Том 3 (1129748), страница 52
Текст из файла (страница 52)
Как развитие многоклеточного животного, так и гомеостаз взрослогоорганизма зависят от межклеточных коммуникаций и регуляции роста клеток,их деления, дифференцировки, смерти, движения и адгезии — другими словами,20.4. Молекулярные основы поведения раковых клеток 1901от всех поведенческих аспектов, которые нарушаются у раковых клеток. Такимобразом, биология развития, основываясь зачастую на исследованиях дрозофилыи C. elegans, дает полезные сведения о нормальном функционировании многихгенов, связанных с раковыми заболеваниями.Но мы в конечном счете хотим знать, как влияют изменения в этих генахна клетку, становящуюся раковой.
Некоторые сведения можно почерпнуть, исследуяклеточные культуры или изучая опухолевые образцы, взятые у пациентов. Но длятого, чтобы понять, каким образом мутации в генах, ответственных за развитие рака,влияют на ткани в составе целого организма, необходимо ставить эксперименты натрансгенных и нокаутных мышах.Трансгенных мышей, у которых в каждой клетке содержится онкоген, можновывести с помощью метода, описанного в главе 8. Онкогены, введенные таким образом в клетки, могут экспрессироваться во многих тканях или лишь в несколькихизбранных тканях, в зависимости от того, какая регуляторная последовательностьДНК ассоциирована с данным трансгеном. Исследования на таких мышах показывают, что одного онкогена, как правило, недостаточно для трансформации нормальной клетки в раковую.
Обычно у мышей, вырабатывающих онкоген Myc илиRas, в некоторых тканях наблюдается усиленная пролиферация клеток, и спустянекоторое время какая-нибудь из этих клеток накопит дополнительные измененияи даст начало раковой опухоли. Однако большинство клеток, экспрессирующихтрансген, не становятся раковыми.
Тем не менее с точки зрения животного в целомунаследованный онкоген — серьезная проблема, поскольку он резко увеличиваетриск возникновения раковой опухоли в какой-нибудь ткани организма. У мышей,экспрессирующих оба онкогена Myc и Ras (полученных скрещиванием трансгенных мышей, вырабатывающих эти онкогены по отдельности), рак развиваетсягораздо раньше и чаще, чем в любой родительской линии (рис. 20.36); но опять жерак развивается в виде разбросанных по организму отдельных опухолей.
То естьРис. 20.36. Онкогены трансгенных мышей взаимно усиливают свое действие. На графике приведеначастота опухоли у трансгенных мышей трех линий. В первой линии геном содержал онкоген Myc, вовторой — Ras, а в геном мышей третьей линии входили оба онкогена. Сначала создали первые две линиимышей. Онкоген, содержащийся в геноме мышей первой линии, получен путем слияния протоонкогенаMyc с регуляторной последовательностью ДНК вирусамолочных желез мышей (это приводит к повышенной экспрессии гена Myc в клетках молочных желез).Онкоген Ras получен аналогично.
У мышей из обеихгрупп опухоли появлялись намного чаще обычного,в основном в молочных или слюнных железах. Мыши,геном которых содержал оба гена, получены путемскрещивания мышей первых двух линий. У этих гибридных мышей опухоли возникали еще чаще, частота их появления намного превышала суммарныйпоказатель первых двух линий. Тем не менее опухолипоявлялись с задержкой и происходили от небольшойгруппы клеток в тканях, экспрессирующих оба гена.Для развития настоящей раковой опухоли были необходимы дальнейшие случайные изменения. (ПоE. Sinn et al., Cell 49: 465–475, 1987. С разрешения издательства Elsevier.)1902Часть 5. Клетки в контексте их совокупностидаже клетки, экспрессирующие оба онкогена, должны претерпеть дальнейшие изменения, чтобы стать раковыми. Этот вывод подтверждают и другие исследования(см.
далее).Известны также многочисленные эксперименты на мышах, нокаутных по различным опухолевым сурессорам, в том числе Rb. Как и ожидалось, многие из этихмышей, у которых отсутствовала одна из копий гена-супрессора, были подвержены раковым заболеваниям, и развивающиеся опухоли часто показывали потерюгетерозиготности — то есть утрачивали или инактивировали вторую копию гена.Делеция обеих копий гена часто приводила к смерти на стадии зародыша, чтоотражает существенную роль этих генов в нормальном развитии. Чтобы обойтиэту проблему и определить влияние гомозиготных мутаций на ткань взрослогоживотного, нужно вывести мышь, несущую условную мутацию (см.
рис. 5.79),чтобы генетический дефект проявлялся лишь в одном органе (скажем, печени) илив одной ткани. Другой вариант состоит в том, чтобы дефект проявлялся в ответна экспериментальный сигнал (препарат), даваемый в определенное время. Прииспользовании этих методов опыты на мышах не только дают ценную информациюо механизмах формирования опухоли, но и служат модельным объектом, на которомможно тестировать и разрабатывать новые виды терапии рака.20.4.2. Многие гены, ответственные за развитие рака, регулируютделение клетокМногие гены, участвующие в развитии рака, кодируют компоненты сигнальныхпутей, определяющих общественное поведение животных клеток: рост, деление,дифференцировку и смерть (рис.
