Б. Альбертс, А. Джонсон, Д. Льюис и др. - Молекулярная биология клетки (djvu) (1129766), страница 397
Текст из файла (страница 397)
1900 Часть 5. Клетки в контексте их совокупности Некоторые из этих путей, важные для развития рака, передают сигналы от окружения клетки (см. главу 15), другие отвечают за внутренние программы клетки, 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 нам известно про них, почерпнуто в исследованиях раковых заболеваний; и наоборот, фундаментальные исследования в области клеточной биологии изменили наше представление о раке. В первом разделе этой главы мы в общих чертах описали свойства, делающие клетку раковой, и перечислили характерные поведенческие аномалии раковых клеток.
В настоящем разделе мы рассмотрим, как мутации в некоторых генах обуславливают эти аномалии и как исследования раковых заболеваний могут помочь при 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 поведения на другую, еще более пагубную. 20.4.1. Эксперименты на эмбрионах и на генетически модифицированных мышах позволили выяснить функцию генов, связанных с раком Имея дело с некоторым геном, мутантным в раковых клетках, нам нужно определить, какова функция этого гена в нормальных клетках и каким образом мутация в этом гене способствует аномальному поведению раковой клетки. Например, когда начинались эксперименты по клонированию гена АЬ, о нем было известно лишь, что он содержится в мутантной форме в клетках ретинобластомы.
Сведения о гене Лаз ограничивались тем, что он заставляет клетки интенсивно пролиферировать, однако его функция в нормальных клетках оставалась загадкой. В обоих случаях исследования рака послужили отправной точкой для работ, в которых выявили ключевук> роль этих белков в нормальных клетках: КЬ вЂ” ингибитор клеточного цикла и Каз — основной компонент нескольких внутриклеточных сигнальных путей. Сегодня мы многое знаем о клетках, так что при обнаружении причастности того или иного гена к раковым заболеваниям зачастую оказывается, что этот ген уже изучался в другом контексте.
К примеру, многие онкогены и опухолевые супрессоры гомологичны генам, участвующим в эмбриональном развитии. В качестве примеров можно привести также почти все основные пути коммуникации клеток в процессе развития (см. главы 15 и 22): сигнальные пути с участием %'п1, НебйеЬой, ТОг'р, Хо1сЬ и рецепторных тирозинкиназ включают в себя компоненты, кодируемые генами, вовлеченными в развитие рака (Йаз участвует в последнем из перечисленных сигнальных путей). При взгляде в прошлое это уже не кажется удивительным. Как мы будем обсуждать в главе 23, сигнальные механизмы, контролирующие эмбриональное развитие, действуют и в теле взрослого, следя за обновлением клеток и поддерживая гомеостаз. Как развитие многоклеточного животного, так и гомеостаз взрослого организма зависят от межклеточных коммуникаций и регуляции роста клеток, их деления, дифференцировки, смерти, движения и адгезии — другими словами, 20;4; МОЛЕКУДЯРНЫЕ.аСНОВЫг тк>З(В)(й(тн)(:РаКОВтЦХ Кяетрх", С Ы()1 Рис.
20.36. Онкогены трвнсгенных мышей взаимно усиливают свое действие. Нэ графике приведена частота опухоли у трэнсгенных мышей трех линий. В первой линии геном содержал анкоген Мус„во второй — Яаз, е в геном мышей третьей линии входили обе онкогене. Сначала создали первые две линии мышей. Онкоген, содержащийся в геноме мышей первой линии, получен путем слияния протоонкогена Мусс регуляторной последоеэтельностьюДНК вируса молочных желез мышей (это приводит к повышенной экспрессии гене Мус в клетках молочных желез).
100 Онкоген Яаз получен аналогична. У мышей из обеих в ':,;: ',' - М)ю групп опухоли появлялись намного чаще обычного, в основном в молочных или слюнных железах. Мыши, геном которых содержал обэ гена, получены путем 3 скрещивания мышей первых двух линий. У этих ги- 3 ' ",":..-.:.: . ',",... (>Гйе бридных мышей опухоли возникали еще чаще, ча- й ~50 стотэ их появления намного превышала суммарный показатель первых двух линий. Тем не менее опухоли появлялисьсзэдержкойипроисходили от небольшой о группы клеток в тканях, экспрессирующих обэ гена. Для развития настоящей рэковой опухоли были необходимы дальнейшие случайные изменения.(по 0 Е.
