Патогенез опухолевого роста: генетические механизмы нарушения нормального клеточного цикла и превращение нормальной клетки в опухолевую.
Характерные свойства опухолей.
· Катаплазия (анаплазия) - появление слабодифференцированных или недифференцированных клеток, похожих на эмбриональные. Опухоль может утрачивать частично или полностью тканеспецифические признаки.
· Метаплазия – стойкое изменение морфофизиологических свойств клетки, сопровождающееся превращением их в клетки другого типа.
· Дисплазия – нарушение в опухолевом очаге характерной для данной ткани структуры, ее атипия
· Нестабильность генома. Для трансформированной клетки присущи разнообразные изменения кариотипа (анэуплоидия, гиперплоидия), хромосомные абберации (делеции, транлокации, ампликации) и мутации генов, а также присутствие экстрахромосомных элементов, вовсе не встречающихся в нормальных клетках.
· Инвазивный и деструктивный рост, метастазирование. Злокачественные опухоли растут, инфильтрируя (прорастая) окружающие ткани и вызывая их деструкцию. Они часто дают метастазы.
Метастазирование – многоэтапный процесс, в ходе которого отбирается и выживает не большая субпопуляция метастатических клеток, присутствующих в «родительской» опухоли. (Причина метастазирования –ослабление адгезионных свойств: они утрачивают способность распластываться на подложке и прочно прикрепляется к ней.)
Этапы метастазирования
Первичный очаг – новообразования сосудов - прорастание в сосуды - образование эмболов - транспорт в отельные ткани и органы- задержка в капилляре- прикрепление - экстравазация (выход из сосудов)- адаптация к микроокружению – пролиферация – формирование метастаза – метастазирование.
Опухолевые клетки способны расти в культуре при низкой концентрации сыворотки и в отсутствии ростовых факторов: их размножение ограничено лишь питательными ресурсами среды, они постоянно прибывают в цикле деления, могут расти в суспензии, не испытывая потребности в прикреплении к внеклеточному матриксу.
· Неограниченное деление – вследствие отсутствия контактного торможения, что позволяет им размножаться многослойно.
Молекулярные механизмы опухолевого роста.
Два типа генов управляют размножение клеток: протоонкогены, которые играют роль акселератов деления, и гены-супрессоры, выполняющие функцию тормозов. Заклиньте акселератор или уберите тормоза – и клетка, будто спущена с цепи, начинает безостановочно делиться. (Джон Майкл Бишоп – лауреат нобелевской премии 1989 г.)
Опухолевый рост является следствием нарушения тканевого гомеостаза, поддерживаемого баланса клеточной пролиферации и клеточной гибели (апоптоза).
У делящейся клетки с поврежденной ДНК есть альтернатива: либо блок деления до полной репарации повреждений, либо самоуничтожение (апоптоз). Второй вариант для организма предпочтительнее. Опухолевый рост, в принципе, возможен только потому что дефектные клетки «проскальзывают» через защитный барьер апоптоза.
Существует несколько механизмов, повреждение которых может способствовать опухолевому росту: собственно механизмы делении, действующие начала которого обладают либо промитогенной (протоонкогены и протоонкобелки), либо антимитогенной (супрессоры) активностью, и механизмы защиты – репарация ДНК и апоптоз.
3. Механизмы опухолевой трансформации.
Принципиальное различие между нормальной и опухолевой клеткой заключается в том, что в первом случае инициируется внешними по отношению к клетке стимулами, а во втором внутренними. В молекулярных терминах суть сводиться к активации онкогенов и инактивации генов-супрессоров.
Активация онкогенов.
Некоторые нормальные гены обладают онкогенным потенциалом. Онкоген – «враг внутреннего» возникающий из протоонкогена при его повреждении тем или иным способом. (Такая трансформация называется активация онкогена.)
Трансформироваться в онкогены могут гены участвующие в переносе митогенного сигнала. Протоонкогены: rad, raf, myc, bcl-2, fos, jun и др. При повреждении тем или иным способом одного из этих генов, структура кодируемого ими белка может оказаться зафиксированной в активной конформации. Таким образом то, что в нормальной клетке достигается воздействием внешнего стимула и длиться столько же, столько длиться он сам, в мутантной клетке оказывается необратимо закрепленным. Возникает состояние «застойного возбуждения», которое лежит в основе автономного, нерегулируемого деления опухолевой клетки.
