «Двухударная» модель, впервые описанная для ретинобластомы, теперь используется при анализе патогенеза других наследственных опухолей (семейный полипоз толстой кишки, семейный рак груди, нейрофибролитоз, наследственная неполипозная карцинома кишечника, синдром Ли-Фраумени и др.). 60% случаев ретино-бластомы — ненаследственные (спорадические). В этих случаях оба аллеля RB1 в одной клетке сетчатки инактивируются независимо друг от друга (две соматические мутации). Очевидно, что два таких события в одной клетке — редкий случай, поэтому наблюдается
і я случаев, % го о 42 70
I гЧ / 'и Семейный! \ I I—ч 11 \ /1 \ / [ Общая
о 10 ПОЛИПОЗ I \ ‘ /!) 1 популяция / \
|/ хМ \, \
10 20 30 40 50 60 70 80 90
Возраст в годах
Рис. 14. Роль белка ЯЬ1 в регуляции активности транскрипционного фактора Е2Б^Р.
Рис. 16. Распределение по возрасту пациентов с разными формами рака толстой кишки.
только монолокальная опухоль и только в одном глазу.
Выжившие дети с наследственной формой ретино-бластомы имеют повышенный в 400 раз риск развития других опухолей. Риск значительно выше, если ребенок получал лучевую терапию. Пациенты с наследственной формой уже несут мутацию в одном аллеле RB1 во всех клетках их тела, они подвержены другим опухолям вследствие потери гетерозиготности.
Ген RB1 экспрессируется во многих тканях, однако потеря RB1 вызывает опухоли в детстве только в сетчатке, а в более позднем возрасте — в тканях мезенхимального происхождения.
В таблице 2 показано участие генов ТР53 и RB1 и их белков в наиболее изученных процессах онкогенеза.
Рак в семье. Больные с наследственными синдромами рака составляют около 7% всех больных раком. Идентификация генетической основы их болезни имеет большое значение для своевременной клинической помощи семье и для понимания рака в целом. В частности, хорошо известно, что для наследственных форм рака характерно их раннее начало и позднее начало при спорадических формах одноименных раков (рис. 16). Поэтому семейная история рака должна вызывать подозрение у врача относительно здоровья родственников первой-второй степени родства. Эта настороженность позволяет поставить ранний, а значит своевременный диагноз.
Представление о «двухударной» модели рака — следствие многочисленных исследований наследственных форм рака. Эта модель послужила основой современных представлений о том, что для возникновения рака единственной мутации недостаточно, и для его развития требуется от трех до семи случайных независимых событий.
Примечательно, что из всех известных сегодня онкогенов, при наследственных синдромах рака обнаружено наследование только некоторых из этих протоонкогенов.
Таблица 2
ТР53 и RB1 — гены супрессоры опухолевого роста
Ген Продукт и возможные функции гена Болезни с патологией гена
ТР53 р53 Регуляция клеточного цикла Семейный рак. Синдром Ли-Фраумени Спорадический рак. Рак яичников, мочевого пузыря, пищевода, кожи, карциномы лёгких, молочной железы, глиобластомы моз га, остеогенной саркомы, гепатоцеллюлярной карциноме, колоректальной опухоли.
RB1 р110 Регуляция клеточного цикла Ретинобластомы Ретинобластомы, мелкоклеточная карцинома лёгкого, рак груди и др.
ЛИТЕРАТУРА
1. Албертс Б. и др. Молекулярная биология клетки. — Т. I, II, III. — М.: Мир, 1994.
2. Айала Ф., Кайгер Дж. Современная генетика. — М.: Мир, 1988. — Т. 2. — 368 с.
3. Бочков Н.П., Пузырев В.П., Смирницина С.А. Клиническая генетика. /Под ред. Н.П. Бочкова. — М.: ГЭОТАР-Ме-диа, 2013. — 592 с.
4. Жимулев И.Ф. Общая и молекулярная генетика. — Новосибирск: Сиб. универс. изд-во, 2003. — 478 с.
5. Майборода А.А. Молекулярно-генетические основы онкогенеза. // Сибирский медицинский журнал (Иркутск). — 2013. — Т. 116. №1. — С. 134-138.
6. Мушкамбаров Е.Н., Кузнецов С.Л. Молекулярная биология. — М.: МИА, 2007. — 536 с.
7. Роберт Л., Ньюссбаум и др. Медицинская генетика. — Пер. с англ. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2010.
8. Фогель Ф., Мотульски А. Генетика человека. Пер. с англ. — М.: Мир, 1989. — Т. 1. — 312 с.
Информация об авторе: Майборода Аскольд Александрович — заведующий кафедрой, профессор, д.б.н.,
664003, Иркутск, ул. Красного Восстания, 1.