5)пп ет э!., Сея 49: 4б5-475, 1987. С разрешения издэтельствэ Е!тешет.) 100 вод>вот (сутки) от всех поведенческих аспектов, которые нарушаются у раковых клеток. Таким образом, биология развития, основываясь зачастую на исследованиях дрозофилы и С. е1еуапз, дает полезные сведения о нормальном функционировании многих генов, связанных с раковыми заболеваниями. Но мы в конечном счете хотим знать, как влияют изменения в этих генах на клетку, становящуюся раковой. Некоторые сведения можно почсрпнуг>ь исследуя клеточные культуры или изучая опухолевые образцы, взятые у пациентов. Но для топ>, чтобы понять, каким образом мутации в генах, ответственных за развитие рака, влияют на ткани в составе целого организма, необходимо ставить эксперименты иа трансгенных и нокаутных мышах.
Трансгенных мышей, у которых в каждой клетке содержится онкоген, можно вывести с помощью метода, огшсанного в главе 8. Онкогены, введенные таким об разом в клетки, могут экспрессироваться во многих тканях или лишь в нескольких избранных тканях, в зависимости от топ>, какая регуляторная последовательность ДНК ассоциирована с данным трансгеном.
Исследования на таких мышах пока зывают, что одного онкогена, как правило, недостаточно для трансформации нор мальной клетки в раковую. Обычно у мышей, вырабатывающих онкоген Мгтс или Лаз, в некоторых тканях наблюдается усиленная пролиферация клеток, и спустя некоторое время какая нибудь из этих клеток накопит дополнительные изменения и даст начало раковой опухоли. Однако большинство ктеток, экспрессируюшнх трансген, ие становятся раковыми. Тем не менее с точки зрения животного в целом унаследованный онкоген — серьезная проб. лема, поскольку он резко увеличивает риск возникновения раковой опухоли в какой нибудь ткани организма.
У мышей, экспрессируюших оба онкогена Мус и Йпт (полученных скрещиванием транс генных мышей, вырабатываюших эти онкогены по отдельности), рак развивается гораздо раньше и чаще, чем в любой родительской линии (рис. 20.36); но опять же рак развивается в виде разбросанных по организму отдельных опухолей.
То есть 1902 Часть 5. Клетки в контексте их совокупности даже 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 ЙЬ.
Как и ожидалось, многие из этих мышей, у которых отсутствовала одна из копий гена-супрессора, были подвержены раковым заболеваниям, и развивающиеся опухоли часто показывали потерю гетерозиготности — то есть утрачивали или инактивировали вторую копию гена. Делеция обеих копий гена часто приводила к смерти на стадии зародыша, что отражает существенную роль этих генов в нормальном развитии.
Чтобы обойти эту проблему и определить влияние гомозиготных мутаций на ткань взрослого животного, нужно вывести мышь, несущую условную мутацию (см. рис. 5.79), чтобы генетический дефект проявлялся лишь в одном органе (скажем, печени) или в одной ткани.
Другой вариант состоит в том, чтобы дефект проявлялся в ответ на экспериментальный сигнал (препарат), даваемый в определенное время. При использовании этих методов опыты на мышах не только дают ценную информацию о механизмах формирования опухоли, но и служат модельным объектом, на котором можно тестировать и разрабатывать новые виды терапии рака. 20.4.2. Многие гены, ответственные за развитие рака, регулируют деление клеток Многие гены, участвующие в развитии рака, кодируют компоненты сигнальных путей, 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 генами опухолевых супрессоров, содержит примеры сигнальных белков практически всех типов: секретируемые белки, трансмембранные рецепторы, внутриклеточные СТР-связывающие белки, протеинкиназы, регуляторы экспрессии генов и многие другие. Мутации в раковых клетках модифицируют эти компоненты таким образом, что они посылают сигналы к пролиферации даже тогда, когда они не нужны; это несанкционированным образом запускает рост клетки, репликацию ДНК и деление клеток.
В качестве примера можно привести мутацию, активирующую рецептор ЕОГ и белок Каз (см. выше). Компоненты сигнальных путей, которые в норме ингибируют деление клеток, часто оказываются опухолевыми супрессорами. Например, хорошо описана роль в этих процессах сигнального пути ТОг1) (см. главу 15). Инактивирующие мутации участников этого пути опосредуют развитие нескольких форм рака у человека.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
