Этиология опухолей

К настоящему времени накоплено большое количество фактов, проливающих свет на причины возникновения опухолей. В результате этого созданы новые или модифицированы старые теории возникновения опухолевого роста. Одной из старых теорий является дизонтогенетическая, предложенная в 1878 г. Конгеймом, который считал, что причиной опухолей являются дизэмбриоплазии.

В 1945 г. российский ученый Л.А.Зильбер предложил вирусо-генетическую теорию, согласно которой причиной опухолевой трансформации являются онкогенные вирусы, внедряющие свой геном в геном клетки человека или животных и интегрирующиеся с этим геномом.

Берч выдвинул гипотезу, согласно которой первично повреждаются вследствие воздействия мутагенных факторов гены, ответственные за синтез регуляторных белков или рецепторных белков.

И, наконец, полиэтиологическая, сторонники которой утверждают, что онкогенными могут оказаться самые разнообразные факторы (химические, физические, биологические, дисгормональные) как в отдельности, так и в комбинации.

Факторы, вызывающие развитие опухоли, называются канцерогенными (от лат. cancer – рак) или бластомогенными (от греч. blastoma – опухоль). Они по своей природе делятся на три группы: физические, химические и биологические. Соответственно этим трем группам причин исторически сложились и три основные теории канцерогенеза: физическая, химическая и биологическая (вирусная), которые взаимно дополняют друг друга, формируя общее представление о механизмах канцерогенеза.

Канцерогены – вещества или факторы внешней или внутренней среды, способные превращать нормальную клетку в опухолевую. Для них характерно отсутствие субпороговых канцерогенных доз, а также свойственен эффект суммации и кумуляции.

1. Физические канцерогенные факторы. Канцерогенным действием обладает ионизирующая радиация (рентгеновское излучение - квантовое, электромагнитное излучение с длиной волны от 250 до 0,025 ангстрем; альфа-излучение - поток положительно заряженных ядер гелия, которые обладают высокой ионизирующей, но малой проникающей способностью; бета-излучение - поток электронов со сравнительно высокой проникающей, но низкой ионизирующей способностью; гамма-излучение - квантовое электромагнитное излучение; протоны; нейтроны), солнечная радиация, ультрафиолетовые и инфракрасные лучи.

Радиационный канцерогенез был обнаружен уже через 7 лет после открытия рентгеновских лучей. Первым открывателем и одновременно первой жертвой радиационного канцерогенеза стал производитель рентгеновских трубок Fricken, который качество своей продукции испытывал на собственных руках. После тяжелого радиодерматита у него образовалась эпидермоидная карцинома с метастазами в лимфатические узлы. Радиация как причина злокачественного роста была установлена у женщин, которые наносили на циферблаты часов светящийся состав красок, содержавший радиоактивные элементы. Взрыв ядерных бомб над Японией резко увеличил частоту лейкозов с максимумом между 6- и 7-м годами после взрыва. Следует отметить, что наибольшим канцерогенным действием обладают нейтроны, а затем гамма–излучение. Это проверено на жителях Японии. В частности, на г. Хиросиму была сброшена бомба, при взрыве которой выделялись нейтроны и гамма–излучение, а в Нагасаки взрыв сопровождался главным образом гамма–излучением; в итоге: в Хиросиме частота появления лейкозов увеличивалась уже при дозе 50 рад, а в Нагасаки не возрастала даже после 100 рад. У людей рентгеновские лучи могут быть причиной рака кожи, лейкоза у врачей-рентгенологов (в 6-10 раз чаще, чем у врачей других специальностей). Радиоизотопы также могут вызывать опухоли.

В качестве физических канцерогенов могут выступать солнечная радиация: ультрафиолетовые и инфракрасные лучи. Еще в 30-х годах Роффо убедительно показал, что ежедневное 5-часовое солнечное облучение крыс в течение 7-10 месяцев в 70% случаев вызывает опухоли, чаще всего карциномы.

Полагают, что первичной причиной физического канцерогенеза является соматическая мутация (повреждение ДНК), вызываемая радиацией. Однако единичная мутация не должна вызывать опухолевую трансформацию клетки, поскольку поврежденный участок ДНК может быть «исправлен». Возникновение опухолевой трансформации предполагает большое количество результативных воздействий, направленных на одни и те же клетки. Анализируя многочисленные литературные данные, можно выделить следующие характерные признаки радиационного канцерогенеза:

1. Возникновение опухоли зависит от вида и дозы облучения.

2. Опухоли возникают главным образом в тканях, подвергшихся облучению.

3. Длительная экспозиция малых доз (менее 1 рад/ч) с точки зрения канцерогенеза предпочтительнее, чем кратковременная экспозиция больших доз или повторная (прерывистая) экспозиция.

