Автономная, неограниченная пролиферация клеточного клона в структуре собственной ткани и за ее пределами, обусловленная сочетанными дефектами в механизмах регуляции клеточного цикла, дифференцировки, программируемой гибели клеток (апоптоза), сопровождающаяся неэффективным функционированием системы иммунитета, расстройствами общего метаболизма называется злокачественным ростом.

Способностью злокачественного роста обладают раковые (син.: неопластические, опухолевые, злокачественные, малигнизированные) клетки, которые образуются из нормоцитов в многостадийном процессе канцерогенеза (от лат. cancer - рак и греч. genes - рождаю).

Злокачественное перерождение нормальных клеток является относительно длительным процессом, измеряющимся годами. Приобретение нормоцитом измененных характеристик, которые являются свойствами раковых клеток, определяют как трансформация. Клетку, обладающую отдельными измененными характеристиками, называют трансформированной клеткой. Образование трансформированной клетки происходит в течение стадии, получившей название инициации. Факторы, оказывающие инициируюшиее воздействие, получили название канцерогены.

Канцерогены могут быть:

• физической природы - ультрафиолетовое и радиационное излучения;
• химической природы - ряд ароматических и линейных углеводородов (3,4-бензпирен, хлороформ и др.), нитрозосоединений (N-нитрозодиметиламин, N-нитрозометилмочевина и др.), некоторые металлы и металлоиды (мышьяк, никель, свинец и др.);
• биологической - вирусы (ДНК-содержащие вирусы папилломы, гепатитов В и С. Эпштейна-Барр и др., РНК-содержащпе вирусы клеточного лейкоза человека I и II типов, рака молочной железы мышей и др.).

Сформировавшаяся при действии канцерогена трансформированная клетка в отличие от нормоцита обладает наследуемым свойством - иммортальностью - способностью к неограниченному числу удвоений. Нормальные клетки человека имеют ограниченное количество клеточных удвоений, получившее название лимита Хейфлика (в 60-е годы 20-го столетия Леонард Хейфлик и Пол Мурхед впервые на культуре фибробластов доказали, что нормоциты совершают приблизительно 50 ± 10 клеточных удвоений, после чего перестают делиться. Подобную особенность репликативных возможностей в последующем не удалось выявить лишь у герминативных, раковых и стволовых клеток).

Совершив последний цикл деления, нормальные клетки останавливаются в фазе G, клеточного цикла и утрачивают способность к дальнейшему движению по клеточному циклу, которое у нормоцитов происходит при действии ростовых факторов или при устранении контактного торможения.

Гибель нормальных клеток в этих условиях происходит по механизму апоптоза (от греческого "apoptosis" - опадение лепестков цветка или листьев деревьев) - процесса, который на клеточном уровне проявляется вакуолизацией цитоплазмы и конденсацией хроматина с последующей клеточной фрагментацией на апоптотические тельца, содержащие остатки хроматина и клеточные органеллы. Цикл апоптотических изменений проходит в течение часа. В последующем апоптозные тельца захватываются и катаболизируются тканевыми макрофагами.

Иммортализация клетки приводит к аномальному накоплению ее потомков, что проявляется гиперплазией ткани. При повышенной митотической активности трансформированных клеток образуется доброкачественная опухоль, которая, порой, достигая массы в десять и более килограммов, не нарушает общего метаболизма и не приводит организм к гибели. Следовательно, помимо обретения свойства иммортализации трансформированной клетке необходимо формирование дополнительных характеристик, определяющих ее злокачественность.

Озлокачествление трансформированной клетки требует постоянного, длительного действия определенных веществ, которые получили название промоторов. Одним из первых обнаруженных в 1906 г. промоторов был краситель - шарлаховый красный. Действие этого соединения на нормальные клетки различных тканей стимулировало их митотическую активность, вызывая гиперплазию ткани, однако как только заканчивалось введение вещества, прекращалось и размножение клеток. Относительно быстро восстанавливался исходный объем ткани, клетки которой в последующем не проявляли никаких злокачественных потенций.

