CC BY
25
ОБЗОРЫ И ПРОБЛЕМНЫЕ СТАТЬИ
Неопластическая транформация клетки как следствие экспрессии измененного генома
М.К.Мамедов
Национальный центр онкологии, г.Баку
В настоящее время канцерогенез, как процесс инициации опухолевого роста, считается прямым результатом врожденных или/и приобретенных нарушений в геноме клетки, а сами злокачественные опухоли (ЗО) рассматривются как своеобразные генетические заболевания [3, 5, 19].
Согласно современным представлениям, наиболее ранним этапом канцерогенеза является усиление генетической нестабильности - событие, происходящее на уровне всего генома [11, 14, 15].
Началом такого усиления может стать как изменение активности одного или нескольких мутаторных генов или дисфункция систем репараций повреждений ДНК и контроля клеточного цикла, либо другие генетические и эпигенетические изменения генома. И независимо от причин, вызвавших генетическую нестабильность, ее следствием становится резкое повышение частоты мутаций, вообще. В такой ситуации с каждым последующим циклом репликации число мутаций увеличивается - в итоге происходит многоступенчатый процесс накопления мутаций, являющийся прямой и непосредственной предтечей неопластической трансформации клеток (НТК).
Среди множества формирующихся относительно "онкологически нейтральных" изменений генома, происходят и "онкологически значимые" мутации, затрагивающие протоонкогены (ПОГ) и гены-супрес-соры (ГС) и способные приводить к гиперэкспрессии ПОГ и/или инактивации ГС. Последнее считается вторым ключевым событием, которое влечет за собой дискоординацию процессов восприятия клеткой внешних регуляторных сигналов и прогрессирующее нарушение регуляции ее пролиферации [2, 6, 18].
Размножение таких клеток в определенный момент и приводит к появлению в организме клеток, с определенным образом изменившимся геномом и отличающихся сниженной чувствительностью к различным рост-супрессирующим сигналам и ослаблением индукции апоптоза в них. Более того, эти клетки обретают способность преодолевать репликативное старение (т.е. неограниченно пролиферировать) и самостоятельно стимулировать свою пролиферацию [13].
В силу этих свойств происходят нарастающая функциональная изоляция таких клеток и их выход из под контроля организма. Параллельно с этим происходит и обретение такими клетками и ряда других фено-
типических свойств, отличающих их от нормальных клеток. Такие клетки считаются трансформированными клетками (ТК).
Изложенное выше демонстрирует то, что процессы, протекающие на генном и геномном уровнях, в конечном итоге, находят выражение на клеточном уровне в форме появления ТК. Ниже мы кратко охарактеризуем те важнейшие механизмы, посредством которых описанные выше генетические изменения приводят к НТК. Однако, в первую очередь, мы отметим три весьма важных обстоятельства.
Во-первых, в основе опухолевого роста лежит локальное увеличение числа особым образом изменившихся клеток и их общей массы, обусловленное чаще всего активацией пролиферации клеток или угнетением апоптоза, а нередко происходящее за счёт сочетания обоих этих процессов [8].
При этом, нарушение регуляции количества клеток обусловлено свойствами самих пролиферирую-щих клеток и, в частности, утратой ими способности адекватно реагировать на внешние сигналы. Такое нарушение выводит пролиферацию этих клеток из-под контроля организма и этот процесс перестаёт зависеть от биологических потребностей организма -данный факт позволяет считать такую пролиферацию "автономной", т.е. не зависяшей от организма [9].
Во-вторых, признавая, что в основе инициации опухолевого рота лежит резкое повышение темпа клеточного деления, следует признать и то, что трансформироваться и, в дальнейшем дать начало опухоли, могут лишь те клетки, которые способны делиться.
К ним относятся: а) клетки, находящиеся в состоянии деления и 2) клетки, пребывающие в стадии покоя, но сохранившие "пролиферативный потенциал", т.е. способность "вернуться" в митотический цикл. Эти клетки считаются пермиссивными в отношении трансформации. Соответственно, клетки, находящиеся в стадии окончательной дифференцировки и полностью утратившие способность делиться, трансформироваться не могут, по крайней мере, теоретически
[7].
В-третьих, обретение клетками способности к автономной пролиферации составляет важнейший, но не единственный критериальный признак НТК - в качестве других генетических и фенотипических признаков, свойственных ТК, прежде нередко упоминался целый ряд их особенностей. Но, хотя многие из них
действительно часто сопутствуют опухолевому перерождению клеток, но не являются кpитеpиальными [1, 4].