4. Радиация вызывает возникновение опухоли там, где в результате ее воздействия произошло повреждение клеток или их гибель.

5. Повреждение или гибель клеток в результате облучения для возникновения опухоли имеет большее значение, чем характер самого облучения.

Из других физических факторов, приводящих к возникновению опухолевого процесса, следует отметить действие термических и механических факторов. Установлено, что повторные ожоги, вызываемые горячими напитками и жидкими блюдами, могут стать причиной рака пищевода. Повторные ожоги могут вызвать так называемый «ожоговый бытовой рак – кангри». Эта форма рака нередко наблюдается у жителей северной Индии, которые используют для согревания в холодную погоду глиняные горшки, наполненные горячими углями и помещаемые под одеждой на животе.

Протезы самого различного типа и локализации, различные средства, применяемые в косметологии или в пластической хирургии (например, протезы грудных желез), внутриматочные контрацептивные средства также могут вызывать развитие опухолей. Частота возникновения опухолей при использовании протезов незначительна, но, учитывая, что ожидается дальнейшее резкое увеличение их применения, вопросу об их роли в возникновении новообразований стоит уделять самое серьезное внимание. Отмечено, что если в этих случаях возникает злокачественная опухоль, то она имеет природу саркомы в самых различных ее формах. Относительно малая вероятность злокачественного перерождения обусловлена тем, что малигнизации подвергаются только те клетки, которые длительно находятся в контакте с поверхностью протеза. Вероятность этого очень мала, так как большинство клеток соединительнотканной капсулы отделено от поверхности инородного тела макромолекулярными компонентами основного вещества соединительной ткани (молекулярные механизмы канцерогенеза и в этом случае не ясны).

2. Химические канцерогенные факторы. Химическими канцерогенами являются соединения, которые после проникновения в организм прямо, т.е. без предварительных изменений своей молекулы, или косвенно (то есть после того, когда их исходные молекулы, именуемые проканцерогенами или преканцерогенами, в организме превращаются в активные соединения; эпоксиды, свободные радикалы, алкилирующие соединения) вызывают злокачественный рост клеток.

Химический канцерогенез начал развиваться с 1775 года, когда английский врач Percivall Pott описал опухоли мошонки у трубочистов. В 1918 году японские исследователи Yamagiva и Ichikawa получили рак кожи у мышей и кроликов, которым в течение нескольких месяцев наносили на кожу угольный деготь. С этого момента начинаются систематические исследования в области химического канцерогенеза. В настоящее время химические канцерогены классифицируют по ряду признаков:

1. По исходной канцерогенной активности их делят на ис­тинные или конечные канцерогены и про– или преканцерогены. Истинные канцерогены – это вещества, молекулы которых способны непосредственно превращать нормальную клетку в опухолевую, не изменяя структуру своей молекулы. Их сравнительно мало. К ним относятся алкилирующие соединения (уранилиприт, пропиолактон и др.). Эти вещества в небольших дозах вызывают развитие злокачественных опухолей следующим образом: они алкилируют атомы соответствующих оснований ДНК, после чего следует спонтанное гидролитическое расщепление N-гликозидной связи, а затем расщепляется и пораженная цепь ДНК.

Преканцерогены (проканцерогены) – химические вещества, приобретающие бластомогенную активность после метаболических превращений в организме. К ним относится диметилсульфат, уретан, этионин, азотистый иприт, четыреххлористый углерод и др. Активация преканцерогенов осуществляется благодаря окислению их монооксидазами (гидролазами), локализованными в микросомальной фракции гепатоцитов, точнее в мембранах эндоплазматического ретикулума: цитохром Р-450 и оксидазы флавиновой природы. Окисленные проканцерогены (например, эпоксиды) могут подвергаться детоксикации эпоксидгидратазой, глутатионтрансферазой и другими ферментами.

Необезвреженные эпоксиды проникают в ядро клетки и связываются там с ДНК, вызывая мутацию. ДНК может репарировать с восстановлением до исходного состояния, либо мутация сохраняется. Из большого семейства цитохромов Р450 основную причастность к развитию рака, например, рака легкого, имеет цитохром Р450 IAI. Свое действие он реализует по следующим механизмам:

а). Запускает каскад протеинкиназы с увеличением репликации ДНК и тканевой пролиферации.

б). Генерирует свободные радикалы.

в). Образует реактивные интермедиаты ксенобиотиков, например, образование цитохромом Р450 IAI реактивных интермедиатов полициклических ароматических углеводородов (ПАУ). Эпоксиды ПАУ, генерируемые цитохромом Р450 IAI, в дальнейшем могут подвергаться детоксикации при участии ряда ферментов, но при высокой скорости образования эпоксидов или низкой активности ферментов детоксикации реактивные интермедиаты проникают в ядро клетки, взаимодействуют с нуклеиновыми кислотами с образованием аддуктов ДНК (аддукты ДНК – химические соединения, ковалентно связанные с ДНК и модифицирующие ее структуру) и появлением мутации.