Промоторами являются некоторые представители физиологических биорегуляторов различных классов - ростовые факторы, цитокины, гормоны эстрогенной и андрогенной природы и др.; компоненты кротонового масла - форболовые эфиры и ряд веществ других химических групп. Соединения, обладающие только промоторной активностью, не вызывают трансформации нормоцитов, но индуцируют формирование злокачественных свойств у трансформированных клеток. Вещества, обладающие как трансформирующим действием на клетки, так и активностью промотора (например, бензпирен) называются полными канцерогенами.

Промотор обладает физиологической активностью, направленной на:

• разобщение межклеточных и матрикс-клеточных контактов;
• стимуляцию митотической активности клеток;
• ингибирование апоптоза.

Процесс озлокачествления при действии промотора - стадия промоции, сопровождается формированием у трансформированной клетки целого ряда свойств:

• утраты контактного ингибирования митотической активности;
• независимости от прикрепления к субстрату;
• неконтролируемой организмом пролиферации;
• автономности существования;
• локомоторной активности:
• способности стимулировать ангиогенез и др.

Сформировавшаяся на стадии промоции неопластическая клетка не нуждается в действии промотора и не является частью единого организма, она вступает с ним в конкурентные взаимоотношения. Из нее образуется опухоль, которая ведет себя как отдельный паразитический организм, способный эволюционировать в соответствии с законами дарвиновского отбора (рис. 15.1).

Клетки опухолевого клона оказывают выраженное иммунодепрессивное действие, обладая при этом иммунной толерантностью, - способностью "ускальзывать" от воздействия эффекторов иммунной системы хозяина. Проявлением паразитических потенций неопластических клеток является их диффузное прорастание в структуре собственной ткани - инвазивный рост; и за ее пределами - метастазирование. Инвазивный рост и метастазнрование являются процессами, определяющими базовое содержание стадии прогрессии при опухолевом росте.

По морфологическим признакам раковая клетка напоминает эмбриональную, утрачивая признаки дифференцировки и сходства с клетками ткани, из которых она произошла. Метаболизм клеток опухолевого клона при их суммарной массе в несколько граммов негативно сказывается на общем обмене веществ, расстройства которого в итоге приводят организм к гибели.

Молекулярно-генетические аспекты злокачественного перерождения клетки

Концептуальное предположение о том, что "рак - болезнь генов", позволили экспериментально доказать результаты работ по биохимии, иммунологии, молекулярной биологии и генетике развития злокачественных новообразований, другим направлениям биологической и медицинской наук. Первые успешные опыты, в которых ДНК, выделенная из трансформированных вирусом саркомы Рауса клеток, индуцировала в эмбриональных фибробластах курицы развитие клеток с признаками опухолевого фенотипа, были выполнены в 1971 г. М. Нill и J.Hillova. Результаты последующих исследований полностью подтвердили положение о том, что признаки трансформированного фенотипа закодированы в ДНК.

Нормальный ген, изменения нуклеотидной последовательности которого (мутация) и/или его цитогенетическая аномалия приводят к формированию фенотипа злокачественной клетки, стали называть протоонкогеном. Протоонкоген называют онкогеном, если его цитогенетическая аномалия, мутация или устойчивое деметилирование промоторной области приводят к появлению у нормоцита измененных характеристик, являющихся свойствами раковых клеток.

Образование онкогенов становится возможным при снижении или инактивации продуктов группы генов, определяемых как опухолевые супрессоры или антионкогены. Опухолевые супрессоры или антионкогены - это гены, дефекты которых значительно увеличивает вероятность возникновения раковых клеток вследствие цитогенетической и хромосомной нестабильности (мутации и цитогенетические аномалии, аберрантное метилирование), а восстановление активности приводит к депрессии митотической активности клеток опухолевого клона.