20.37). В действительности многие из участников этих сигнальных путей впервые идентифицированы при поиске генов, ответственных за рак, а полный список белков, кодируемых протоонкогенами и генамиопухолевых супрессоров, содержит примеры сигнальных белков практически всехтипов: секретируемые белки, трансмембранные рецепторы, внутриклеточные GTPсвязывающие белки, протеинкиназы, регуляторы экспрессии генов и многие другие.Мутации в раковых клетках модифицируют эти компоненты таким образом, чтоони посылают сигналы к пролиферации даже тогда, когда они не нужны; это несанкционированным образом запускает рост клетки, репликацию ДНК и делениеклеток. В качестве примера можно привести мутацию, активирующую рецепторEGF и белок Ras (см.
выше).Компоненты сигнальных путей, которые в норме ингибируют деление клеток,часто оказываются опухолевыми супрессорами. Например, хорошо описана рольв этих процессах сигнального пути TGFβ (см. главу 15). Инактивирующие мутацииучастников этого пути опосредуют развитие нескольких форм рака у человека.Так, в некоторых формах рака толстой кишки мутирован рецептор TGFβ-RII,а в раковых клетках поджелудочной железы и некоторых других органах модифицирован Smad4 — ключевой внутриклеточный сигнальный белок.
Эти находкисвидетельствуют о том, что TGFβ-путь в норме ограничивает клеточное деление(см. рис. 23.26).Неудивительно, что мутации, напрямую связанные с клеточным циклом, оказываются характерными для многих форм рака. Опухолевый супрессор Rb непосредственно управляет вступлением в клеточный цикл. Rb работает как ограничитель,не позволяя клетке вступить в S-фазу; он связывает белок из семейства E2F, необ-20.4. Молекулярные основы поведения раковых клеток 1903Рис. 20.37. Схема основных сигнальных путей, задействованных при развитии рака у человека, показывающая локализацию некоторых белков, мутация в генах которых приводит к раку.
Нередкопродукты онкогенов и генов опухолевых супрессоров участвуют в одном и том же сигнальном пути. Отдельные сигнальные белки помечены красными кружками, а участвующие в развитии раковой опухоликомпоненты и регуляторные механизмы, обсуждаемые в этой главе, выделены зеленым. (Из D. Hanahanand R. A. Weinberg, Cell 100: 57–70, 2000. С разрешения издательства Elsevier.)ходимый для транскрипции генов, которые кодируют белки S-фазы.
В норме активность белка Rb регулируется путем фосфорилирования циклин-зависимыми киназами(Cdk), в результате которого он отсоединяется от E2F-белка (см. главу 17).Многие раковые клетки начинают несанкционированно делиться в результатеполной утраты гена Rb. Другие клетки достигают того же эффекта, накапливаямутации, затрагивающие другие компоненты регуляторного пути Rb (рис. 20.38).В норме комплекс циклина D с циклин-зависимой киназой Cdk4 (G1-Cdk) фосфорилирует Rb, позволяя клетке продолжить цикл (см. рис.
17.62 и таблицу 17.1,стр. 1756). Белок p16INK4, который вырабатывается в ответ на стрессорное воздействие, ингибирует клеточный цикл, предотвращая формирование активного комплекса циклин D–Cdk4. Таким образом, этот компонент в норме выполняет оченьважную функцию, останавливая клеточный цикл в ответ на стресс. В некоторыхглиобластомах и раковых опухолях молочной железы амплифицированы гены,кодирующие Cdk4 или циклин D, в результате чего стимулируется пролиферация1904Часть 5. Клетки в контексте их совокупностиРис.20.38. Rb-путь регуляции клеточного деления включаеткак протоонкогены, так и опухолевые супрессоры. Мутации,приводящие к дефекту каждого из участников этого регуляторного механизма, обнаружили в какой-либо раковой опухоличеловека.
Продукты протоонкогенов обозначены зеленым,продукты генов-супрессоров — красным; E2F выделен синим цветом, поскольку он может оказывать и ингибиторное,и стимулирующее действие в зависимости от того, с какимбелком он связан. В большинстве опухолей мутация затрагивает лишь один из компонентов. а) Упрощенная цепочкавлияния участников этого регуляторного пути друг на друга;более подробно см. рис. 17.62.
б) Белок Rb в нефосфорилированной форме препятствует вступлению в цикл клеточногоделения. Комплекс Cdk4 с циклином D фосфорилирует Rb,запуская пролиферацию. Если клетка находится в стрессовомсостоянии, белок p16Ink4 ингибирует образование активногокомплекса Cdk4-циклин D, предотвращая деление. Делениюклетки способствует мутация, инактивирующая Rb или p16Ink4(поэтому оба этих фактора могут рассматриваться как опухолевые супрессоры), либо повышенная активность Cdk4 илициклина D (стало быть, их гены являются протоонкогенами).клеток.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