Семейства онкогенов:
Sis – кодирует белок, который по структуре близок к тромбоцитарному фактору роста. Его онкогенное действие связано с тем, что фактор роста образуется постоянно и в больших количествах, что стимулирует клеточное деление. (Белок sis обнаруживается при раке молочной железы и желудка).
Erb и neu – кодируют дифектные рецепторы факторов роста эпидермиса. Эти рецепторы дают постоянный сигнал о клеточном делении, независимо от того, взаимодействует ли рецептор с фактором роста или не. (Амплификация гена neu наблюдается в 30% случаях при раке молочной железы и яичников.
Ras и rab кодируют ГТФ- связывающие белки, отличающиеся от нормальных тольо заменой одной аминокислоты. Однако такая замена приводит к нарушению ГТФ- азной активности и к повышению концентрации внутриклеточных медиаторов цАМФ,ДФГ,И3Ф, что делает клетку сверхчувствительной к факторам роста. Продукты семейства ras в 90% случаях при раке поджелудочной железы и в 50% случаев при раке легких.
Src, raf и yes кодируют мембранные или цитоплазматические протеинкиназы, фосфорилирующие субстраты по тирозину. От нормальной протеинкиназы отличается не возможностью регулировать активность.
Активация онкогенов может происходить разными путями: в результате дефекта регуляции их транскрипции или изменения «дозы» гена, что приводит к неадекватному месту и времени избыточному синтезу соответствующего белка(нарушение носит количественный характер), или в результате структурного повреждения, фиксирующего сигнальный белок в активной конформации (качественное нарушение). Активация онкогена обусловлена нарушением его регуляторной или структурной части.
Инактивация генов-супрессоров.
Бесконтрольному клеточному размножению препятствуют гены супрессоры.
Гены-супрессоры кодируют белки, блокирующие каждый своим особым образом разные этапы митогенной стимуляции.
Гены супрессоры:
ü p53- главный «хранитель генома»
ü Rb- формирующий механизм С G1/S checkpoint
ü р16 и р21 –блокируют активность комплексов cyclin-Cdk, и др.
Ген-супрессор р53
Продукт этого гены – регулятор транскрипции, способный активировать одни гены и подавлять другие, дефектен в большенстве опухолей человека независимо от их происхождения и локализации.
Функция р53.
В нормальных клетках связывается со специальнми последовательностями ДНК, находящимися в промоторных участках других генов, и управление их активностью. Активирует: циклинзависимую киназу р21, ген GADD45, протоонкоген mdm – 2, проапоптический ген bax. Экспрессию других генов он ингибирует (myc, bcl – 2). Повреждение ДНК нормальных клеток приводит к увеличению содержания р53, индукция р53-зависимых генов, задержание клеток на границе G1/S или апоптозу.
Во многих опухолевых клетках ген р53 делецирован или мутантен. Возможны и другие причины инактивации р53. При инфицировании вирусами способными взаимодействовать с р53 или к тому же результату приводит продукця в избыточном количестве некоторых внутриклеточных белков, способных связывать р53 и лишать его функциональной активности. Основная функция р53 – поддержание стабильности генома и индукция апоптоза в случае нерепарируемых повреждений ДНК или неразрешимых внутриклеточных конфликтов. Функциональная трансформация р53 способствует трансформации нормальных клеток в опухолевые, с одной стороны, и прогрессии уже возникшей опухоли – с другой.
Ген-супрессор АРС.
1.Участвует в клеточной адгезии, поскольку цитоплазматические белки бета-катенины совместно с кадгеринами участвуют а межклеточных взаимодействиях.
2. В сигнальном пути WNT, приводящем к семейству регуляторов транскрипции Tcf.
Роль «сторожа», обеспечивает тканевый гомеостаз. Ответственны за постоянство числа клеток в обновляемых тканях и за адекватность клеточных реакций в ситуациях, требующих рост ткани. Повреждение «сторожа» приводит к нарушению тканевого гомеостаза из-за дисбаланса клеточной гибели и пролиферации.
Роль сторожа в разных тканях выполняют разные гены. В кишечнике – АРС, в сечатке глаза –Rb, для почек – VHL.