Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 394

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 394)

Однако из-за сложности обнаружения многих факторов, повышающих риск ракового заболевания, основные онкогенные факторы пока остаются невыясненными. 20.3. Обнаружение генов, критичных для развития рака Как мы видели, чтобы стать раковыми, соматические клетки должны накопить наследуемые изменения. Для понимания молекулярных основ этих процессов иам нужно идентифицировать мутации и эпигенетические изменения, ответственные за развитие рака, и определить, как эти изменения сказываются иа поведении клетки. Часто поиск таких клеток ие представляет трудности; оии имеют преимушество в отборе и сами привлекают к себе внимание, давая начало опухолям.

Но как можно выявить те немногие гены, изменения в которых отвечают за превращение клетки в раковую, среди множества других генов в геиоме клетки? Это подобно поиску иголки в стоге сена; такая проблема возникает всякий раз, когда нужно определить ген, ответственный за мутантный феиотип, однако в случае рака такой поиск оказывается во много раз сложнее.

Обычно в формировании раковых клеток задействовано множество различных мутаций и эпигеиетических изменений, причем у разных пациентов эти мутации в той или иной степени отличаются; ии одного из этих изменений самого по себе ие достаточно, чтобы превратить нормальную клетку в раковую. Кроме того, взаимодействие между различными модифицированными генами усложняет определение значимости того или иного изменения. Что еше 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 иет, чрезвычайно сложно. Несмотря иа эти трудности, в раковых клетках человека выявлены многие гены (несколько сот генов), во многих случаях оказавшиеся мутаитиыми. Разумеется, гораздо больше генов еше предстоит определить.

За неимением лучшего термина, мы будем называть их генами, ответственными за рак, имея в виду все гены, которые часто претерпевают изменение при формировании раковой клетки. Наши знания об этих генах собраны по крупицам и добыты разными и обходными путями, начиная с ранних исследований инфекций, вызывающих рак у куриц, вплоть до изучения эмбрионального развития.

Кроме того, сильно проясняют картину редкие наследственные формы рака. Сравнительно недавно появилась возможность составить 1886 Часть 5. Клетки в контексте их совокупности более целостную картину генетических изменений, характерную для этого заболевания, на основе данных секвеннрования ДИК раковых клеток у многих больных одной и той же формой рака. В этом разделе мы обсудим методы, используемые при идентификации генов, ответственных за рак, и различные виды наследственных изменений, происходящих с ними в процессе формирования раковых клеток. 20.3.1.

Мутации, приводящие к увеличению или снижению активности генов, идентифицируют разными методами Гены, ответственные за рак, объединяются в две большие группы согласно тому, является ли рак следствием их повьппенной или пониженной активности. Гены первой группы, повышение активности которых может привести к формированию раковой клетки, называются протоонкогеиами; гены второй группы, недостаточная активность которых может вызвать рак, носят название геиов-еупрессоров опухолей.

Существует также третья группа генов, действующих косвенным образом: мутации в этих генах приводят к генетической нестабильности. Такую группу мы будем называть генами поддержания (сохранения целостности) ДИК. Как мы увидим, мутации в генах первой и второй групп оказывают сходное влияние, повышая выживаемость и частоту деления клеток, а также способствуя развитию опухоли. Таким образом, с точки зрения раковой клетки онкогены и генысупрессоры (так же как и их мутации) — это стороны одной медали. Однако для их идентификации используют разные методы в зависимости от того, повышается или 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 можем идентифицировать 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). Подход в данном случае должен быть другим и ориентироваться на поиск отсутствующих компонентов раковой клетки. В некоторых случаях для рака определенной формы характерны специфические хромосомные аномалии, видимые в микроскоп. Это может дать подсказку относительно локализации онкогена, активированного хромосомной перестройкой (см.

вышеуказанный пример хромосомной транслокации, приводящей к хроническому миелолейкозу). С другой стороны, наблюдаемая в микроскоп хромосома с отсутствующим фрагментом дает указание на то, что в этом фрагменте, возможно, находится локус гена опухолевого супрессора. 20.3.?. Ретровирусы могут действовать как векторы, переносящие онкогены и изменяющие поведение клетки Оиковирусы иногда оказываются хорошими помощниками при поиске генетических причин рака. Хотя вирусы не причастны к развитию большинства из распространенных онкологических заболеваний человека, они являются причиной рака у некоторых видов животных.