Благодаpя широкому использованию при изучении природы опухолевого pоста целого pяда молеку-ляpно-генетических методов среди десятков особенностей, отличающих опухолевые клетки (ОК) от нормальных клеток, лишь сpавнительно недавно удалось выделить несколько их критериальных признаков [16, 20]. Так, еще в 2000 г Д.Хейнэхэн и Р.Уайнбеpг выделили 8 основных особенностей, присущих абсолютному большинству ОК. Эти признаки, названные ими "hallmarks of cancer cells" ("отличительные чеpты" ОК) [17], приведены в таблице.
Вместе с тем, помимо приведенных в этой таблице, для ОК весьма хаpактеpны и некотоpые другие признаки и, в пеpвую очеpедь, снижение степени диф-феpенциpовки и моpфофункциональная атипия, ко-тоpые также выявляются в большинстве ОК и составляют важные хаpактеpистики этих клеток.
Здесь же необходимо подчеpкнуть, что в клетках солидных ЗО число выявляемых мутаций и других генетических изменений, как правило, значительно выше, чем в клетках лейкозов. Это обусловлено тем, что для развития солидных ЗО требуются изменения, в первую очередь, обусловливающие нарушения взаимодействия клеток со своими "соседями" и внеклеточным матриксом. Таковыми являются утpата зависимости от контактного торможения пpолифеpации, повышенная локомоторная активность, обеспечивающая способность к инвазивному деструирующему pосту и
дp.
Из изложенного выше следует, что фоpмиpование всех указанных выше признаков ОК является результатом pеализации тех изменений в геноме этих клеток, котоpые предшествовали их тpансфоpмации. Иначе говоpя, в основе HТК лежит пpоцесс такой струк-туpно-функциональной пеpестpойки генома клетки (и
его последующей экспpессии), которая, в итоге, и пpиводит к обpетению ею перечисленных выше и pяда дpугих свойств, отсутствующих у ноpмальных клеток.
Именно этот вывод предопределил хаpакгеp задачи, котоpую мы намеревались решить, составляя данный обзор - рассмотреть основные механизмы, которые обеспечивают формирование у ТК характерных для них особенностей.
При этом, приняв во внимание не полную идентичность свойств ТК и ОК, ниже мы рассмотрим лишь механизмы, благодаря которым ТК обретают ряд наиболее характерных для них фенотипических особенностей: 1) способность к автономной пролиферации; 2) неограниченность пролиферации; 3) угнетение апоптоза; 4) снижение степени дифференцировки клеток и 5) изменение морфогенетических реакций.
Очевидно, что приобретение клетками в процессе их трансформации перечисленных выше и других фенотипических особенностей являются следствием изменений их генома и, в частности: 1) формирования повышенной генетической нестабильности; 2) появления в них повышенного количества протоонкобел-ков (ПОБ) или 3) снижения активности или количества в них белков-супрессоров.
Ниже мы рассмотрим те механизмы, за счет которых упомянутые изменения генома в процессе НТК обеспечивают обретение клетками фенотипических свойств, характерных для ТК. Но поскольку представить себе сущность этих механизмов можно лишь имея представление о принципах регуляции клеточного деления со стороны организма, мы в первую очередь, остановимся на этих принципах [10].
Осущестлвляемая организмом внешняя регуляция деления клеток реализуется посредством приносимых к клетке извне регуляторных сигналов, побуждающих клетку к вступлению в митоз и потому называемых "митогенными сигналами". Носителями мито-
Таблица. Важнейшие отличительные свойства опухолевых клеток
1. Наличие признаков геномной нестабильности, опосредованной инактивацией систем репарации ДНК и нарушениями молекулярных механизмов контроля клеточного цикла._
2. Способность к самостоятельной индукции митогенных сигналов, обусловленная аутопродукцией факторов роста, белков, формирующих соответствующие рецепторы или/и других компонентов каскада систем внутриклеточной передачи митогенных сигналов._
3. Утрата чувствительности к сигналам, сдерживающим процесс пролиферации, обусловленная инактивацией генов-супрессоров и/или продуктов их экспрессии (антимитотических белков).
4. Остановка или замедление апоптоза, опосредованные дисбалансом в системе метаболической регуляции этого процесса._
5. Неограниченный репликативный потенциал клеток (способность преодолевать "барьер" Хэйфлика), сопряжённый с реактивацией продукции фермента теломеразы и, как следствие, отсутствие укорочения теломер-терминальных участков хромосом._
6. Способность продуцировать ангиогенные факторы, стимулирующие неоангиогенез в опухоли, обеспечивающий удовлетворение повышенных потребностей быстропролиферирующих клеток в кислороде и трофических субстратах._
7. Способность продуцировать гистолитические ферменты, обеспечивающие возможность инвазивного роста и метастатического распространения, а также к продукции иммуносупрессивных субстанций, обеспечивающих резистентность к факторам иммунной системы._
8. Способность индуцировать перестройку стромальных компонентов, создающую более благоприятные условия для развития и эволюции клона опухолевых клеток.
