Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 395
Текст из файла (страница 395)
Обнаружено, что у тех, кто страдал от на следственной формы заболевания, во всех соматических клетках отсутствовала одна копия гена 1сЬ либо эта копия содержала мутацию, приводящую к снижению активности гена. Эти клетки предрасположены к трансформации, но не становятся раковыми, пока сохраняют действующую копию гена.
В раковых клетках сетчатки отсутствуют (или нарушены) обе копии гена гсЬ, так как в них произошла моди 4шкация генома, приведшая к потере функционирующей копии гена. У пациентов с ненаследственной формой болезни, напротив, неопухолевые клетки содержат обе нормальные копии гена )КЬ, а раковые -- дефектны по обоим аллелям. Эти ненаследственные формы ретинобластомы очень редки, поскольку для их воз никновення необходимы два независимых события, инактивирующих один и тот же ген в двух гомологичных хромосомах (т.е.
в паре хромосом )че13) в одном из клонов клеток сетчатки (рис. 20.30). Ген йй также отсутствует в нескольких спорадических ЗДОРОБЫЙ ЧЕПОБЕК переданная случайная по неслед~тат )) инактивация мутация " ~' ~ одной из копий хг ~ )) ~ч в гене ЯЬ хг уг )) ~ч гена )зь ®®®® ®®®6Р ~~$®®® ®®®® случайная инактивация ОднОЙ из кОпий гена гЧЬ единственная функциональна копия гена дь вторая копия НЬ в очень редких случаях инактивируется в той же линии клеток интенсивная пролиферация клеток, приводящая к ретинобпастоме интенсивная пропиферация клеток, приводящая к ретинобластоме РЕЗУЛЬТАТ:, РЕЗУЛЬТАТ:;У ЕОЛЫЛИНСТЕЗ~: г ',)зЕЗУл)ЬТАТг Оф%ОПУХОЛЬ ..-: .ОПУХОЛИ НЕТ .)1)Ос ЕЙ-'НОчИТЕЛЕЙ,'. ':: ",,::.-... 9 О)1НО$4)ЛАФПОЯБЮЕТСЛ, . З)АСГ ЕДСТЛЕЙНОК11)ЙУТАЦЙИ;: ' Т)ИШЬ П)зйМк)з)тб УТ 1)А:ЗО'0)) ч ЛОЛВЛЛК)ТСЯ МНОЖИТЕЛИ) ', ' ЗЦОЯМЫХ ЛК~ЦЕИг Йь)е ОпУхОли 8 ОБОих; п)дзд)с Рис.
20.30. Генетические механизмы возникновения ретинобластомы. При наследственной форме болезни во всех клетках тела одна из двух нормально функционирующих копий гена опухолевого супрессора ЯЬ отсутствует„и та клетка, в которой утрачивается или инактивируется оставшаяся копия (в результате мугации или зпигенетической модификации), становится опухолевой. При ненаследственной форме болезни клетки содержат обе функциональные копии, и опухоль возникает там, где обе копии оказываются инактивнрованными, то есть где в одном клоне клеток дважды происходит генетическое или зпигенетическое изменение.
1892 Часть 5. Клетки в контексте их совокупности формах рака, в том числе в случае карцином легких, молочной железы и мочевого пузыря. Эти более распространенные формы рака обусловлены более длинной цепью генетических изменений, чем в случае ретинобластомы, и проявляются гораздо позже. Однако, по-видимому, для всех этих форм потеря функции 1сЬ зачастую является основным шагом к прогрессированию злокачественной опухоли.
Ген 1«Ь кодирует белок КЬ, универсальный регулятор клеточного цикла, присутствующий почти во всех клетках тела (см. рис, 17.б2). Он действуег как один из основных факторов, тормозящих цикл деления, и, как мы обсудим в дальнейшем, потеря его активности приводит к несанкционированному вступлению в клеточный цикл.
20.3.5. Опухолевые супрессоры могут быть идентифицированы при исследовании самих опухолей История с геном КЬ показывает, как редкие наследственные формы рака помогают выявить опухолевые супрессоры, играю1цие важную роль и в других, более распространенных, случаях. Однако таким образом открыто всего несколько важных генов-супрессоров. Более прямой подход состоит в сравнении опухолевых клеток с нормальными клетками того же пациента, с тем чтобы определить, какие именно из трех миллиардов нуклеотидов, составляющих геном человека, отсутствуют, составляют нарушенную последовательность или незаконно «замалчиваются>. Ввиду генетической нестабильности изменений обычно много. Большинство изменений возникло случайно, просто из-за нестабильности генома.
Следовательно, критерием истинного гена-супрессора должна служить повторяемость результата — отсутствие гена, его нарушение или сайленсинг — во многих независимых случаях одной и той же формы ракового заболевания. «Выследить» ген-супрессор таким образом — задача трудная, но вполне выполнимая при использовании современных методов широкомасштабного анализа ДНК (см. далее).
На сегодняшний момент хорошо охарактеризованы несколько десятков генов опухолевых супрессоров, а еще большее число потенциальных онкосупрессоров изучено недостаточно хорошо. 20.3.6. Инактивация гена опухолевого супрессора может происходить как генетически, так и эпигенетически Основную опасность представляет собой именно инактивация гена опухолевого супрессора.
Она может происходить по-разному вследствие ряда различных причин, ведущих к элиминации или приведению в негодность обеих копий гена. Одна из копий может быть, к примеру, утеряна в результате небольшой хромосомной делеции или инактивирована точечной мутацией.
