Том 3 (1129748), страница 50
Текст из файла (страница 50)
(По W. K. Caveneeet al., Nature 305: 779–784, 1983. С разрешения издательства Macmillan Publishers Ltd.)Как обсуждалось в главе 4, благодаря нормальной изменчивости отцовскиеи материнские хромосомы различимы. В среднем последовательности ДНКгомологичных хромосом различаются каждым тысячным нуклеотидом (таковастепень нашей гетерозиготности). Там, где большой фрагмент хромосомы утерянлибо заменен на фрагмент, идентичный соответствующему участку гомологичнойхромосомы, имеет место потеря гетерозиготности (loss of heterozygosity, LOH):остается лишь один вариант нуклеотидной последовательности этого участка.В рамках проекта «Геном человека» на карту хромосом нанесены миллионыучастков гетерозиготности.
Каждый из этих участков представлен полиморфнойпоследовательностью ДНК — то есть такой последовательностью, которая представлена в человеческой популяции двумя или более вариантами. Имея в рукахобразец ДНК опухоли, можно проверить, какой из вариантов присутствуетв данном случае. То же самое можно сделать, для сравнения, с образцом ДНКнераковой клетки того же пациента. Потеря гетерозиготности в участке генома,содержащем один или более полиморфных сайтов, или утрата маркерной последовательности, присутствующей в нераковой контрольной ДНК, может указывать местоположение хромосомного участка, содержащего ген опухолевогосупрессора. Однако ввиду генетической нестабильности раковые клетки обычнопоказывают потерю гетерозиготности во многих хромосомных участках.
Поэтомув таком методе обнаружения генов-супрессоров опухоли постоянно приходитсяотсеивать случайный шум.1894Часть 5. Клетки в контексте их совокупностиЭпигенетические изменения также могут играть большую роль в инактивациигенов-супрессоров. В большинстве случаев это упаковка гена в гетерохроматин и наследуемое метилирование C-нуклеотидов в последовательностях CpG в промоторегена (рис. 20.12).
Так можно заставить ген навсегда замолчать в самой клетке и в еепотомках. Имея в руках перечень возможных опухолевых супрессоров, относительно просто проверить их промоторы на аномально высокий уровень метилированияДНК. Данные подобных исследований говорят о том, что прекращение экспрессиигена довольно часто происходит в ходе опухолевой прогрессии, а эпигенетическиемеханизмы на сегодняшний день признаны инактиваторами нескольких различныхопухолевых супрессоров в большинстве форм рака у человека (рис. 20.32).Рис.
20.32. Генетические и эпигенетические изменения, лишающие клетку активности опухолевогосупрессора и вызывающие рак. Как обсуждалось в главе 4, конденсация хроматина может блокировать экспрессию гена, причем склонность к этому передается от материнской клетки к дочерним (см.рис. 4.52). Как отмечено ранее, изменения, останавливающие экспрессию гена супрессора, могут происходить в любом порядке.20.3.7. Активность мутантных генов в раковых клетках можетповышаться многими способамиВ случае протоонкогенов рак вызывает активация гена.
На рис. 20.33 суммированы возможные пути конверсии протоонкогена в онкоген. 1) Небольшое изменениепоследовательности ДНК, например точечная мутация или делеция, может привестик образованию гиперактивного белка, если оно произошло в кодирующей части, или20.3. Обнаружение генов, критичных для развития рака 1895Рис. 20.33. События, в результате которых протоонкоген становится более активным и превращаетсяв онкоген.к повышению выработки белка, если изменение произошло в регуляторном участке.2) Амплификация гена, в том числе произошедшая в результате ошибок репликацииДНК, приводит к образованию дополнительных копий гена; это, в свою очередь,приводит к повышенной выработке белка (рис.
