Том 3 (1129748), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Эпидемиологический подход не нуждается в знании непосредственных механизмов влиянияфакторов, однако может вскрыть взаимосвязи, действующие не на химическомуровне: например, влияние образа жизни или деторождения на заболеваемость раком. Воздействия канцерогенных факторов, определенных таким образом, вполнеможно избежать.
Это касается курения табака и заражения папилломавирусамии вирусами гепатита B и C, способствующих заболеванию раком. Однако из-засложности обнаружения многих факторов, повышающих риск ракового заболевания,основные онкогенные факторы пока остаются невыясненными.20.3. Обнаружение генов, критичных для развития ракаКак мы видели, чтобы стать раковыми, соматические клетки должны накопитьнаследуемые изменения.
Для понимания молекулярных основ этих процессов намнужно идентифицировать мутации и эпигенетические изменения, ответственныеза развитие рака, и определить, как эти изменения сказываются на поведенииклетки. Часто поиск таких клеток не представляет трудности; они имеют преимущество в отборе и сами привлекают к себе внимание, давая начало опухолям.
Но какможно выявить те немногие гены, изменения в которых отвечают за превращениеклетки в раковую, среди множества других генов в геноме клетки? Это подобнопоиску иголки в стоге сена; такая проблема возникает всякий раз, когда нужноопределить ген, ответственный за мутантный фенотип, однако в случае рака такойпоиск оказывается во много раз сложнее. Обычно в формировании раковых клетокзадействовано множество различных мутаций и эпигенетических изменений, причему разных пациентов эти мутации в той или иной степени отличаются; ни одногоиз этих изменений самого по себе не достаточно, чтобы превратить нормальнуюклетку в раковую.
Кроме того, взаимодействие между различными модифицированными генами усложняет определение значимости того или иного изменения. Чтоеще хуже, раковая клетка содержит большое количество соматических мутаций,являющихся просто следствием ее генетической нестабильности, и порою определить, имеет ли конкретная мутация отношение к раковому заболеванию или нет,чрезвычайно сложно.Несмотря на эти трудности, в раковых клетках человека выявлены многие гены(несколько сот генов), во многих случаях оказавшиеся мутантными. Разумеется,гораздо больше генов еще предстоит определить.
За неимением лучшего термина, мыбудем называть их генами, ответственными за рак, имея в виду все гены, которыечасто претерпевают изменение при формировании раковой клетки. Наши знания обэтих генах собраны по крупицам и добыты разными и обходными путями, начинаяс ранних исследований инфекций, вызывающих рак у куриц, вплоть до изученияэмбрионального развития.
Кроме того, сильно проясняют картину редкие наследственные формы рака. Сравнительно недавно появилась возможность составить1886Часть 5. Клетки в контексте их совокупностиболее целостную картину генетических изменений, характерную для этого заболевания, на основе данных секвенирования ДНК раковых клеток у многих больныходной и той же формой рака.В этом разделе мы обсудим методы, используемые при идентификации генов,ответственных за рак, и различные виды наследственных изменений, происходящихс ними в процессе формирования раковых клеток.20.3.1. Мутации, приводящие к увеличению или снижениюактивности генов, идентифицируют разными методамиГены, ответственные за рак, объединяются в две большие группы согласнотому, является ли рак следствием их повышенной или пониженной активности.
Геныпервой группы, повышение активности которых может привести к формированиюраковой клетки, называются протоонкогенами; гены второй группы, недостаточнаяактивность которых может вызвать рак, носят название генов-супрессоров опу‑холей. Существует также третья группа генов, действующих косвенным образом:мутации в этих генах приводят к генетической нестабильности. Такую группу мыбудем называть генами поддержания (сохранения целостности) ДНК.Как мы увидим, мутации в генах первой и второй групп оказывают сходноевлияние, повышая выживаемость и частоту деления клеток, а также способствуяразвитию опухоли. Таким образом, с точки зрения раковой клетки онкогены и генысупрессоры (так же как и их мутации) — это стороны одной медали.
Однако дляих идентификации используют разные методы в зависимости от того, повышаетсяили понижается активность гена при развитии ракового заболевания.Мутация в одной копии протоонкогена, превращающая его в онкоген, доминантна и стимулирует рост клетки (рис. 20.27, а). Таким образом, мы можемидентифицировать онкоген по его влиянию, просто добавляя его (например, путем введения в составе вирусного вектора) к геному подходящей тестовой клетки.С другой стороны, в случае гена-супрессора вызывающие рак мутации, как правило,рецессивны: часто (но не всегда), для того чтобы эффект проявился, обе копии нормального гена должны быть удалены или инактивированы (рис.
20.27, б). Подходв данном случае должен быть другим и ориентироваться на поиск отсутствующихкомпонентов раковой клетки.В некоторых случаях для рака определенной формы характерны специфические хромосомные аномалии, видимые в микроскоп. Это может дать подсказкуотносительно локализации онкогена, активированного хромосомной перестройкой(см. вышеуказанный пример хромосомной транслокации, приводящей к хроническому миелолейкозу). С другой стороны, наблюдаемая в микроскоп хромосомас отсутствующим фрагментом дает указание на то, что в этом фрагменте, возможно,находится локус гена опухолевого супрессора.20.3.2. Ретровирусы могут действовать как векторы, переносящиеонкогены и изменяющие поведение клеткиОнковирусы иногда оказываются хорошими помощниками при поиске генетических причин рака.