Цитогенетические аномалии, вызывающие активацию прото- и антионкогена, могут быть в форме

• транслокации - перестройки хромосом, при которой часть одной хромосомы отрывается, а затем присоединяется к другой хромосоме.
• амплификации - образование дополнительных копий хромосомных последовательностей, обнаруживаемых в хромосомной или внехромосомной ДНК.
• делеции хромосом - удаление части ДНК хромосомы; при этом области, фланкирующие удаленные участки, соединяются.

Изменения структуры ДНК прото- и антионкогена могут быть в форме внутригенных и промоторных мутаций, делеций части гена, вставок (рис. 15.2).

Особым вариантом онкогенной модификации прото- и антионкогенов является аберрантное метилирование. Под аберрантным метилированием понимают нарушение физиологического профиля энзиматического метилирования регуляторных последовательностей ДНК прото- и антионкогенов. Следствием аберрантного метилирования является стабильная избыточная или недостаточная активность гена, сопоставимая с наличием в нем "физической" мутации. Вследствие чего подобный тип онкогенной модификации прото- и антионкогенов получил название эпамутации. Синонимом термину эпимутация является аббревиатура MAGI (methilation-asso-ciated gene inactivatinn).

Мутации, цитогенетические перестройки хромосом, аберрантное метилирование являются неотъемлемыми составляющими процесса хромосомной и генетической нестабильности, который в физиологических рамках отражает активность генетического уровня адаптивных реакций к действию неблагоприятных факторов среды. Негативным проявлением генетической и хромосомной нестабильности, в числе прочего, является онкогенная модификация протоонкогенов.

В табл. 15.1 [показать] ) представлены некоторые протоонкогены, онкогенная модификация которых приводит к образованию тех или иных форм новообразований человека.

Ключевая роль онкогенов и, соответственно, их продуктов в формировании фенотипа злокачественной клетки обусловлена функциями, которые выполняют продукты протоонкогенов, обеспечивая структурно-метаболическое и функциональное единство всех клеток организма, адекватное их месту, времени и условиям среды.

Продукты протоонкогенов, их функции

Продукты протоонкогенов формируют сложную сеть сигнальных коммуникаций, вовлеченых в многостадийный процесс регуляции клеточного цикла, апоптоза, целостности генома, морфогенетических реакций, дифференцировки, выживаемости клеток и других клеточных функций, без которых невозможны ни развитие многоклеточного организма, ни его жизнедеятельность. В соответствии со своим положением в структуре передачи регуляторного сигнала продукты протоонкогенов могут быть подразделены на биорегуляторы (факторы роста, цитокины, растворимые в липидах сигнальные молекулы - стероиды, оксид азота и др.), рецепторы биорегуляторов (рецепторы жирорастворимых сигнальных молекул, локализованные в цитоплазме), трансмембранные белки, цитоплазматические белки, связанные с мембраной, белки цитоплазмы, ядерные белки.

Структурные компоненты сигнального пути генерируют, усиливают, координируют и завершают преобразование внеклеточных сигналов в специализированные клеточные функции (рис. 15.3).

Одним из ключевых принципов организации внутриклеточных сигнальных коммуникаций является наличие общих вторичных посредников. Для митогенных биорегуляторов - ростовых факторов и отчасти цитокинов, таковыми являются G-белки, представители которых объединены в пять семейств: Ras, Rho, Rab, Ran и Arf (в проведении митогенных сигналов посредничают преимущественно G-белки семейства Ras - K-Ras, N-Ras, H-Ras), расположенные на внутренней поверхности плазматической мембраны, а также ионы кальция, фосфолипиды, циклические нуклеотиды - ц-АМФ и ц-ГМФ.

Связывание специфического ростового фактора с поверхностным доменом рецептора меняет конформацию последнего, в результате активируется цитоплазматический каталитический домен (трансмембранный перенос сигнала). Далее регуляторный сигнал от рецепторов ростовых факторов распространяется на продукт протоонкогена - G-белок (например, р21/К-Ras), который приобретает сродство к ГТФ.