20.34). 3) Хромосомные перестройки,в том числе разрывы и сшивки спирали ДНК, могут изменять кодирующий либорегуляторный участок, приводя соответственно к выработке гиперактивного белкаили к повышенной выработке нормального белка.Специфические аномалии характеризуют конкретные гены и ответные реакции на конкретные канцерогены. Например, в 90 % кожных опухолей, вызванныху мышей втиранием инициатора канцерогенеза диметилбензантрацена (ДМБА),обнаружена замена нуклеотида А на Т в одном и том же сайте в гене Ras; предположительно, из многих мутаций, вызванных действием ДМБА, именно эта заменаответственна за стимуляцию роста опухоли.Рецептор эпидермального фактора роста (EGF), внеклеточного сигнальногобелка, напротив, может быть активирован делецией, в результате которой утрачивается часть его внеклеточного домена.
Такие мутантные рецепторы способныформировать активные димеры даже в отсутствие EGF и посылать ложный стимулирующий сигнал, подобно сломанному дверному звонку, который звонит, даже еслиникто не жмет на кнопку. Мутации такого типа обнаружены в клетках наиболеераспространенной раковой опухоли мозга человека — глиобластомы.С другой стороны, белок Myc обычно способствует развитию рака ввиду избыточной выработки нормальной формы. Этот белок локализуется в ядре и стимулирует рост и деление клетки (см. главу 17); так, клетка, вырабатывающая избыточное количество белка Myc, приступает к делению даже в тех условиях, когданормальная клетка останавливает клеточный цикл.
К избыточной выработке белка1896Часть 5. Клетки в контексте их совокупностиРис. 20.34. Хромосомные перестройки в раковых клетках, к которым приводит амплификация гена.Представлен случай, когда несколько копий гена протоонкогена Myc амплифицированы. Амплификацияонкогенов очень характерна для карцином; часто она приводит к любопытному изменению кариотипа:клетка как будто содержит дополнительные пары миниатюрных хромосом — так называемые двойныеминихромосомы — либо одна из ее нормальных хромосом, приобретающих полосатый вид при окрашивании, содержит однородно окрашивающийся участок.
В обоих случаях эти аномальные структуры состоятиз огромного количества копий небольшого сегмента генома. На рисунке хромосомы окрашены краснымфлуоресцентным красителем, а множественные копии гена Myc выявлены методом гибридизации in situс желтым флуоресцентным зондом. а) Кариотип клетки, в которой копии гена Myc представлены в видедвойных минихромосом (парные желтые пятнышки). б) Кариотип клетки, в которой копии гена Mycпредставлены однородно окрашивающимся (в желтый цвет) участком одной из обычных хромосом.(Обычным копиям гена Myc соответствуют желтые точки, разбросанные по разным хромосомам.)в) Диаграмма, иллюстрирующая процесс амплификации. Считается, что в редких случаях нарушениярепликации ДНК приводят к образованию хромосомы, в которой какой-то участок повторен многократно. В результате репарации этой структуры получаются замкнутые на себя фрагменты ДНК, которыепри репликации дают длинные тандемно повторяющиеся последовательности, образующие двойныеминихромосомы.
В результате другого редкого события ДНК одной из таких хромосом может встроитьсяв нормальную хромосому, образуя на ней однородно окрашивающийся участок. Амплификация можетпроисходить и по-другому (см. рис. 20.41). (а и б — с любезного разрешения Denise Sheer.)Myc могут приводить разные обстоятельства. В некоторых случаях ген оказывается амплифицированным, то есть ошибки репликации ДНК приводят к тому, чтов клетке оказывается множество копий одного и того же гена (см. рис.
20.34). Чащепричиной повышенной выработки являются изменения в регуляторном элементе,влияющем на ген. Например, в результате хромосомной транслокации мощныйрегуляторный участок может случайно оказаться рядом с участком, кодирующимбелок Myc, что приведет в производству чрезвычайно большого количества MycмРНК. Так, в случае лимфомы Бёркита (новообразование из В-клеток, частовстречается в Центральной Африке, реже — в США) транслокация помещает генMyc под контроль последовательности, которая в норме управляет экспрессией20.3. Обнаружение генов, критичных для развития рака 1897генов антител в B-лимфоцитах. В результате этого мутантные B-клетки ускореннопролиферируют и формируют опухоль. Аналогичные хромосомные транслокацииимеют место и в других лимфомах и лейкозах.20.3.8. Охота на гены, ответственные за рак, продолжаетсяРасшифровка человеческого генома открыла новые возможности систематического обнаружения генов, опосредующих развитие рака.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