Вторая копия обычно теряется в результате неспецифического, но более вероятного процесса: хромосома, несущая оставшуюся нормальную копию, может быть утрачена в результате неверной сегрегации хромосом либо нормальный ген может быть заменен мутантной формой в результате рекомбинации или конверсии гена. На рис. 20.31 на примере гена ЯЬ показаны возможные пути утраты оставшейся функциональной копии гена-супрессора при изменении последовательности ДНК.
Важно отметить, что все механизмы, за исключением точечной мутации, приводят к тому, что в клетке остаются однотипные нуклеотидные последовательности того участка хромосомы, который содержит локус ггЬ гена, — и эти последовательности идентичны последовательности мутантной хромосомы.
ЗДОРОВЫЕ КЛЕТКИ С ЕДИНСТВЕННОИ НОРМАЛЬНОЙ АЛЛЕЛЬЮ ГЕНА ЯЬ нормальный ген ЯЬ в отцовской хромосоме мутации в покусе яэ материнской хромосомы ВОЗМОЖНОСТИ УТРАТЫ НОРМАЛЬНОГО ГЕНА ЯЬ нерасхождение приводит к утрате хромосомы утрата хромосомы, затем дупликация митотическая рекомбинация конверсия гена делеция точечная мутация Рис.
20.31. Шесть способов лишиться оставшейся функциональной копии гена-супрессора опухоли. Клетка, у которой нарушена одна из двух копий гена-супрессора (например, гена КЬ), обычно ведет себя как нормальная, здоровая клетка; на схеме показано, как клетка может утратить оставшуюся функциональную копию гена, начав тем самым превращаться в опухолевую. Седьмая возможность, представленная на рис.
20.32, состоит в подавлении экспрессии гена эпигенетической модификацией, без изменения последовшэельности ДНК (что часто и происходит с некоторыми генами суп рессорами). (Ло УУ К. Саке пес ет а)., Л(отиэе Зогн 229-1ВЛ, 1983. С разрешения издательства Маспквап Рцы(эьегз ) М.) Как обсуждалось в главе 4, благодаря нормальной изменчивости отцовские и материнские хромосомы ргсэличимьг. В среднем последовательности ДНК гомологичных хромосом разтгичакпся каждым тысячным нуклеотидом (такова степень нашей гетерозиготности). Там, где большой фрагмент хромосомы утерян либо заменен на фрагмент, идентичный соответствующему участку гомологичной хромосомы, илгеет место потеря гетерозиготности (1озз 01'йегегозудоз(гу, 1.ОИ): остается лишь один вариант нуклеотидной последовательности этого участка. В рамках проекта «Геном человека» на карту хромосом нанесены миллионы участков гетерозиготности.
Каждый из этих участков представлен полиморфной последовательностью ДНК вЂ” то есть такой последовательностью, которая пред ставлена в человеческой популяции двумя или более вариантами. Имея в руках образец ДНК опухоли, можно проверить, какой из вариантов присутствует в данном случае. То же самое можно сделать, для сравнения, с образцом ДНК нераковой клетки того же пациента.
Потеря гетерозиготности в участке генома, содержащем один или более полиморфных сайтов, или утрата маркерной по следовательности, присутствующей в нераковой контрольной ДНК, может ука зывать местоположение хромосомного участка, содержащего ген опухолевого супрессора. Однако ввиду генетической нестабильности раковые клетки обычно показывают потерю гетерозиготности во многих хромосомных участках.
Поэтому в таком методе обнаружения генов-супрессоров опухоли постоянно приходится отсеивать случайный шум. 10М.':- с)деться', 1(летай в кгзитвкств их совокупности Эпигенетические изменения также могут играть большую роль в инактивации генов-супрессоров.
В большинстве случаев это упаковка гена в гетерохроматин и на следуемое метилирование С нуклеотидов в последовательностях СрС в промоторе гена (рнс. 20.12). Так можно заставить ген навсегда замолчать в самой клетке и в ее потомках. Имея в руках перечень возможных опухолевых супрессоров, относитель но просто проверить их промоторы на аномально высокий уровень метилирования ДНК. Данные подобных исследований говорят о том, что прекрашение экспрессии гена довольно часто происходит в ходе опухолевой прогрессии, а зпигенетические механизмы на сегодняшний день признаны инактиваторами нескольких различных опухолевых супрессоров в большинстве форм рака у человека (рис. 20.32). мутация 1 ИЛИ ИЛИ зз = генетическое изменение ЗЗ = эпиганетическое изменение $5 Рис.
20.32. Генетические и эпигенетические изменения, лишающие клетку активности опухолевого супрессора и вызывающие рак. Как обсуждалось в главе 4, конденсация хроматина может блокировать экспрессию гена, причем склонность к этому передается от материнской клетки к дочерним 1см. Рис. 4.52). Как отмечено ранее, изменения, останавливающие экспрессию гена супрессора, могут происходить в любом порядке.
В случае протоонкогенов рак вызывает активация гена. На рис. 20. 33 суммиро ваны возможные пути конверсии протоонкогена в онкоген. 1) Небольшое изменение последовательносл и ДНК, например точечная мутация или делеция, может привести к образованию гиперактивного белка, если оно произошло в кодируюшей части, или $— 1 11 следуемая блокировка экспрессии ч, на в конденсированном хроматине ) Зуб,"'. '.,Часть%; Кйвтввв койтекссте их совокуцноети.з „ а) однородно окрашивающнися ..., участок : гг ~ ~~= — =-~4- — микрохромосомы хромосома д аномальная реппикация хромосома В в) Рис. 20.34.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