Как ни парадоксально, но именно эти оксидазы флавиновой природы и цитохром Р450, окисляющие чужеродные и образующиеся в организме токсические продукты (переводя их из жирорастворимого состояния в водорастворимое, после чего они легко удаляются из организма, связавшись с глюкуроновой кислотой, сульфатами или глутатионом), биотрансформируют преканцерогены в канцерогены, а переводя их в водорастворимую форму, увеличивают их канцерогенную активность.

2. По происхождению различают экзогенные, эндогенные и «полуэкзогенные» канцерогены. Экзогенные образуются и присутствуют во внешней среде. К ним относятся полициклические ароматические углеводороды (корпускулярная фаза сигаретного дыма), нитрозамины (газовая фаза дыма сигарет), азокрасители, которые раньше широко применялись в кондитерской промышленности; афлатоксины, являющиеся продуктами жизнедеятельности плесневых грибков из рода Aspergillus, поражающие арахис и злаковые культуры в дождливое время года. Аминоазосоединения обладают выраженной органотропностью, а полициклические углеводороды (например, 3,4–бензпирен, 20–метилхолантрен и др.) – преимущественно местным действием.

К эндогенным канцерогенам относят некоторые гормоны (например, фолликулин и его синтетический аналог диэтилстильбэстрол в больших дозах); производные аминокислоты триптофана (например, индол, триоксиантраниловая кислота); свободные радикалы и перекиси органических соединений; желчные кислоты и холестерин (слабые канцерогены или коканцерогены).

«Полуэкзогенные» канцерогены образуются в организме при определенных условиях из поступающих извне предшественников. Например, образование в желудке нитрозаминов при взаимодействии кислого содержимого желудка с поступающими в организм нитритами или нитратами и вторичными аминами.

3. По химической природе канцерогенные вещества делят на органические и неорганические. К наиболее распространенным ор­ганическим химическим канцерогенам относятся полициклические ароматические углеводороды (3,4–бензпирен, 20–метилхолантрен), ароматические амины и амиды (нафтиламин, бензидин; они вызывают рак мочевого пузыря); аминоазосоединения (ортоаминоазотолуол); нитрозосоединения (диметилнитрозамин, этил- и диэтилнитрозомочевина); афлатоксины и другие органические соединения (уретан, этионин, четыреххлористый углерод, эпоксиды, винилхлорид, пластмассы, перекиси липидов и др.).

К неорганическим канцерогенам относятся хром, мышьяк, никель, кобальт, свинец, бериллий, кадмий и другие вещества.

Кроме того, химические канцерогены делят на производственные, лекарственные и природные. К производственным химическим канцерогенам относятся ароматические амины (бензидин, 2–нафтиламин), применяемые в анилинокрасочной промышленности, которые вызывают у человека рак мочевого пузыря; асбест (вызывает рак легкого и мезотелиому плевры); винилхлорид (вызывает рак легкого, опухоли головного мозга, ангиосаркому печени, гемобластозы), окись кадмия, хроматы, соединения никеля (вызывают опухоли легкого, носовой полости).

Лекарственные канцерогены: диэтилстильбэстрол (рак влагалища и шейки матки у молодых женщин, принимавших этот препарат в пренатальном периоде), циклофосфамид (рак мочевого пузыря), мелфалан (гемобластозы), фенацетин – опухоли почечной лоханки.

Природные канцерогены: афлатоксин – продукт гриба Aspergillus flaviim. Образуется в пищевых продуктах при их хранении в теплом влажном климате. С его действием связывают резкое учащение рака печени в некоторых странах Африки. Мышьяк вызывает опухоли кожи, а у виноградарей также и рак легкого (он используется в качестве пестицида). Однако, онкогенная роль химических канцерогенов относительно невелика – 1-2% всех опухолей человека.

Длительное время изучению свойств и действия химических канцерогенов мешала их необычная химическая пестрота, и только в последние годы удалось сформулировать гипотезу об общем механизме действия всех этих соединений. Установлено, что независимо от структуры химические канцерогены обладают одним общим свойством – они несут положительный заряд, и следовательно, электроактивны. В организме эти соединения реагируют с отрицательно заряженными группами молекул ДНК и белков (в основном с группами, содержащими атомы N, S, О, с которыми они образуют прочные связи). Образовавшиеся такие комплексы оказывают различное влияние на клетки. В частности, поврежденная клетка может погибнуть; выправить образовавшийся дефект, либо превратиться в мутантную клетку, способную в дальнейшем трансформироваться в опухолевую.