ГТФ-связанное состояние белка р21 ведет к стимуляции ряда его эффекторов, которые увеличивают концентрацию внутриклеточного посредника ц-АМФ. Регуляторное действие ц-АМФ распространяется в числе прочего на серин-треониновые киназы - Raf и МЕКК, запускающие другие МАР-киназные каскады. Конечные продукты этого сигнального пути протеинкиназы - ЕRК (МАРК), р38 и JNK(SAPK), транслоцируются из цитоплазмы в ядро, где они фосфорилируют и активируют множество субстратов (рис. 15.4). Обратимое фосфорилирование эффекторов по остаткам тирозина, треонина, серина является общим механизмом дифференциации и/или интеграции регуляторного сигнала в сигнальных коммуникациях.

Активированный G-белок(комплекс ГТФ-G-белок), обеспечивая проведение митогенного импульса на следующий компонент сигнального пути, одновременно проявляет ГТФ-азную активность. ГТФ-азная активность Ras-белка распространяется на связанную ГТФ, которая распадается на ГДФ и Фн. Комплекс ГДФ-G-белок быстро распадается, что ведет к инактивации G-белка и, соответственно, прерыванию передачи митогенного сигнала (рис. 15.5). Для последующей активации G-белка необходимо воздействие митогенного фактора.

Таким образом стимуляция митотической активности в нормоцитах имеет дискретный, импульсный характер, определяемый воздействием внеклеточных митогенных биорегуляторов.

Онкогенная модификация Ras-белка (например, мутация гена К-RAS в 12 экзоне) приводит к тому, что G-белок (р21) теряет ГТФ-азную активность, в силу чего, связывая ГТФ, находится в состоянии, постоянно активирующим последующий компонент сигнальной цепи (эффект "нажатого звонка"), проводящей митогенный сигнал. Иными словами клетка фактически находится в режиме самостимуляции митотической активности в отсутствие ростовых факторов.

Обширное семейство цитокинов (интерлейкины, интерфероны, колониестимулирующие факторы, пептидные гормоны) также частично использует G-белки в структуре сигнальной коммуникации. Рецепторы цитокинов - трансмембранные белки, лишены протеинкиназной активности, но приобретают ее, образуя после активации лигандом прочные комплексы с продуктами протоонкогенов - цитоплазматическими тирозинкиназами Src-семейства. Дальнейшее движение сигнала, индуцируемого цитокином, осуществляется тирозинкиназами Src-семейства через Ras-зависимые и Ras-независимые сигнальные пути, которые регулируют различные клеточные процессы - митотическую активность, выживаемость, локомоторную активность, способность к адгезии и др. (табл. 15.2 [показать] ).

Структура Src [Sb] Ras-зависимых сигнальных коммуникаций представлена на рис. 15.6. Онкогенные изменения тирозинкиназ Src-сумейства, подобно онкогенной модификации G-белков, способны вызывать перманентную стимуляцию митотической активности в соответствии с эффектом "нажатого звонка".

Узкоспецифичное взаимодействие сигнальных белков друг с другом обеспечивается обособленными некаталитическими доменами. Первые из них были обнаружены в молекулах протеинтирозинкиназ семейства Src и названы доменами Src-гомологии - SН2, так как находились вблизи каталитического домена Src-киназ - SН1. В состав SН2-домена входит 100-150 аминокислотных остатков, в последовательности которых имеются участки, избирательно и с высоким сродством взаимодействующие с сайтом из трех - пяти аминокислот, расположенных сразу после фосфотирозина на молекуле рецептора и других сигнальных белков.

Вслед за SН2-доменами у src-киназ были обнаружены SН3-домены - последовательности из 50-80 аминокислот, которые обладали высоким сродством к полипролиновым участкам белков мембран и цитоскелета. Позже SH2- и SН3-домены были обнаружены в различных белках, образующих сигнальные коммуникации - фосфолипазах, цитоплазматических протеинтирозинкиназах, липидкиназах, адаптерных белках и факторах транскрипции. Сигнальные белки, имеющие SН2- и SН3-домены, оказались филогенетически древними и консервативными.

