Том 3 (1129748), страница 51
Текст из файла (страница 51)
Сейчас, благодаряразработке методов автоматического анализа геномной ДНК или матричной РНК,в принципе, стало возможным напрямую сравнить каждый из 25 000 генов раковойклетки с генами нормальной клетки и провести такой анализ в ряде случаев заболевания одной и той же формой рака, с тем чтобы выявить потенциально важныеаномалии.
Анализируя таким образом многие формы рака, мы должны, в концеконцов, идентифицировать все гены, мутации которых часто встречаются в раковых клетках человека. Несмотря на дороговизну таких экспериментов, широкомасштабные проекты по секвенированию ДНК с целью найти новые человеческиеонкогены уже начались и дают первые результаты.
Например, обнаружено, чтогиперактивная форма протеинкиназы Raf (см. главу 15) очень часто встречаетсяв меланомах и реже — в других формах рака.Однако прямое секвенирование ДНК — не единственный способ решить поставленную задачу. Разработаны и другие мощные методы идентификации онкогенов и генов-супрессоров, которые, возможно, окажутся более эффективными. Трииз них представляются наиболее перспективными:1. В методе сравнительной геномной гибридизации используют флуоресцентноемечение фрагментов ДНК, выделенной из нормальных и раковых клеток, чтобывыявить участки генома, в которых произошла амплификация либо утрата генетического материала (рис. 20.35).
Затем проводят гибридизацию этих фрагментовс микроматрицей ДНК, в которой каждая лунка соответствует определенномуположению в геноме. Различные точки флуоресцируют разными цветами согласно соотношению фрагментов нормальной ДНК и ДНК раковой клетки. Такимобразом, можно указать участки генома раковой клетки, которые были амплифицированы или утрачены. Затем можно осуществить более целенаправленныйпоиск генов в тех участках, которые определили на прошлом этапе;2. Микроанализ также можно использовать при выявлении специфических дляраковых заболеваний изменений характера экспрессии. В этом случае в качестве образца, с которым проводят гибридизацию, используют не хромосомнуюДНК, а матричную РНК;3.
Наконец, недавно разработанный метод широкомасштабного генетическогоскрининга, основанного на технологии РНК-интерференции, представляетсобой мощный функциональный подход к изучению генов опухолевых супрессоров. Малые интерферирующие РНК (siRNA) могут прямо в клеткеинактивировать обе копии гена, привести к разрушению соответствующеймРНК либо ингибировать трансляцию определенного белка (см. главу 8, раздел 5.16). Такой подход может оказаться очень эффективным при определениигена-супрессора, утрата функции которого стимулирует трансформации клеткиконкретного животного или конкретной исследуемой линии.Независимо от того, какой подход используется, труднее всего определить,действительно ли обнаруженный ген имеет отношение к прогрессированию рака.1898Часть 5. Клетки в контексте их совокупностиРис.
20.35. Сравнительная геномная гибридизация, позволяющая детектировать изменения ДНК в опухолевыхклетках. а) Фрагменты ДНК из опухолевых и нормальныхклеток метят двумя флуоресцентными метками (опухолевые — красной, нормальные клетки контрольнойпробы — зеленой), после чего проводят гибридизациюс микроматрицей ДНК, каждая лунка которой соответствует определенному положению в нормальном геноме.б) На графике представлено отношения интенсивностейкрасной и зеленой флуоресценции в каждой точке.
Этосоотношение позволяет выявить участки генома опухолевых клеток, в которых произошла амплификация либоделеция: красный сигнал говорит об амплификации, зеленый — об утрате копии гена.В этом могут помочь эксперименты по усилению экспрессии предполагаемого онкогена или подавлению активности предполагаемого гена-супрессора в культуреклеток. Однако наиболее убедительными являются эксперименты на мышах, чьиклетки в избытке вырабатывают продукт предполагаемого онкогена, либо на мышах, нокаутных по предполагаемому гену-супрессору.
В обоих случаях, если геныдействительно способствуют заболеванию, то развитие раковой опухоли должнозаметно стимулироваться.При поиске новых генов, опосредующих развитие рака, нам совершенно необязательно с самого начала представлять себе их функцию или то, каким именно образомих изменение может способствовать заболеванию раком. Однако по мере накоплениянаших знаний становится проще «угадать», какой ген можно заподозрить в связис раковым заболеванием, а затем напрямую проверить нашу догадку, особенно если20.4. Молекулярные основы поведения раковых клеток 1899этот ген часто мутирован в раковых клетках.
Таким образом, поиск новых геновтесно связан с выяснением их нормальной функции и ее нарушений, способствующихтрансформации клетки в раковую. Об этом мы поговорим в следующем разделе.ЗаключениеГены, ответственные за развитие рака, можно разбить на две группы.В первую группу входят гены, повышение активности которых стимулируетразвитие опухоли, во вторую — те гены, в случае которых к аналогичномуэффекту приводит утрата или снижение активности. Мутации, приводящиек повышению активности гена, стимулируют деление клеток в условиях, прикоторых нормальные клетки не делятся; мутации, снижающие экспрессию генасупрессора (или активность белка-супрессора) опухолей, отменяют ингибирующие влияния, которые обычно держат деление клетки под контролем.