Кроме того, канцерогены могут реагировать ковалентно с пуриновыми и пиримидиновыми основаниями ДНК. Однако, не исключены и другие типы взаимодействия: внедрение полициклических углеводородов в пространства между основаниями молекул ДНК; взаимодействие канцерогенов с теми структурами ДНК, которые не участвуют в образовании пар оснований; связывание канцерогенов с белками, осуществляющими регуляторные функции, или с РНК, а не с ДНК.

Установлено, что под влиянием канцерогена происходит альтерация первичной последовательности азотистых оснований, что рассматривается как соматическая мутация, которая при делении клетки переносится на все последующие генерации. Объем повреждений под влиянием канцерогена не должен быть очень большим, ибо это приведет к гибели клетки. Для поддержания же злокачественного перерождения достаточно незначительных нарушений оснований в молекуле мРНК, возникающих при транскрипции на поврежденной ДНК. Иными словами, мутация предшествует канцерогенезу.

Однако, однократное воздействие канцерогена на структуру ДНК (мутация) недостаточно для возникновения опухолевой трансформации. Учитывая способность к восстановлению альтерированной части оснований ДНК под влиянием специфических ферментов, следует помнить, что соматические мутации могут возникать повторно и лишь не мене 5 соматических мутаций одного типа могут вызвать опухолевую трансформацию.

Имеется и такая точка зрения в отношении химического канцерогенеза: химические канцерогены взаимодействуют с клеточными рецепторами, а образующиеся при этом комплексы способны участвовать в метаболических реакциях с образованием свободных радикалов, инициирующих ранние стадии химического канцерогенеза.

Давая характеристику канцерогенам, следует помнить и о таких понятиях как коканцерогены и синканцерогены. Коканцерогены – не онкогенные или обладающие слабым онкогенным эффектом факторы, усиливающие действие онкогенных агентов. Коканцерогенез - подкрепление мутагенного действия канцерогена соединениями, которые в отсутствие канцерогена стимулируют неопухолевую пролиферацию (это так называемые промоторы – кротоновое и терпентиновое масло, форболол).

Синканцерогены – канцерогенные факторы, вызывающие усиленное образование опухолей при комбинированном воздействии с другими канцерогенами, а синканцерогенез – усиленное образование опухолей при комбинированном действии нескольких канцерогенов.

Курение табака повышает частоту опухолей органов дыхания, ротовой полости, пищевода, мочевыделительной системы, рака молочной и предстательной железы, эндометрия, яичников и толстой кишки.

3. Биологические канцерогенные факторы. История раковых исследований весьма поучительна. Самое важное открытие было сделано в 1911 году, когда молодой сотрудник Рокфеллеровского института в Нью-Йорке П.Раус обнаружил «фильтрующийся агент», вызывающий саркому у кур. Правда, Нобелевскую премию он получил за это открытие через… 55 лет! При этом он сказал «Не так трудно сделать открытие, как получить премию за него…».

Одна из причин того, что эти уникальные разработки не были признаны открытием, заключалась в том, что Америка не была еще мировым научным центром. Кроме того, почти одновременно с ним сделал аналогичное открытие и датчанин И.Фибигер, ученик Коха. Он обнаружил у экспериментальных мышей паразита (вирус), который вызывал опухоли. В 1928 г. он стал Нобелевским лауреатом, а через 2 месяца умер, не узнав о своем «фиаско» – результаты Фибигера объявили фальсификацией и длительное время его имя было синонимом недобросовестности в науке, хотя только сегодня стал понятен истинный смысл его открытия.

История вирусного канцерогенеза неразрывно связана с именем выдающегося отечественного ученого Л.А.Зильбера (1884–1966). Будучи вирусологом, он много лет занимался дальневосточным энцефалитом. Вместе с академиками М.П.Чумаковым и В.Д.Соловьевым он организовал научную экспедицию на Дальний Вос­ток в 1937 году, а вскоре после возвращения в Москву его арестовывали и обвинили в диверсии в пользу Японии. Он утверждал, что открыл новый ранее не известный вирус, а работники госбезопасности – что Л.А. Зильбер имеет дело с известным вирусом японского энцефалита и тем самым прикрывает диверсии японцев, якобы распространяющих «свой» энцефалит на нашей территории. За этим последовал арест и лагеря ГУЛАГа.

Находясь в лагере, а затем в химической «шарашке», он сумел развернуть исследовательскую работу по выделению вируса из опухолей мышей и крыс. Эти опыты длительное время были неудачными – возбудитель рака не выявлялся, пока в опыт по случайному стечению обстоятельств не была взята крыса на самой начальной стадии возникновения опухоли. Фильтрат этой опухоли оказался биологически активным – у крысы-реципиента возникла опухоль. Так было показано, что вирус надо искать в самом начале процесса – он вызывает необратимые изменения, после чего он не нужен для роста опухоли. Вирус бесполезно искать в зрелой опухоли, он активен лишь при индукции опухоли, а затем либо «маскируется», либо утрачивается. «Мавр сделал свое дело, мавр может уйти» – часто говорил Л.А.Зильбер, иллюстрируя это положение.