Изучение таких онкогенных вирусов животных позволяет продвинуться в понимании механизмов прогрессирования рака вообще и в обнаружении онкогенов в частности. 20.3. Обнаружение генов, критичных дяя развития рака 1889 быть вызван мутацией в конкретном гене, присутствующем в геноме нормального животного; 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 был идентифицирован соответствующий протоонкоген, присутствующий в нормальных животных клетках. 20.3.3. Результаты разных исследований указывают на один и тот же ген — йаз В то время как одни исследователи искали онкогены в ретровирусах, другие использовали более прямой подход и искали последовательности ДНК в человеческих раковых клетках, которые вызывали бы неуправляемую пролиферацию при введении нормальным нераковым клеткам.

В качестве тестового материала чаще всего использовались линии клеток, выведенных от фибробластов мыши. Считают, что эти клетки, заранее отобранные по способности к неограниченному делению в культуре, уже содержат генетические изменения, приближающие их к злокачественным клеткам. Поэтому введения одного онкогена должно быть достаточно для того, чтобы вызвать сильный, эффект. Чтобы определить таким образом онкоген, ДНК выделяют из клеток опухоли, фрагментируют и вводят в культивируемые клетки. Если какой-нибудь фрагмент содержит онкоген, то начинают появляться небольшие колонии аномально пролиферирующих клеток; поскольку клетки, формирующие эти колонии, обладают свойствами, присущими раковым клеткам, их называют трансформированными, или претерпевшими трансформацию.

Каждая колония представляет собой клон клеток-потомков одной-единственной клетки, в которую проник онкоген, снимающий с нее некоторые из ограничений. Трансформированные клетки, формирующие колонию, размножаются значительно быстрее других клеток и напластываются друг на друга по мере пролиферации (рнс. 20.29). Этот метод позволил выделить и секвенировать первый человеческий онкоген, представляющий собой мутантный вариант протоонкогена Яаз. На сегодняшний день известно, что ген Яаз мутирован примерно в каждом пятом случае рака у человека.

Открытие человеческого онкогена Яаз было тем более интригующе, что незадолго до этого мутантный ген ттаз обнаружили в геноме ретровируса, вызывающего саркому у грызунов, причем именно этот ген был ответственен за образование опухоли. Разумеется, что открытие в начале 1980-х гг. одного и того же онкогена в опухолевых клетках человека и в геноме вируса опухоли животных поразило всех.

Осознание того, что причиной рака служат мутации в ограниченном числе особых генов, изменило наше представление о молекулярно-биологических основах этого заболевания. Как обсуждалось в главе 15, нормальные белки Каз представляют собой моно- мерные СТРазы, участвующие в передаче сигнала от рецепторов на поверхности внутрь клетки. Онкоген Ваз, выделенный из опухолевых тканей человека, содержит точечные мутации, делающие белок йаэ гиперактивным: такой белок неспособен к самоблокировке при гидролизе связанного СТР до СРР. Ввиду повышения активности белка этот эффект доминантен, то есть для его проявления достаточно изменить лишь одну из двух копий гена.

Поскольку ген йаз мутирован во многих формах рака у человека, он остается одним из наиболее важных примеров генов, ответственных за рак. 26З'; Обнаружанив ГченФз, крйчтичньМЛпя лаавйтия Лака:. )йИ выраженные аномалии кариотипа — в том числе делецию особого фрагмента 13 хромосомы. Наследование этой аномачии обуславливает предрасположенность к болез ни. Делеции в атом же участке встречаются также в клетках некоторых пациентов с ненаследственной формой болезни; это свидетельствует о том, что к заболеванию привела потеря важного гена, чей локус находился в этом участке. Используя данные о локализации этой хромосомной делеции, стало возможно клонировать и секвенировать ген ЯЬ.

Характеристики

Список файлов книги