В ряде сигнальных белков были выявлены домены, последовательности аминокислот которых обладали высоким избирательным сродством к мембранным фосфолипидам. Эти структуры стали называть плекстриновыми доменами (РН-домены) по названию белка плекстрина, где они впервые были обнаружены.

Образования в клетке одного какого-то онкогена недостаточно для проявления ее злокачественных потенций, необходима комплементация нескольких определенных групп онкогенов.

Группы комплементации онкогенов, антионкогены

Установлены две комплементарные группы онкогенов. Функциональная активность онкогенов в одной из них ответственна за иммортализацию клетки, индуцируется она на стадии инициации.

Активность онкогенов другой группы наделяет иммортализованные клетки способностью автономного существования, постоянной митотической активности, депрессией апоптоза и другими свойствами, проявляется на стадии промоции. Их образование становится возможным при снижении или депрессии функциональной дееспособности группы генов, определяемых как опухолевые супрессоры или антионкогены (см. выше, опухолевые супрессоры или антионкогены - это гены, инактивация которых значительно увеличивает вероятность появления раковых клеток вследствие возникновения генетической и хромосомной нестабильности (мутации и цитогенетические аномалии, аномальное метилирование), а восстановление активности приводит к депрессии митотической активности клеток опухолевого клона).

Продукты антионкогенов контролируют клеточный цикл, интактность ДНК клеток, их программируемую гибель. К опухолевым супрессорам также относят "мутаторные" гены, нарушение функции которых приводит к генетической нестабильности и увеличивает частоту онкогенных модификаций прото- и антионкогенов.

Опухолевые супрессоры и возникающие при нарушении их функции онкологические заболевания приведены в табл. 15.3 [показать] .

Инактивация опухолевых супрессоров, вероятно, наиболее раннее генетическое событие стадии инициации, приводящее к выраженной генетической нестабильности. Негативным последствием генетической нестабильности может явиться образование иммортализовaнных клеток. Иммортализованные клетки с нестабильным геномом при действии промотора способны образовывать клоны с опухолевым фенотипом. Иными словами, в них формируется вторая комплементарная группа онкогенов, наделяющая иммортализованные клетки с нестабильным геномом способностью автономного существования и постоянной митотической активностью, а также депрессией апоптоза и другими свойствами малигнизированных клеток (рис. 15.7).

Генетические нарушения в опухолевых клетках, определяющие особое направление их развития, предопределяют качественные и количественные изменения как их метаболизма, так и обмена веществ в клетках нормальных тканей и организма в целом. Отмечается повышение или снижение синтеза различных биомолекул, включая появление особых белковых и небелковых соединений, характерных и для эмбрионального периода развития.

Необходимо, однако, подчеркнуть, что ни в опухолевых клетках, ни в биологических жидкостях онкологических больных не обнаружены такие соединения, которые были бы специфичны только лишь для малигнизированных клеток и не обнаруживались бы в нормальных клетках на тех или иных стадиях их развития. Тем не менее данные, полученные в результате фундаментальных исследований в биохимии, иммунологии, молекулярной биологии и генетике развития злокачественных новообразований, нашли свое применение в лечебно-диагностической практике клинической онкологии.

В структуру лабораторно-диагностических показателей введена группа, получившая название "опухолевые маркеры" или "онкомаркеры". Онкомаркеры - это ДНК онкогенов и антионкогенов, их РНК-продукты, другие соединения, обнаруживаемые в биологическом материале онкологических больных и синтезируемые опухолевыми клетками или клетками нормальных тканей в ответ на инвазию опухоли (рис. 15.8).

Страница 1 2 3 4 5 6 7

всего страниц: 7

ЛИТЕРАТУРА [показать] .

Источник: Медицинская лабораторная диагностика, программы и алгоритмы. Под ред. проф. Карпищенко А.И., СПб, Интермедика, 2001