Хотя вирусы не причастны к развитию большинства израспространенных онкологических заболеваний человека, они являются причинойрака у некоторых видов животных. Изучение таких онкогенных вирусов животныхпозволяет продвинуться в понимании механизмов прогрессирования рака вообщеи в обнаружении онкогенов в частности.20.3. Обнаружение генов, критичных для развития рака 1887Рис. 20.27.
Мутации, вызывающие рак, четко подразделяются на две категории: доминантные и рецессивные. На этой диаграмме активирующие мутации обозначены закрашенными красными прямоугольниками, а инактивирующие — незакрашенными. а) Действие онкогенов доминантно: стимулирующиемутации в одной из копий гена могут превратить клетку в раковую. б) Мутации в генах супрессоровопухоли рецессивны, так как для трансформации клетки в раковую необходимо прекращение функционирования обеих аллелей гена.
Хотя на этой схеме вторая аллель гена супрессора инактивированааналогичной мутацией, инактивация часто происходит просто из-за потери второй хромосомы. Крометого (и это не отображено на рисунке), мутация некоторых генов супрессоров может оказывать влияниедаже в случае повреждения лишь одной аллели.Один из первых вирусов, вызывающих рак, обнаружен примерно 100 лет назад. Этот вирус вызывает опухоли в соединительной ткани у зараженных им кур.Инфицирующий агент идентифицировали как вирус саркомы Рауса; теперь мызнаем, что это РНК-содержащий вирус.
Подобно всем остальным РНК-содержащимонкогенным вирусам, обнаруженным с тех пор, он является ретровирусом. Призаражении клетки с его РНК снимается ДНК-копия (этот процесс называется обратной транскрипцией), и эта ДНК-копия встраивается в геном хозяина, в составекоторого она наследуется следующими поколениями клеток. Вирус саркомы Раусасодержит онкоген, вызывающий рак у кур. Этот онкоген не нужен для выживанияили размножения вируса, это показало открытие мутантных форм вируса, которыемогли размножаться, не превращая при этом клетку-хозяина в раковую. (Процессобразования раковой клетки из нормальной называется трансформацией.) Оказа-1888Часть 5. Клетки в контексте их совокупностилось, что у некоторых из этих мутантных форм частично или полностью отсутствовалген, кодирующий белок Src (произносится «Сарк»). Другие мутации в этом генеприводили к тому, что трансформирующий эффект начинал зависеть от температуры: зараженные клетки имели трансформированный фенотип при 34 °С, но сновапринимали нормальный облик спустя несколько часов инкубации при 39 °С.Каково же происхождение этого гена? В 1975 г., когда радиоактивно меченуюДНК-копию вирусного гена Src использовали в качестве шаблона для поиска сходныхпоследовательностей методом ДНК-ДНК гибридизации (см.
рис. 8.36), обнаружили,что геномы клеток позвоночных содержат очень похожие, хотя и не идентичные,последовательности. Вирусный онкоген, очевидно, случайно встроился в вирусныйгеном; по всей видимости, он принадлежал зараженной вирусом клетке и находилсяв форме протоонкогена (c-Src), а затем, при захвате его вирусным геномом, претерпел мутацию и стал онкогеном (v-Src) (рис. 20.28). Так обнаружили, что рак можетРис.
20.28. Устройство вируса саркомы Рауса. а) Организация генома вируса в сравнении с геномомболее типичного представителя ретровирусов — вируса лейкоза мышей. Вирус саркомы Рауса отличается от других онкоген-содержащих ретровирусов тем, что содержит в целости и сохранности все тригена, необходимые для осуществления жизненного цикла: Gag (предварительно расщепленная формаего продукта является капсидным белком), Pol (кодирующий обратную транскриптазу и фермент, необходимый для встраивания вирусной ДНК в геном хозяина) и Env (кодирующий белок оболочки).У других ретровирусов один или несколько из этих генов теряются при образовании онкогена. Поэтомутрансформирующий вирус может быть вирулентным только в том случае, если клетка одновременноинфицирована нетрансформирующим вирусом-помощником, замещающим утерянные функции.
б) Соответствие между v-Src онкогеном и клеточным протоонкогеном Src, из которого он возник. ИнтроныSrc клетки в v-Src отсутствуют (они удаляются при сплайсинге); кроме того, в v-Src содержатся мутации,изменяющие аминокислотную последовательность белка (не показано), что приводит к гиперактивностибелка и невозможности его обычной регуляции (см. рис. 3.69). Экспрессия v-Src обычно много выше,поскольку вирус вырабатывает РНК в большом количестве.20.3.
Обнаружение генов, критичных для развития рака 1889быть вызван мутацией в конкретном гене, присутствующем в геноме нормальногоживотного; это значительно расширило поле исследований рака.С тех пор обнаружено и сходным образом проанализировано большое количество онкогенов, содержащихся в других ретровирусах. В каждом таком случае былидентифицирован соответствующий протоонкоген, присутствующий в нормальныхживотных клетках.20.3.3. Результаты разных исследований указывают на одини тот же ген — RasВ то время как одни исследователи искали онкогены в ретровирусах, другиеиспользовали более прямой подход и искали последовательности ДНК в человеческих раковых клетках, которые вызывали бы неуправляемую пролиферацию привведении нормальным нераковым клеткам.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