генных сигналов являются "факторы роста" (ФР) и некоторые гормоны.
При отсутствии внешних митогенных сигналов клетка выходит из клеточного цикла и может оставаться в этом состоянии неопределенно долго. Именно благодаря подверженности внешней регуляции, клетки являются лишь относительно самостоятельными и "ведут" себя как часть организма, подчиненная его регулирующим системам.
Молекулы ФР и гормонов действуют на клетку только через ее мембранные рецепторы - специализированные белковые структуры, наличие которых на поверхности клеток делает их чувствительными к воздействию ФР и гормонов.
Рецепторы воспринимают и преобразовывают эти сигналы в митогенные импульсы, передающиеся к ядру клетки. Достигнув ядра, эти импульсы вызывают функциональную активацию тех генов, которые осуществляют внутреннюю регуляцию деления клетки.
При этом, первоначально стимулируется активность генов, кодирующих особые функционально активные белки - "факторы транскрипции", под действием которых активируются гены, непосредственно отвечающие за "включение" митоза. Важнейшие этапы этого процесса на примере ФР и их рецепторов схематически представлены на рисунке.
Представленный на этой схеме процесс демонстрирует механизм, посредством которого внутренняя (генетическая) регуляция клеточного деления "подчинена" его внешней регуляции.
Очевидно, что в основе этого механизма лежат 2 свойства рецепторов ФР и гормонов: 1) способность воспринимать внешние митогенные сигналы путем специфического связывания с ФР и гормонами и 2) способность преобразовывать приносимые ими сигналы в метаболические митогенные импульсы и передавать их к ядру. Этот факт позволяет считать, что именно рецепторы опосредует связь между внешней и внутренней регуляцией клеточного деления.
Именно поэтому степень "чувствительности" клеток к внешним регуляторным воздействиям прямо определяется числом таких рецепторов на поверхности их наружных мембран. Поэтому утрата клеткой этих рецепторов приводит к утрате ею и "чувствительности" к внешним митогенным сигналам и, напротив, увеличение концентрации их белков на цитомембране может привести к патологическому увеличению такой "чувствительности".
В основе способности рецепторов трансформировать внешние митогенные сигналы в направляемые к ядру "химические" импульсы лежит фос-форилирование внутриклеточного домена рецепторов (перенос на него фосфатных групп с молекулы АТФ). В итоге этот домен обретает ферментативную (проте-инкиназную) активность и способность фос-форилировать белки. Этот процесс некоторые авторы условно именуют "зарождением" в рецепторе мито-генного импульса.
Внутриклеточная "передача" этого импульса -многоэтпапный процесс, в основе которого лежит эстафетный перенос энегетически насыщенных фосфатных групп сначала с внутриклеточного домена рецептора на молекулы цитоплазматического белка, а затем с этих молекул на молекулы других белков и т.д.
Иными словами, "зародившийся" в рецепторе ми-тогенный импульс в виде каскада реакций фосфори-лирования, по своеобразной эстафете, с помощью особых белков-трансмиттеров, последовательно приобретающих энзиматическую активность, от рецептора передается через цитоплазму и в конце достигает ядра. "Цепь" последовательно фосфорилируемых ци-топлазматических белков формируют своеобразный центростремительный путь внутриклеточной мито-генной сигнализации.
К настоящему времени идентифицировано несколько таких путей сигнализации, каждый из которых связан, преимущественно, с определенными генами и семействами белков-трансмиттеров. В то же время,
Рисунок. Этапы внутpиклеточной пеpедачи митогенных сигналов, пpиносимых факторами pоста и активирующих пpотоонкогены
одни и те же гены и продукты их экспрессии могут участвовать в формировании разных путей внутриклеточной сигнализации.
Заметим, что приведенная выше схема отражает общую последовательность процессов, которые происходят при функционировании любого из этих путей внутриклеточной сигнализации.
Завершая рассмотрение принципов регуляции клеточного деления, надо отметить 2 существенных обстоятельства. Во-первых, на всех этапах внутриклеточной передачи митогенного сигнала активность осуществляющих фосфорилирование белков протеин-киназ уравновешивается активностью противодействующих им фосфатаз, отвечающих за процесс де-фосфорилирования белков. И, во-вторых, блокирование любого из этапов передачи митогенного сигнала может привести к нарушению регуляции пролиферации в виде ее замедления или даже полной остановки и, напротив, активация любого из звеньев этой цепи может привести к ускорению и стимуляции пролиферации.
