Генетика рака

• Клеточный цикл и его регуляция.
• Онкогены и гены-супрессоры опухолевого роста.

Клеточный цикл и его регуляция

Все злокачественные опухоли развиваются в результате мутации генов, регулирующих рост клеток. Деление раковых клеток во многом напоминает деление нормальных клеток, но в раковых клетках часто утрачены механизмы регуляции клеточного цикла.

Клеточный цикл в норме включает две фазы.

• S-фаза: происходит репликация ДНК; длительность S-фазы приблизительно 8 ч.
• М-фаза (митоз): в результате деления клетки образуются две дочерние; длительность этой фазы — приблизительно 1 ч.

Эти две фазы отделяются двумя другими фазами, в течение которых не происходит ни синтеза ДНК, ни деления клеток.

• G1: между М- и S-фазой; продолжительность вариабельна.
• G2: между S- и М-фазой.

Клетки могут перейти в состояние покоя и не делиться, они выходят из клеточного цикла в фазе G1 и переходят в фазу GO.

Многие молекулы, участвующие в осуществлении клеточного цикла и его регуляции, уже установлены. Одна из таких групп белковых молекул, играющих важную роль, — циклины. Они побуждают клетку к делению путем активации циклин-зависимых киназ (ЦЗК).

Регуляция клеточного цикла

Благодаря регуляции клеточного цикла в норме осуществляется точный контроль за дупликацией ДНК и последующим делением клетки и предупреждается потеря генетической информации. Клеточный цикл имеет ряд контрольных точек, играющих важную роль в защите нормального генома от повреждения.

Регуляция клеточного цикла имеет существенное значение для сохранения целостности нормальных генов.

Переход G1-S

Переход из G1-фазы в S-фазу находится под жестким контролем, осуществляемым с учетом таких факторов, как размер клетки, ее метаболическая активность, доступность факторов роста и целостность ДНК. Наиболее важная контрольная точка в клеточном цикле — точка рестрикции, она непосредственно предшествует вступлению в S-фазу. Прохождение через эту точку регулируется рядом факторов роста и важных генов, включая р53.

• Ген р53 играет ключевую роль в поддержании стабильности генома. Деление нормальной клетки с поврежденной ДНК останавливается в G1-фазе или под контролем гена р53 запускается механизм запрограммированной гибели клетки (апоптоз). Этот ген у больных раком наиболее часто подвергается мутациям, и это неудивительно, так как утрата контроля над стабильностью генома — основная особенность рака.

• Ген р53 регулирует переход из М1-фазы в S-фазу.
• Ген р53 считают «стражем» генома.
• Ген р53— наиболее часто мутирующий ген при раке.

Клеточный цикл при раке

Раковые клетки характеризуются нарушением клеточного цикла и его регуляции.

Основные их особенности таковы:

• неконтролируемая пролиферация, не соответствующая физиологическим потребностям;
• нормальная продолжительность S- и М-фазы;
• короткая G1-фаза;
• неспособность контрольных точек оборвать клеточный цикл;
• невозможность запустить запрограммированную смерть клетки при повреждении ДНК;
• нестабильность генома и накопление многочисленных генных мутаций.

Онкогены и гены-супрессоры опухолевого роста

Типы генов

В большинстве случаев раковые клетки бывают моноклональными и происходят из одной клетки, в которой аккумулировалось несколько генных мутаций, приведших к неконтролируемой клеточной пролиферации. В результате генной мутации функции гена утрачиваются (ген инактивируется) или усиливается (активация гена).

Гены-супрессоры опухолевого роста. Функции этих генов при канцерогенезе утрачиваются. Для того чтобы это произошло, необходима инактивация обеих копий гена, т.е. мутация гена-супрессора рецессивна.

Онкогены. При раке функции этих генов усиливаются. Протоонкогены — немутировавшие формы этих генов, в норме играющие важную роль в регуляции клеточной пролиферации. Они кодируют молекулы факторов роста и их рецепторы, сигнальные молекулы и факторы транскрипции. Мутации онкогенов бывают доминантными.

Мутации ДНК

Мутации ДНК носят случайный характер и в клетках млекопитающих происходят часто (например, в результате воздействия радиации и канцерогенных веществ, метаболических нарушений). Благодаря эффективным механизмам репарации в норме лишь одно из 1000 изменений, происходящих в основаниях ДНК, вызывает мутацию.

Различают следующие типы мутаций:

• точечные (замена одной пары оснований в молекуле ДНК на другую);
• транслокации (перестановки генов вследствие разрыва молекулы ДНК и ее повторного соединения);
• амплификация гена (появление многочисленных копий гена);
• делеции (потеря генетического материала — от одиночного основания до целого гена)

Эпигенетические изменения

Гены-супрессоры опухолевого роста могут инактивироваться также в результате нарушения экспрессии гена без каких-либо изменений в нуклеотидной последовательности в молекуле ДНК. Одним из примеров такого механизма служит метилирование промоторной последовательности гена.

Многостадийность опухолевой трансформации

Развитие рака — многостадийный процесс, характеризующийся накоплением генетических нарушений. Особенно хорошо изучены стадии развития рака толстой кишки. Одиночная мутация может стать причиной доброкачественной клеточной пролиферации (приводящей, например, к образованию полипа или аденомы), предрасполагающей к развитию злокачественной опухоли. Мутации в генах, ответственных за репарацию ДНК, ускоряют этот процесс.