По мнению этого выдающегося российского ученого, в основе вирусного бластомогенеза лежат следующие механизмы: вирус действует как мутагенный агент, вызывая соматическую мутацию и нарушая регуляторные функции наследственного аппарата клетки, а также вносит дополнительную генетическую информацию, соединяясь с генетическим аппаратом клетки. Впоследствии эта гипотеза нашла полное экспериментальное подтверждение и мировое признание.

В течение 40 лет лучшие умы мира пытались раскрыть природу опухолей, и лишь в 1968 г. Р.Хюбнером и Дж.Тодаро была выдвинута и опубликована гипотеза, согласно которой рак вызывают онкогены вируса. Вирус же эти гены только переносит из клетки в клетку. Спустя 5 лет советский исследователь А.Д.Альтштейн выдвинул гипотезу о том, что онкогены имеют клеточное происхождение, т.е. рак «гнездится» в наших клетках. Это подтверждено экспериментально.

Американский ученый X.Темин доказал, что раковые вирусы могут синтезировать ДНК на РНК. В 1975 г. они вместе с Д.Балтимором и Р.Дульбекко за это открытие были удостоены Нобелевской премии. И тогда стало ясно, каким образом вирус встраивает свои гены в клетки. Р.Уайнберг из Массачусетского технологического института несколько позднее выделил ген, который кодирует белок р21, а последний регулирует размножение клеток. Достаточно небольшого изменения в этом гене (в генетическом коде), чтобы этот ген стал онкогеном. Нарушение в генетическом коде приводит к замене одной аминокислоты на другую, в результате чего нормальный белок переходит в раковый.

Вирусы, вызывающие опухоли, называют онковирусами. В зависимости от нуклеиновой кислоты, которую содержат онковирусы, их делят на:

1. РНК-содержащие онковирусы (РНК-вирусы) или онкорнавирусы (от греч. «oncos» – опухоль, англ. RNA – рибонуклеиновая кислота + латинского «virus» – яд, «слизистая ядовитая жидкость» или ретровирусы от лат. «retro» - обратно). У этих вирусов имеется обратная транскриптаза (или ревертаза, или РНК-зависимая ДНК-полимераза), с помощью которой на вирусных РНК-генах происходит синтез их ДКН-копий, так называемая обратная транскрипция (списывание наследственной информации – явление, открытое Теминым). Наиболее важными среди онкогенных ретровирусов являются вирусы лейкозо-саркоматозного комплекса, вызывающие у птиц и млекопитающих саркомы и лейкозы.

2. ДНК-содержащие онковирусы. Наиболее важными из них являются:

а) вирусы группы papova. Это название произошло от первых слогов названий трех вирусов: (pa) –папиломы Шоупа у кроликов; (ро) –полиомы у мышей Стюарда–Эдди; (va) – вакуолизирующего вируса SV-40 у обезьян;

б) вирус Люкке, который вызывает аденокарциному почек у леопардных лягушек;

в) вирус Эпштейна–Барр, вызывающий лимфому Беркитта (это заболевание поражает детей, проживающих в определенных зонах Африки и Новой Зеландии) и назофаренгиальный рак (встречается у населения стран юго-восточной Азии, главным образом Сингапура). В качестве факторов, способствующих злокачественной трансформации и возникновению лимфомы Беркитта, является хроническая малярия, обусловливающая супрессию иммунной системы.

Следует отметить, что вирус Эпштейна–Барр вызывает опухолевую трансформацию только у детей, а у взрослых возникает лимфопролиферативное заболевание – инфекционный мононуклеоз. При назофаренгиальной карциноме также обнаруживается вирус Эпштейна–Барр, но проявлению этого заболевания способствуют аутоиммунные реакции и фенотипические отклонения в экспрессии большого иммунокомпетентного комплекса.

Вирус, способный вводить в нормальную клетку свой единственный ген (онкоген), вызывает неопластическую трансформацию клетки. Онкогены представляют собой измененные формы клеточных протоонкогенов (протоонкогены – греч. protos - первый, предшествующий онкогену), в норме выполняющих в клетке важные функции. Человеческие гомологи некоторых из этих онкогенов могут играть важную роль в опухолевых заболеваниях человека, в том числе и в возникновении лейкозов.