МЕХАНИЗМЫ ФОРМИРОВАНИЯ АВТОНОМИИ ПРОЛИФЕРАЦИИ. В отличие от нормальных клеток, ТК могут побуждаться к делению не только воздействием ФР и гормонов, но и своими собственными (внутренними) стимулами. Именно это приводит к тому, что ТК, обретая независимость от влияния ФР и гормонов и, соответственно, автономию, утрачивают статус структурно-функциональной единицы ткани, органа и всего организма.
Как уже отмечалось, способность ТК самостоятельно стимулировать собственную пролиферацию является прямым средствием появления в них высокой концентрации ПОБ или/и резкого снижения в них (вплоть до исчезноваения) содержания белков-супрес-соров.
Теоретически автономность пролиферации ТК от ФР и гормонов может сформироваться в 5 основных ситуациях, связанных с теми функциями, которые выполняют ПОБ. Такая возможность может реализоваться при выполнении ими хотя бы одной из приведенных ниже функций.
1. ПОБ могут играть роль самих ФР или иметь с ними функциональную аналогию. В этом случае, перманентно продуцируя такие белки клетка сама, с помощью аутокринного механизма, стимулирует свое деление и становится полностью независимой от внешних митогенных сигналов, приносимых извне ФР или гормонами.
2. ПОБ могут входить в состав рецепторов ФР и/или гормонов или же являться их видоизменными, но функционально активными аналогами. В этом случае их интенсивное образование в клетке приведет к повышению содержания таких рецепторов на поверхности клеток, что повысит их чувствительность к действию на них соответствующих ФР и гормонов, даже в отсутствие их повышенной концентрации во внеклеточном пространстве. Более того, в такой ситуации рецепторы могут спонтанно становиться источником митогенных сигналов даже при отсутствии их
внешних носителей.
3. ПОБ могут выполнять функцию белков-трансмиттеров, обеспечивающих внутриклеточную передачу митогенных сигналов от мембранных рецепторов к ядру. Их постоянное присутствие в цитоплазме приведет к "хроническому" поступлению из цитоплазмы в ядро "ложных" митогенных импульсов и имитирует перманентную импульсацию от внешнего "фантомного" источника.
При этом, чем выше уровень экспрессии трансмиттеров, тем больше "мощность" потока митогенных сигналов, поступающих к ядру. Эти имитационные импульсы будут передаваться с соответствующего уровня, по эстафете, по механизму "downstream" (вниз по течению) к ядру и, главное, независимо от функционального состояния "вышестоящих структур", т.е. рецепторов ФР.
Подобная перманентная передача ложных мито-генных сигналов приводит к тому, что ядерные структуры, отвечающие за позитивный контроль митоза, будут постоянно оставаться в "возбужденном" состоянии. Такое самоподдерживающееся возбуждение, в итоге, выведет клетку из-под регуляторного влияния организма.
4. ПОБ могут играть роль факторов транскрипции - ядерных белков, способных, связываясь с ДНК в области регуляторных генов, активизировать их транскрипцию. Концентрация этих факторов в ядрах нормальных клеток вне периода действия ФР исчеза-юще мала, а воздействие на клетку ФР или гормонов резко усиливает образование этих факторов.
Поэтому ПОБ, выступая в роли факторов транскрипции, могут воздействовать на указанные гены и инициировать развитие тех метаболических процессов, которые приводят к началу митоза - в этом случае пролиферация будет происходить безо всякого поступающего извне митогенного сигнала.
5. ПОБ способны блокировать действие естественных ингибиторов передачи митогенных сигналов (типа бета-интерферона, фосфолипазы и др.), тормозящих вступление клетки в митоз. Очевидно, что такое действие также может привести клетку к самостимуляции или же усилить действие ПОБ, реализуемое посредством уже перечисленных выше механизмов.
Учитывая, что ПОБ в разных ролях участвуют в формировании нескольких разных путей внутриклеточной сигнализации, а продукты экспрессии некоторых из них обеспечивают сопряжение и "перекрещивание" различных сигнальных путей, изменение их функций в процессе НТК может затронуть разные уровни разных сигнальных путей.
Очевидно, что все механизмы формирования автономии пролиферации ТК, так или иначе, связаны с процессом внутриклеточной передачи митогенных сигналов и со спонтанной "сверхактивацией" одного или нескольких звеньев в цепи передачи таких сигналов - с этих звеньев в ядро поступают имитационные сигналы, побуждающие клетку к ускоренной пролиферации.