Онкогеныдоминантны, и многие из них впервые открыты из-за того, что они вызывали раку животных, зараженных ретровирусом, который содержал этот ген; предполагают, что протоонкоген клетки-хозяина случайно захватил геном ретровируса,мутировав при этом в онкоген. Онкогены могут также возникать в результатеспецифических хромосомных аберраций, активирующих протоонкоген.Мутации опухолевых супрессоров обычно рецессивны, так как клеткиведут себя нормально до тех пор, пока обе копии гена не будут утрачены илиинактивированы, либо их экспрессия будет подавлена эпигенетически.
Несколькотаких генов впервые обнаружено в редких наследственных формах рака, однакоих утрата или инактивация, как оказалось, характерна и для спорадическихформ. Люди, унаследовавшие одну мутантную копию гена опухолевого супрессора, более предрасположены к раковым заболеваниям, поскольку единственногоизменения в любой клетке организма, приводящего к утрате или инактивацииоставшейся функциональной копии гена, будет достаточно, чтобы полностьюлишить клетку активности гена-супрессора.Поиск генов, ответственных за развитие рака, продолжается; разрабатываются все более мощные технологии систематического анализа ДНК и мРНКраковых клеток, позволяющие идентифицировать важные мутации и измененияхарактера экспрессии.
Участие найденного гена в развитии рака может бытьпроверено на мышах: в случае предполагаемого онкогена экспрессию необходимоискусственно повысить, а в случае предполагаемого онкосупрессора ген-мишеньнужно инактивировать.20.4. Молекулярные основы поведения раковых клетокИсследователь, стремящийся обнаружить гены раковых заболеваний, вынужденприменять различные подходы для идентификации онкогенов и генов-супрессоров(а также их мутаций и эпигенетических изменений), однако для раковой клетки этодве стороны одной медали. Изменения в генах, принадлежащих разным классам,могут оказывать одно и то же влияние на поведение раковой клетки, так как большинство клеточных механизмов управления включают стимулирующий (протоонкогены) и ингибиторный (супрессоры опухолей) компоненты. Если цель состоит в том,чтобы на молекулярно-генетическом уровне понять, как функционируют раковыеклетки, то важно различие не между онкогенами и генами-супрессорами, а междугенами, отвечающими за различные биохимические и регуляторные пути.1900Часть 5.
Клетки в контексте их совокупностиНекоторые из этих путей, важные для развития рака, передают сигналыот окружения клетки (см. главу 15), другие отвечают за внутренние программыклетки, в том числе за контроль клеточного цикла (глава 17) и клеточную смерть(глава 18). Среди прочих — механизмы, управляющие движением клеток (глава 16) или механическими взаимодействиями с соседними клетками (глава 19).Различные пути сложным образом связаны между собой. Многое из того, что намизвестно про них, почерпнуто в исследованиях раковых заболеваний; и наоборот,фундаментальные исследования в области клеточной биологии изменили нашепредставление о раке.В первом разделе этой главы мы в общих чертах описали свойства, делающиеклетку раковой, и перечислили характерные поведенческие аномалии раковыхклеток.
В настоящем разделе мы рассмотрим, как мутации в некоторых генах обуславливают эти аномалии и как исследования раковых заболеваний могут помочьпри изучении функции отдельных белков. В конце главы мы рассмотрим последовательность генетических изменений на примере рака толстой кишки и покажем,как эти изменения заставляют опухоль сменить одну аномальную линию поведенияна другую, еще более пагубную.20.4.1. Эксперименты на эмбрионах и на генетическимодифицированных мышах позволили выяснить функцию генов,связанных с ракомИмея дело с некоторым геном, мутантным в раковых клетках, нам нужноопределить, какова функция этого гена в нормальных клетках и каким образоммутация в этом гене способствует аномальному поведению раковой клетки. Например, когда начинались эксперименты по клонированию гена Rb, о нем былоизвестно лишь, что он содержится в мутантной форме в клетках ретинобластомы.Сведения о гене Ras ограничивались тем, что он заставляет клетки интенсивнопролиферировать, однако его функция в нормальных клетках оставалась загадкой.В обоих случаях исследования рака послужили отправной точкой для работ, в которых выявили ключевую роль этих белков в нормальных клетках: Rb — ингибитор клеточного цикла и Ras — основной компонент нескольких внутриклеточныхсигнальных путей.Сегодня мы многое знаем о клетках, так что при обнаружении причастноститого или иного гена к раковым заболеваниям зачастую оказывается, что этот генуже изучался в другом контексте.
К примеру, многие онкогены и опухолевыесупрессоры гомологичны генам, участвующим в эмбриональном развитии. В качестве примеров можно привести также почти все основные пути коммуникацииклеток в процессе развития (см. главы 15 и 22): сигнальные пути с участием Wnt,Hedgehog, TGFβ, Notch и рецепторных тирозинкиназ включают в себя компоненты,кодируемые генами, вовлеченными в развитие рака (Ras участвует в последнемиз перечисленных сигнальных путей).При взгляде в прошлое это уже не кажется удивительным. Как мы будемобсуждать в главе 23, сигнальные механизмы, контролирующие эмбриональное развитие, действуют и в теле взрослого, следя за обновлением клеток и поддерживаягомеостаз.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