Открытие онкогенов (ретровирусных онкогенов) явилось ре­зультатом изучения молекулярной биологии РНК-содержащих ви­русов – опухолевых вирусов, или ретровирусов. Последние широко распространены в природе. Инфицируя животных, они могут вызывать у них опухоли. Геном ретровируса – это молекула РНК, включающая от 8000 до 10000 нуклеотидов. После проникновения вируса в клетку его РНК при участии обратной транскриптазы копируется на ДНК, и образовавшаяся ДНК-копия интегрируется с хромосомой ДНК клетки-хозяина (отсюда и название – ретровирус). Эта интегрированная ДНК называется провирусом.

Провирус окаймлен последовательностями длинных терминальных повторов (ДТП), которые содержат основные элементы регуляции: 1) промоторы и усилители транскрипции, 2) сигналы терминации транскриптов вирусной РНК и 3) сигналы интеграции в ДНК хозяина. Между ДТП ретровируса находится 3 гена: gag (внутренние структурные белки), ро1 (обратная транскриптаза) и env (гликопротеин оболочки). Эти гены необходимы для инфекции и репликации (репликация от англ. replication – кооперирование, воспроизведение, т.е. процесс образования реплики – англ. replica отпечаток – молекулы нуклеиновой кислоты, синтезированной на матрице).

У остротрансформирующих вирусов все или часть репликативных генов замещены трансформирующим онкогеном, который и определяет онкогенные свойства вируса. Наиболее общей структурой является спайка 5’–участка гена gag с онкогеном, в результате чего синтезируется трансформирующий белок с пептидами gag в аминотерминале. Остротрансформирующийся провирус часто экспрессирует только один сайт РНК-транскрипта (сайт от англ. site местоположение, участок – точка на хромосоме, соответствующая локализации мутации).

В отличие от многих других вирусов ретровирусы обычно не вызывают гибели клетки-хозяина после завершения репликации. Вместо этого они встраиваются в гены, вызывают их экспрессию и тем самым меняют фенотип клетки-хозяина. Заражение животного ретровирусами, содержащими только гены gag, ро1 и env, вызывает новообразования лишь после длительного латентного периода.

Остротрансформирующие ретровирусы в считанные дни или недели могут вызвать неоплазию. Почти все известные остротрансформирующие ретровирусы дефективны, т.е. они утратили часть генов, необходимых для репликации, поэтому их распространение возможно лишь путем коинфекции со стандартными ретровирусами-хелперами («ко» – лат, con – совместимость действия). Такие дефекты являются следствием замещения репликативных генов вируса на онкоген, который играет роль посредника для непосредственно трансформирующих свойств вируса.

Список трансформирующих вирусов, содержащих онкогены, достаточно велик. Они могут вызывать саркомы, лейкозы, лимфомы, остеосаркомы и другие опухоли у различных видов животных: мышей, крыс, кошек, индюков, цыплят, обезьян. Почти все трансформирующие вирусы могут быть обнаружены in vitro по их способности вызывать перерождение клетки в культуре.

Протоонкогены. Онкогены ретровирусов находятся в близком родстве с нормальными генами клеток. Очевидно, рекомбинация (обмен генетическими структурами) между вирусным геном и геном хозяина приводит к появлению трансформирующих вирусов. В природе нормальные формы онкогенов очень консервативны. Для каждого из них существуют человеческие гомологи и, как полагают, они выполняют в нормальных клетках жизненно важные функции, а онкогенный потенциал приобретается генами только после функционально значимых изменений (например, после рекомбинации с ретровирусами). О таких генах говорят как о протоонкогенах.

Нуклеотидные последовательности белков кодирующих областей вирусных онкогенов отличаются от таковых для протоонкогенов. Принципиально отличается регуляция экспрессии вирусных и клеточных генов. Например, нормальные клеточные формы онкогена могут экспрессироваться без трансформации клетки, хотя экспрессия обычно протекает на более низком уровне и/или с более жесткой регуляцией, чем для вирусных онкогенов, экспрессируемых провирусом.

Инфицирование ретровирусами, не содержащими онкогенов, может вызвать новообразования после достаточно длительного латентного периода. Общим механизмом такой онкогенной активности является активация клеточных протоонкогенов.

Ретровирусы человека. Вирусы Т–клеточного лейкоза человека (HTLV) являются ретровирусами, реплицирующимися преимущественно в лимфоцитах человека. Инфицирование HTLV типа I вызывает развитие специфического типа Т–клеточного лейкоза у взрослых, особенно в Южной Японии и странах Карибского бассейна, причем рост Т–клеток идет независимо от экзогенных факторов. Инфицирование вирусом HTLV-III ассоциируется со СПИДом, а инфицирование вирусом LAV – с лимфаденопатией. Полагают, что вирусы HTLV не содержат клеточно-зависимых онкогенов; они меняют поведение клетки-хозяина путем воздействия на них собственными регуляторными белками.