Иными словами, все эти механизмы, в итоге,
обеспечивают развитие постоянного митогенного "самовозбуждения" клетки, приводящего к их независимости от регуляторных сигналов организма и ее нерегулируемому размножению.
МЕХАНИЗМЫ ИММОРТАЛИЗАЦИИ КЛЕТОК. Для образования из одной ТК-родоначальницы сначала самой ЗО, а затем и ее метастазов, требуется многократное повторение митотических циклов. Однако число митозов, которое может претерпеть любая нормальная клетка ограничено (его именуют "барьером" Хейфлика) из-за такого генетически детерминированного феномена, как "репликативное старение".
В основе этого феномена лежит инактивация или резкое снижение активности особого фермента - тело-меразы, обеспечивающей сохранение терминальных участков хромосом, называемых теломерами - в итоге происходит прогрессивное укорочение теломер, по мере которого снижается и репликативный потенциал клеток. Последнее же ведет к тому, что претерпев число делений, соответствующее "барьеру" Хейфлика клетка перестает делиться и погибает. В силу этого фенотип нормальных клеток, обозначают как mortal phenotype, т.е. "погибающий" фенотип.
В репликативном старении выделяют 2 фазы: "ранний кризис", который связан с утратой клетками способности делиться и "генетическая катастрофа", обусловленная полной дисфункцией теломер и слипанием хромосом, приводящим клетку к гибели.
В отличие от нормальных клеток, в ТК и клетках большинства ЗО теломераза сохраняет активность -благодаря этому происходит отмена ограничения на число делений и такие клетки обретают способность преодолевать "барьер" Хейфлика и не подвергаются репликативному старению. Данный феномен получил название "иммортализации" (обретение бессмертия), а иммортализованные клетки обретают так называемый immortal phenotype.
На прямую связь иммортализации с восстановлением активности теломеразы указывают данные о том, что репликативный потенциал нормальных клеток значительно возрастает при: 1) стимуляции активности гена TERT, кодирующего энзиматически активную субъединицу теломеразы и 2) трансдукционное введение в геном клетки вирусных онкогенов (к примеру, онкогена E6 вируса папилломы человека), способных активировать экспрессию этого гена.
Установлено, что активность теломеразы контролируется онкобелком myc, повышающим интенсивность транскрипции гена TERT и потому активация протоонкогена MYC ведет к повышению экспрессии гена TERT. Высказано мнение о том, что иммортали-зация, сопровождающая трансформацию клеток обусловлена именно активацией протоонкогена MYC, которая влечет за собой повышение экспрессии гена TERT.
В то же время, сегодня известно, что для иммор-тализации клеток одной только активизации механизмов, препятствующих укорочению теломер, недостаточно - она становится возможной лишь в случае дополнительной и, как правило, предшествующей инак-
тивации функции определенных генов-супрессоров, причем, для разных типов клеток требуется, по-видимому, инактивация разных генов-супрессоров - р16, р19, р21, р53 и др. Обычно инактивация этих генов генов приводит к ускорению "раннего кризиса", хотя она может отмечаться и накануне "генетической катастрофы".
НАРУШЕНИЕ ДИФФЕРЕНЦИРОВКИ КЛЕТОК. Эти нарушения - весьма характерная особенность ТК и особенно ОК. Наиболее ярко она проявляется при гемобластозах, клеточную основу которых формируют клоны клеток, как бы "застывших" на той или иной стадии созревания.
Считается, незрелость лейкозных клеток не результат дедифференцировки претерпевших трансформацию зрелых клеток - она отражает их происхождение из незрелых клеток, в которых натупил блок дифференцировки. Есть данные, указывающие на способность ряда ПОБ прямо тормозить дифференциров-ку клеток.
Действие ПОБ на дифференцировку можно было бы связать с изменениями регуляции пролиферации. Однако вызываемые ими эффекты не столь однозначны и сильно зависят о тканевой принадлежности клеток. Кроме того, их действие на дифференцировку не исчерпываются их влиянием на пролиферацию - возможно, что эти эффекты обусловлены воздействием ПОБ на гены, детерминирующие коммитирование и дальнейшее созревание клеток.
Если экспрессия ПОГ способна блокировать процессы дифференцировки, то активация ГС, наоборот, может индуцировать дифференцировку и созревание клеток. Этот эффект вероятно связан с их способностью останавливать клеточный цикл, что является необходимым условием для созревания многих типов клеток.
Надо также отметить, что блокирование диффе-ренцировки отнюдь не обязательное условие для опухолевого роста, даже в случае лейкозов. Сохранение способности к дифференцировке наблюдается и во многих солидных ЗО, причем в отличие от лейкозов созревание клеток не препятствует приобретению ими опухолевого фенотипа. Заметим, что происхождение из незрелых клеток не противоречит представлению о том, что ОК в ходе прогрессии могут претерпевать определенную дедифференцировку, утрачивая в первую очередь те дифференцировочные маркеры (в том числе, рецепторы цитокинов, ФР и гормонов), отсутствие которых придает клеткам селективные преимущества перед дифференцированными клетками.
Кроме того, полной потери признаков тканевой принадлежности в ЗО практически никогда не наблюдается, что может объясняться тканеспецифичным характером экспрессии некоторых из ПОГ или других генов, функционирование которых необходимо для поддержания клеток в трансформированном состоянии.
ИЗМЕНЕНИЕ МОРФОГЕНЕТИЧЕСКИХ РЕАКЦИИ КЛЕТОК. Ярким отличительным свойством ТК считается "асоциальность" их поведения, выражающаяся в форме нарушений нормальных морфогенети-ческих реакций: 1) потери контактного торможения
размножения, 2) приобретения способности к пролиферации независимо от прикрепления к субстрату-"подложке" (anchorage МереМепсе) и изменениями характера адгезионных взаимодействий и 3) изменения формы и подвижности клеток и т.д.
Именно эти нарушения вместе с некоторыми другими свойствами, в частности способностью секрети-ровать протеолитические энзимы и ангиогенные факторы, предопределяют инвазивный характер роста (проникновение в окружающие здоровые ткани), а впоследствии и метастазирование (образование вторичных очагов опухолевого роста).
Первостепенную роль в возникновении указанных выше нарушений морфогенетических реакций играют изменения функции ПОГ и/или ГС.
Присущее нормальным клеткам контактное торможение размножения (прекращение пролиферации при установлении контактов с окружающими клетками) связывают в первую очередь с повышением экспрессии ГС р16 и р27, что обусловливает недофосфорилирова-ние pRb и блокирование входа клетки в S-фазу.
Хотя пути сигнализации от цитомембраны к ингибиторам циклинзависимых киназ ясны не до конца, известно, что повышение в эпителиоцитах экспрессии Е-кадхерина, вызванное трансдукцией его гена, ведет к накоплению белка р27 и остановке митоза. В этих клетках вероятно есть еще один путь блокирования клеточного цикла в ответ на установление межклеточных контактов - образование эпителиального пласта вызывает накопление р53, тогда как мутации Е-кадхе-рина и/или разобщение межклеточных контактов, наоборот, вызывают дестабизацию гена р53 и, как следствие, прекращение ингибирующего воздействия белка р21 на комплексы циклин - Cdk. Это позволяет полагать, что онкогенный потенциал мутаций Е-кадхе-рина, ответственных за развитие наследственных форм рака желудка и многих других ЗО, по крайней мере, частично обусловлен изменениями регуляции клеточного цикла, апоптоза и контроля генетической стабильности.
Наряду с инактивацией ряда ГС, вызванной мутациями или связыванием с вирусными онкобелками, к потере контактного торможения пролиферации может приводить и гиперэкспрессия ПОГ, модифицирующих активность сигнального пути Cdk-pRb-E2F. Так, она может быть вызвана повышением экспрессии ПОГ Myc (вызывающего деградацию р27 и трансактивацию Cdc25a) или активацией ПОГ Ras (индуцирующего деградацию р27 и повышение экспрессии циклина D1).
Важным условием пролиферации большинства нормальных клеток является их прикрепленность к внеклеточному матриксу. В основе этого явления лежат два основных фактора: 1) неспособность ростовых факторов активировать в неприкрепленных клетках комплексы циклин E-Cdk2, ответственные за вход в S-фазу и 2) индукция апоптоза во многих типах клеток при отсутствии адгезионных взаимодействий (этот тип апоптоза имеет название "аноикис").
И подавление пролиферации, и индукция апопто-за в неприкрепленных клетках могут быть связаны с
активацией гена р53, вызываемой отсоединением клеток от субстрата и отсутствием сигналов от рецепторов интегринов. За подавление входа клетки в S-фазу кроме активации сигнального пути р53-р21, по всей видимости, ответственна и аккумуляция p27, также закономерно наблюдающаяся при отсутствии контактов клеток с матриксом.
Однако помимо запуска механизмов негативного контроля пролиферации (блокирование входа в S-фазу и индукция апоптоза) в ответ на открепление клеток от матрикса существуют и независимые механизмы позитивной регуляции пролиферации, инициируемые связыванием интегринов с белками внеклеточного матрикса и последующей активацией нерецепторной тирозинкиназы FAK (focal adhesion Kinase) - ключевого участника передачи сигналов от интегриновых рецепторов, физически взаимодействующего с цитоп-лазматическим доменом b-субъединицы интегрина).
Если исходить из факта существования нескольких механизмов, определяющих зависимость жизнеспособности и/или размножения клеток от их связывания с матриксом, становится понятным, что для возникновения характерной для ОК независимости от адгезионных взаимодействий необходимо, по-видимому, несколько событий, которые, с одной стороны, позволяли ли бы преодолевать супрессорные эффекты ГС (их мутации и/или делеции) или активирующие эффекты ПОГ (гиперэкспрессия, амплификация), а с другой, - обходить прерывание митогенного сигнала на уровне МЕК1 киназы и блокировать аноикис по одному из сигнальных путей.
Изменение формы - характерное свойство ТК и особенно ОК, в основе которого лежат связанные между собой изменения цитоскелета, адгезионных взаимодействий клеток друг с другом и с внеклеточным матриксом. Они выражаются в нарушении формирования фокальных контактов и в ухудшении прикрепления клеток к матриксу, дезорганизации системы активных микрофиламентов.
Усиление подвижности ТК и формирование у них "локомоторного" фенотипа является следствием описанных выше изменений характера адгезионных взаимодействий и приводит к изменениям активности псевдоподий и характера перемещения клеток - они напоминают изменения, возникающие в нормальных клетках при действии мотогенных (стимулирующих передвижение клеток) цитокинов и в комплексе именуются "локомоторным фенотипом", присущим большинству ТК и ОК.
Клетки с таким фенотипом часто одновременно обретают и способность секретировать и выделять в межклеточное пространство протеолитические ферменты, способствующие деградации биоструктур ба-зальных мембран и межклеточного матрикса. Кроме того, на их поверхности происходит перераспределение специфических молекул адгезии: исчезают молекулы адгезии, направленные на гомологичные связи, появляются молекулы адгезии, способствующие связыванию гетерологичных клеток. И именно это изменение позволяет таким клеткам покидать участки тка-
ни, где они сформировались и перемещаться в толщу сопредельных тканей иного гистогенеза. Поэтому они дают потомство, способное быстро расселяться за пределами базальных мембран.
Молекулярные механизмы, определяющие возникновение локомоторного фенотипа, как в нормальных клетках при мотогенных стимулах, так и у ТК и ОК, пока далеки от ясности, хотя некоторые ключевые узлы в пересекающихся цепях передачи сигналов, ответственных за возникновение этих изменений уже выявлены. Внеклеточными носителями таких сигналов могут быть многие цитокины, являющиеся одновременно и митогенами, и мотогенами.
Считается, что главенствующую роль в морфологической трансформации и приобретении клетками ЗО локомоторного фенотипа играют, очевидно, ПОГ, изменения активности которых приводят к активации белков нескольких семейств, каждое из которых отвечает за отдельный путь внутрикленточной сигнализации.
Другими словами, для того, чтобы клетка трансформировалась и обрела, так называемый "полностью трансформированный" фенотип необходимо нарушение более, чем одного пути регуляции клеточного цикла. По-видимому, лишь совокупность обусловленных ими изменений в регуляции активности псевдоподий, сборки/разборки цитоскелета и фокальных контактов при одновременном изменении активности большого набора транскрипционных факторов обеспечивает в конце концов обретение клетками такого фенотипа.
Поэтому очевидно, что для возникновения характерных для ТК изменений морфогенетических реакций требуется несколько генетических событий (мутаций), затрагивающих и ГС, и ПОГ.
Отметим, что сегодня известно, что подавляющее большинство известных ПОГ и ГС являются компонентами нескольких общих сигнальных путей, контролирующих клеточный цикл, апоптоз, целостность генома, морфогенетические реакции и дифференци-ровку клеток. Очевидно, что изменения именно в этих сигнальных путях в конце концов и приводят к ТК со всем набором характерных для них фенотипических свойств и особенностей.
Следует также заметить, что чрезвычайная поливариантность развития НФТ и генетическая уникальность каждой ЗО являются интегративным результатом наложенной на многокомпонентную генетическую программу онтогенеза клетки череды "чисто" стохастических событий, во многом, случайно происходящих в геноме и придающих селективное преимущество быстро пролиферирующим клеткам с измененными геномом и, соответствено, фенотипом.
В заключение надо почеркнуть, что если появление ТК является прямым следствием экспрессии измененного генома клеток, то постепенное "превращение" ТК в ОК лишь частично связано с изменениями в геноме (главым образом, с нарастающей генетической нестабильностью), а является результатом, в основном, действия на них эпигенетических факторов и, в первую очередь, факторов организма, обеспечиваю-
щих его противоопухолевую защиту [12].
В частности, ускоренная пролиферация ТК ведет, с одной стороны, к прогрессирующему нарушению тканевого гомеостаза и структуры тканей, в которых они размножаются, а с другой стороны, к усилению генетической гетерогенности и фенотипического разнообразия этих клеток.
На этом фоне происходит естественный отбор тех ТК, которые обладают наибольшей жизнеспособностью и резистентностью к действию защитных факторов организма. Выжившие в этих условиях ТК отличаются агрессивным характером размножения и наличием свойств, обеспечивающих им возможность преумножения своего потомства, его сохранения и расселения по всему организму. Именно такие клетки могут считаться ОК - именно они дают начало опухолям, способным к инвазивному росту и метастазированию.
ЛИТЕРАТУРА
1. Алиев Д.А., Мамедов М.К. Современные аспекты изучения онкологических заболеваний - на пути раскрытия молекулярных механизмов.-Азерб. Ж. онкологии, 2009, N.1, c.3-8; 2. Аничков Н.М., Кветной И.М., Коновалов С.С. Биология опухолевого роста (молекулярно-медицинс-кие аспекты). СПб.-М.: Прайм-Еврознак/ Олма-ПРЕСС, 2004; 3. Введение в молекулярную медицину. Под ред. М.А.Пальцева. М.: Медицина, 2004; 4. Имянитов Е.Н., Хансон К.П. Молекулярная онкологи: клинические аспекты. СПб: Издательский дом СПбМАПО, 2007; 5. Канцерогенез. Под ред. Д.Г.Заридзе. М.: Научный мир, 2000; 6. Мамедов М.К. Об эволюции представлений об этиологии злокачественных опухолей. - Азерб.Ж.онкологии, 2000, N.1-2, с.94-104; 7. Мамедов М.К. О современных взглядах на молекулярно-генетические и молекулярно-клеточные механизмы канцерогенеза. - Азерб. Ж.онкологии, 2001, N.1, с.58-69; 8. Мамедов М.К. Современные представления о сущности опухолей и особенностях опухолевого роста.- Азерб. Ж. онкологии, 2002, N.1, с.134-144; 9. Мамедов М.К. Канцерогенез: разные механизмы, но один результат. - Азерб. Ж. онкологии, 2006, N.1, c.140-150; 10. Маме-дов М.К. О роли протоонкогенов, онкогенов и геновсупрессоров в регуляции жизнедеятельности клетки и в процессе канцерогенеза и развития злокачественных опухолей. - Азерб. Ж. онкологии, 2007, N.1, c.90-99; 11. Мамедов М.К. Апопотоз: роль в обеспечении гомеостаза и значение в патологии. - Азерб. Ж. онкологии, 2007, N.2, с. 135-145. 12. Ма-медов М.К. Воздействие на неоангиогенез в опухолях: сорокалетний путь от гипотезы до реализации в клинической онкологии - Биомедицина, 2010, N,.2, с.34-36; 13. Мамедов М.К. Репликативное старение клеток: итоги полувекового изучения. - Биомедицина, 2010, N.3, с.34-38; 14. Мамедов М.К. Злокачественные опухоли как болезни генетической нестабильности. - Современные достижения азербайджанской медицины, 2010, N.5, с.9-18; 15. Копнин Б.П. Молекулярные механизмы канцерогенеза. - В кн.: Энциклопедия клинической онкологии. Под ред. М.И.Давыдова. М.:ООО РЛС-2004, 2004; с.34-59; 16. Cancer. Principles and Practice of oncology. Eds. V. deVita, S^ellman, S.Rosenberg. Philadelphia: Lippincott Williams and Wilkins, 2001, v. 1,2; 17. Hanahan D., Weinberg R. The hallmarks of cancer. - Cell, 2000, v. 100, p.57-70; 18. King R. Cancer biology. N.Y.: Longman, 1996; 19. The genetic basis of human cancer. Eds B.Vogelstein, K. Kinzler. N.Y.: McGraw-НШ Co., 2008; 20. Waxman J., Sikora K. Molecular biology of cancer. Oxford: Blackwell Sci. Publ., 1999.
SUMMARY
Neoplastic cell transformation as consequence of
expression of changed genome
M.Mamedov
The review is dedicated to different changes of genome, which leads to neoplastic transformation of cells.
Поступила 10.08.2010