Нормальная человеческая ДНК содержит структуры, которые могут оказаться провирусами и генетически передаваться половыми клетками. Фрагментация нормальной клеточной ДНК активирует трансформирующие гены, что лишний раз подтверждает концепцию об активации протоонкогенов нормального генома при формировании опухоли.

Некоторые из трансформирующих генов, обнаруженные путем трансфекции (трансфекция – экспериментальное введение гена непосредственно в культуру тканей) клеток с помощью ДНК, взятой из клеток опухолей человека, идентифицированы и принадлежат в основном к семейству «rac». Первым был идентифицирован человеческий гомолог онкогена вируса мышиной саркомы Гарвея (названный С-racн), кодирующий белок с молекулярной массой 21 кД, названный р21. Онкоген С-racн был активирован в линии клеток, выделенных из карциномы мочевого пузыря человека. Уровень экспрессии белка р21 в трансформированных вирусом саркомы Гарвея клетках достаточно высок. Экспрессия С-racн, вызванная сцеплением этого клеточного гена с вирусными регуляторными элементами, достаточна для индуцирования трансформации клеток.

Способность к трансформации клеток определяется точечными мутациями, которые приводят к подмене аминокислот в 12-й или 61-й аминокислотной позиции белка р21. Таким образом, этот протоонкоген активируется либо изменением регуляции, либо мутациями в структуре белка. Чаще всего активирован в человеческих опухолях второй ген семейства rac – человеческий гомолог трансформирующего гена вируса мышиной саркомы Кирстена, названный С-racк.

Около 20% ДНК из различных новообразований человека со­держит ген С-racк, трансформирующий клетки в опухолевые при трансфекции. Белок, кодируемый геном С-racк – это та же самая молекула р21, и его трансформирующая активность связывается со структурной мутацией белка, аналогичного той, что характерна для гена С-racк. Но эта мутация отсутствует в ДНК, извлеченной из нормальных тканей больных, пораженных карциномами, которые содержат активированный ген С-racк.

Трансформация может индуцироваться и третьим членом этого семейства, названным rasN. Активация rasN имеет место в 10-20% случаев острых миелоидных лейкозов человека. У человека активированные ras-гены найдены лишь в небольшой части опухолей, что означает, что в человеческих опухолях имеют место еще не идентифицированные изменения генов ras. Возможна и другая альтернатива – активация всех онкогенов может оказаться результатом неопластического состояния, а не его первопричиной.

Большинство опухолей человека являются клональными или олигоклональными, т.е. в популяции составляющих их клеток доминирует потомство одной или нескольких клеток, а доминантные клеточные клоны маркированы хромосомными аномалиями, такими, например, как реципрокные транслокации между хромосомами 9-й и 22-й пары при хроническом миелолейкозе (с образованием филадельфийской хромосомы – Ph’) или между хромосомами 8-й и 14-й пары – в случае лимфомы Беркитта.

Гены, находящиеся в сайте перестроенной ДНК или рядом с ним и являющиеся первопричиной этих цитогенетических изменений, могут играть определенную роль в развитии опухолей. В настоящее время благодаря методике гибридизации определено приблизительное положение 20 протоонкогенов в хромосомах человека. Некоторые из этих генов расположены вблизи точек разрыва хромосом, трансформируемых при определенных опухолях (q,p –соответственно длинное и короткое плечо хромосомы; cen – центромер; ter - терминал).

Например, лимфома Беркитта. Установлено, что 8-я хромосома, в которой у человека имеется с-myc ген, неизменно участвует в транслокации клеток лимфомы Беркитта. На уровне ДНК транслокация состоит в рекомбинации между локусом c-myc гена 8-й хромосомы и локусом гена иммуноглобулина, расположенного обычно вблизи гена тяжелой цепи в 14-й хромосоме или, реже, вблизи гена легкой цепи во 2-й или 22-й хромосомах.

У большинства больных хроническим миелозом Ph-хромосома присутствует как в пораженных клетках, так и в поколениях нормальных клеток костного мозга. При этом заболевании костный мозг и периферическая кровь заселена потомками кроветворной стволовой клетки, сохранившими способность дифференцироваться в красные кровяные клетки, мегакариоциты и гранулоциты. Но пролиферация гранулоцитов аномальная и чрезмерная, что и вызывает клинические проявления хронического миелоза. Гены, экспрессия которых альтерируется вследствие формирования Ph-хромосомы, рассматриваются как возможные виновники развития хронического миелоза. Человеческий гомолог протоонкогена с-abl расположен вблизи точки разрыва 9-й хромосомы при транслокации «9-22» и при обмене переходит в 22-ю хромосому.

Амплифицированные протоонкогены (амплификация – увеличение числа копий) в опухолях человека. Увеличение числа копий гена на клетку (амплификация гена) проявляется на цитогенетическом уровне формированием небольших хромосомоподобных структур, называемых двойными малыми хромосомами. Они присутствуют во многих разновидностях опухолевых клеток. Полагают, что гены, критические для роста неопластических клеток, могут амплифицироваться в процессе формирования опухоли. Первым амплифицированным онкогеном, опознанным в опухолевых клетках человека, был ген c-myc, который экспрессировался на высоком уровне в случае промиелоцитарного лейкоза, а также в ряде случаев рака желудка, мелкоклеточного рака желудка, карциноме толстой кишки. Ген N-myc, родственный гену c-myc, имеет высокий уровень амплификации и/или экспресии в большинстве нейробластом, в нейроэндокринных опухолях.

Функции онкогенов:

1. Онкогены влияют на ростовые факторы и рецепторы. Пролиферация и дифференциация нормальных клеток регулируется сигналами, поступающими от связей факторов роста (например, тромбоцитарный фактор роста, эпидермальный фактор роста, фактор роста нервов) с рецепторами на поверхности клетки. Установлено, что белки, кодируемые онкогенами, состоят в близком родстве с этими ростовыми факторами – отсюда, нерегулируемый рост.

2. Белки, кодируемые онкогеном ras, ассоциированы с внутренней поверхностью клеточной мембраны. Их функциональная активность, состоящая в связывании ГТФ, является вкладом в функциональную активность ГТФ-связывающих, или G-белков. G-белки могут ассоциировать с аденилатциклазным комплексом на внутренней поверхности клеточной мембраны и принимать участие в передаче сигналов от поверхности клетки, что приводит к изменениям уровней внутриклеточных циклических нуклеотидов. Считают, что трансформирующие белки онкогена ras относятся к классу измененных G-белков, передающих конститутивный сигнал роста.

Белки, кодируемые тремя онкогенами - myb, myc, fos - размещаются в клеточном ядре. Под влияние тромбоцитарного фактора роста начинается экспрессия специфического набора генов (от 10 до 30), включая протоонкогены c-fos и с-mус. Таким образом, эти протоонкогены могут (при альтерации и разрегулировании) обеспечить определяющий стимул нерегулируемого роста клетки и аномальной дифференциации, что характерно для неопластических процессов.

Онкогены и многостадийный канцерогенез. Рак у человека и химически индуцированные новообразования у животных обычно развиваются как многостадийный процесс, при котором аномальная пренеопластическая клетка разрастается в клеточную популяцию с преобладанием клонов со все более нарастающей злокачественностью.

Развитию опухоли предшествует латентный период, и весь процесс может занять значительную часть времени жизни пораженного индивида. Напротив, остротрансформирующие вирусы несут активированные формы тех онкогенов, которые участвуют в развитии рака невирусного происхождения и индуцируют новообразования в течение нескольких дней или недель. Многие вирусные онкогены кодируют киназы с многочисленными мишенями в клетке и поэтому могут вызывать резкие изменения, для реализации которых при медленно развивающихся новообразованиях потребовалось бы несколько различных мутаций.

Экспрессия вирусных онкогенов управляется мощными регуляторами: промоторами и усилителями в провирусных ДТП. Трансформирующий потенциал клеточных гомологов тех же самых генов может акгивироваться механизмами, не вызывающими столь высокого уровня экспрессии, например, точечными мутациями белков в 12-й или 61-й аминокислотных позициях, кодируемых человеческими опухоль-ассоциированными онкогенами ras.

Активированные гены ras из клеток человеческой опухоли способны трансформировать иммортализованные (бессмертные) линии клеток, но не могут вызвать полной морфологической трансформации первичных культур клеток. В то же время комбинация клонов с активированными генами myc и ras приводит к полной трансформации в первичных культурах клеток.

Таким образом, в этой системе гены myc могут дополнить трансформирующую активность человеческих онкогенов ras. Вместе с тем. когда в активированный онкоген ras встраиваются мощные усилители транскрипции, этот ген может и сам трансформировать первичные культуры фибробластов. Следовательно, необходимость участия в трансформации многих генов может определяться уровнем экспрессии онкогена, и в новообразованиях in vitro может активироваться более одного клеточного онкогена.

Вклад идентификации и анализа человеческих онкогенов в клинику может оказаться значительным. Знание специфических протоонкогенов, служащих мишенями для внешних канцерогенов, и природы наведенных изменений может обеспечить лучшие методы для установления истинной роли кандидатов в канцерогены и для выработки превентивных мер. Знание молекулярных механизмов, посредством которых онкогены трансформируют клетки, позволило бы также более точно и специфично определять мишени для фармакологического воздействия.

Поиск по сайту: