Коллеги, дорогие! Зачем же так бездумно перепечатывать Интернет?!
"Мусорная" ДНК? Вы считаете, что Творец так бездарен, чтобы оставлять "мусор"?
"Мусорная ДНК" - это участок ДНК, не несущий определенной информации о кодируемом белке, "пустой".
К сожалению, или, к счастью, очень много информации по генетике можно найти в интернете , но при поверхностном прочтении,человеку, не владеющему элементарной терминологической базой,она будет казаться бездумной и странной. Мои вузовские познания в генетике ограничились июнем 1981 года, и за ненадобностью были забыты. Но, когда пришлось дойти до молекулярно-генетических основ канцерогенеза, пришлось открывать для себя все сначала, с азов, и по тем же сайтам интернета, где, кстати, излагается высокопрофессиональная информация о науке, сделавшей огромный скачек вперед за последние 5-10 лет. Сейчас приходится изучать и методички для студентов и материалы с последних научно-практических конференций. Все это дает очень много информации для работы по методике ММ.
В разделе "Генетические заболевания" Маник, кстати, дала прекрасный материал по генетической азбуке.
В дополнение к нему могу дать , если это интересно, материал по онкологии.
Молекулярно-генетические основы канцерогенеза
Коган Е.А.
(Кафедра патологической анатомии Московской медицинской академии им. И.М. Сеченова)
В обзоре литературы рассмотрены этапы патогенеза злокачественных опухолей. Установлена патология апоптоза при опухолевом росте в виде его «незавершенности» - отсутствия фагоцитоза погибших опухолевых клеток и их частей. Незавершенность апоптоза при опухолевом росте может таить опасность стимулирования роста опухоли, поскольку постапоптозный детрит, аккумулирущий в себе множество факторов роста, клеточных онкогенов и ци-токинов, может служить мощным триггером деления клеток.
Ключевые слова: протоонкогены, антионкогены, апоптоз, опухолевый рост.
Опухолевый рост относится к разряду таких общепатологических процессов, понимание которых требует объединения усилий ученых — медиков и биологов различных специальностей. Благодаря успехам молекулярной биологии и генетики в последние годы получены новые данные о молекулярно-генетических перестройках в опухолях. Однако по-прежнему вопросы этиологии, патогенеза, морфогенеза и прогрессии опухолей остаются нерешенными. Как и раньше, здесь больше вопросов, чем ответов.
Несмотря на длительную историю изучения проблемы опухолевого роста, до сих пор не достигнуто единого понимания, что же такое злокачественная опухоль.
R.A. Willis (1967) определял злокачественную опухоль как «патологическую массу ткани с чрезмерным некоординированным ростом, который сохраняется даже после прекращения действия факторов, его вызывающих».
J.A. Ewing (1940) и H.C. Pilot (1986) в дефиниции злокачественной опухоли подчеркивали, что ее основным отличительным свойством является «наследственно обусловленный автономный рост».
А.И. Струков и В.В. Серов (1995) определяют злокачественную опухоль как «патологический процесс, характеризующийся безудержным размножением (ростом) клеток. Автономный, или бесконтрольный рост — первое основное свойство опухоли». Процесс развития опухолей под влиянием канцерогенных факторов носит название канцерогенеза.
Рассматривая различные теории этиологии опухолей, поражаешься тому факту, что разнообразные канцерогенные агенты, отличающиеся по механизмам своего действия, приводят к одному и тому же результату — разитию опухолей. Объяснение этому феномену было дано лишь в последние десятилетия, когда рак стал рассматриваться как генетическое заболевание. Генетические перестройки могут происходить под действием канцерогенных агентов как в соматической клетке, так и в половой.
При этом четыре класса генов являются мишенями канцерогенных агентов:
1) протоонкогены, регуляторы пролиферации
и дифференцировки клеток;
2) гены-супрессоры опухолей (антионкогены),
ингибирующие пролиферацию клеток;
3) гены, участвующие в гибели клеток путем
апоптоза;
4) гены, отвечающие за процессы репарации ДНК.
Современное представление о канцерогенезе связывается с возможностью канцерогенных агентов вызывать такие повреждения генома клеток, которые сопровождаются активацией протоонко-генов и/или инактивацией антионкогенов, генов, регулирующих гибель трансформированных клеток путем апоптоза и отвечающих за репарацию
ДНК.
Патогенез злокачественных опухолей в общих чертах может быть представлен как стадийный процесс, состоящий из следующих этапов:
1) изменения в геноме соматической клетки
под действием различных канцерогенных аген
тов, в ряде случаев при определенных наследст
венных изменениях генома;
2) активация клеточных онкогенов и супрес
сия антионкогенов;
3) экспрессия клеточных онкогенов, наруше
ние продукции регуляторных генов;
4) злокачественная трансформация клеток с
приобретением способности к автономному росту.
Клеточные онкогены, антионкогены и современные представления о канцерогенезе
В 1976 г. Stechellen и соавт. обнаружили у птиц, а в 1978 г. Spector и соавт. у млекопитающих участок ДНК, гомологичный вирусным онкогенам. В активном состоянии такие участки получили название клеточных онкогенов, в неактивном — протоонкогенов.
Клеточные онкогены — гены клеток, продукты которых участвуют в опухолевой трансформации клеток и опухолевом росте. Связь канцерогенеза с данными генами клеток не случайна, так как именно эти гены могут запускать деление клеток, участвуют в контроле их пролиферации и дифференцировки.
Протоонкогены — это нормальные гены клеток, участвующие в регуляции процессов их роста и дифференцировки. В зрелых тканях они, как правило, неактивны. Активация протоонкогенов и превращение их в клеточные онкогены происходят при опухолевом росте и в ходе эмбриогенеза. Некоторые клеточные онкогены активируются также при пролиферации и дифференцировке клеток в очагах репаративной регенерации.
Клеточные онкогены кодируют синтез белков, называемых онкобелками, или онкопротеинами. Следует отметить, что все известные в настоящее время онкопротеины участвуют в передаче мито-генетических сигналов от клеточной мембраны в ядро к определенным генам клеток. Это значит, что большинство факторов роста и других цито-кинов в той или иной степени могут взаимодействовать с онкобелками.
По функциональной активности и структурному сходству с элементами сигнальной митогенети-ческой цепочки все онкобелки могут быть подразделены следующим образом.
1. Онкобелки-гомологи факторам роста (c-sis, int-r, k-fgt и др.). Большинство опухолей, продуцирующих онкобелки-гомологи факторов роста, способны к стимуляции собственного роста по аутокринному и паракринному путям.
2. Онкобелки-гомологи рецепторам к факто
рам роста (c-erbB, c-erbA и др.). Для этой груп
пы белков типичны структурные нарушения или
повышенная экспрессия, обеспечивающая усилен
ное деление опухолевых клеток.
Мутации в некоторых тирозинкиназных онко-белках-рецепторах могут приводить к формированию активных форм, не нуждающихся в активации соответствующими лигандами. Подобные мутации, например, обнаружены в ret гене при MEN2A и MEN2B, а также в папиллярных карциномах щитовидной железы.
Повышение экспрессии наиболее характерно для группы онкобелков, гомологичных рецептору эпидермального фактора роста (повышение экспрессии c-erb В 1 отмечается практически во всех случаях плоскоклеточного рака легкого, a c-erb В-2, имеющий также название с-пеи, — в адено-карциномах молочной железы, яичника, легкого, желудка и др.).
3. Онкобелки, передающие ростовой сигнал.
Они подразделяются на две подгруппы:
а) белки, связывающие ГТФ (белки семейства
c-ras и аналоги G-белка);
б) тирозинкиназные белки, не входящие в со
став рецепторов (c-src,c-fps, c-fes, c-abl, c-met).
4. Онкобелки, передающие ростовые сигналы
на ДНК (c-fos, c-jun, c-myc и др.).
5. Циклины и циклинзависимые киназы, регу
лирующие прохождение клеткой клеточного цикла.
Неактивные циклинзависимые киназы активируются соответствующими циклинами, синтезирующимися на определенных фазах митотического цикла. Например, d-циклин регулирует переход от Gj- к S-фазе путем активации 4 и 6 циклинза-висимых киназ.
Для того чтобы стимулировать пролиферацию клеток, протоонкогены должны превратиться в клеточные онкогены. Известны четыре основных механизма активации протоонкогенов:
1) инсерционная активация — активация под
действием встроенных в геном генов (вирусных);
2) активация при транслокации участка хро
мосомы с встроенным в него протоонкогеном;
3) активация путем амплификации (умноже
ния копий) протоонкогена;
4) активация при точковых мутациях протоон
когенов.
Инсерционная активация происходит при участии РНК и реже ДНК вирусов, которые могут встраиваться в геном клетки и своими генами модулировать активность близлежащих клеточных генов, среди которых могут оказаться протоонкогены. Ретровирусы могут быть носителями вирусного онкогена или энхансера, выполняющих роль активаторов онкогенов.
Транслокация участков хромосом в клетках может приводить к контакту протоонкогенов с сильными энхансерами, как это происходит при лимфоме Беркитта и хроническом миелолейкозе человека.
При лимфоме Беркитта наблюдается реци-прокная транслокация участков 8-й и 14-й хромосом. В результате участок хромосомы 8q24, содержащий с-тус, транслоцируется на участок 14-й хромосомы 14q32 в зону действия гена тяжелых цепочек иммуноглобулинов. В 10% случаев происходит другой вариант реципрокной транслокации со встраиванием участка 8q24, несущего с-тус во 2-ю хромосому, вблизи генов легких цепочек иммуноглобулинов. Активные гены иммуноглобулинов выступают в роли энхансеров по отношению к клеточному онкогену с-тус.
Хронический миелоидный лейкоз человека характеризуется специфическим генетическим дефектом — филадельфийской хромосомой, которая образуется в результате реципрокной транслокации между 9-й и 22-й хромосомами. Участок 9-й хромосомы, несущий протоонкоген с-аЫ, оказывается на фрагменте 22-й хромосомы, где формируется новый ген-гибрид c-abl-bcr, белковый продукт которого обладает тирозиназной активностью.
Амплификация клеточного онкогена проявляется в увеличении числа его копий и может захватывать как отдельные гены, так и целые участки хромосом. При этом могут появляться добавочные мелкие хромосомы.
Амплификация описана для с-тус и c-ras семейств клеточных онкогенов при раке легкого, мочевого пузыря, толстой кишки, поджелудочной железы. Амплификация N-myc найдена в человеческой нейробластоме в 38% случаев и коррелирует с плохим прогнозом для жизни больных. Амплификация с-пеи, онкобелок которого гомологичен рецепторам к эпидермальному фактору роста, является плохим прогностическим фактором при раке молочной железы.
Накопление в клетках карциномы онкопроте-ина с-пеи приводит к усиленному связыванию ростовых факторов, которые синтезируются самими же опухолевыми клеткми (TGF-a), что стимулирует рост опухоли по аутокринному механизму.
Антионкогены, или гены супрессоры рака. В геноме клеток обнаруживаются гены, которые, напротив, тормозят пролиферацию клеток и обладают антионкогенным действием. Потеря клеткой таких генов может приводить к развитию рака.
Наиболее изученными антионкогенами являются р53 и Rb (retinoblastoma gene). Потеря Rb обнаруживается в редко встречаемой детской опухоли ретинобластоме (частота ретинобластомы — 1 на 20 000 детей); 60% ретинобластом развиваются спорадически, а 40% описываются как наследственные опухоли с аутосомно-доминантным типом наследования.
В случаях наследственного дефекта Rb нормальный ген отсутствует только на одной аллели. Вторая аллель остается сохранной, поэтому опухоль может развиться только при одновременном повреждении второго сохранного гена Rb. В случае спонтанно развившейся ретинобластомы потеря Rb затрагивает сразу обе аллели.
Молекулой 1995 г. назван ген супрессор р53. Существует две формы антионкогена р53: «дикая» (неизмененная) и мутированная. В опухолевых клетках при многих типах рака обнаруживается накопление мутированной или «дикой» формы р53 в избыточном количестве, что отрицательно действует на регуляцию клеточного цикла, в связи с чем клетка приобретает способность к усиленной пролиферации.
Регуляция роста опухоли с помощью р53 осуществляется благодаря усилению или ослаблению им апоптоза. Активация р53 на фоне активации клеточных онкогенов c-fos и с-тус приводит опухолевые клетки к смерти, что и наблюдается при действии на опухоль химиопрепаратов и радиации.
Мутации р53 или инактивация его другими способами на фоне усиления экспрессии c-fos, с-тус и ecl-2, наоборот, заканчивается усилением пролиферации клеток и злокачественной трансформацией.
Патология апоптоза при опухолевом росте
Апоптоз — это генетически запрограммированная смерть клеток в живом организме. Некроз и апоптоз являются двумя разновидностями смерти клеток.
Встает вопрос, что же общего и каковы различия между этими процессами? Общим является то, что и тот, и другой процесс связаны с прекращением жизнедеятельности клеток. Кроме того, оба эти процесса встречаются как в норме, так и при патологии, хотя в разных ситуациях.
Основная биологическая роль апоптоза в норме — установление нужного равновесия между процессами пролиферации и гибели клеток, что в одних ситуациях обеспечивает стабильное состояние организма, в других — рост, в третьих — атрофию тканей и органов (рис. 1).
В норме апоптоз имеет место в ходе эмбриогенеза на стадиях преимплантации, имплантации плодного яйца и органогенеза. Исчезновение клеток путем апоптоза хорошо документировано при инволюции протоков мюллерова (парамезонефри-ческого) и вольфова (первичной почки), а также межпальцевых перепонок, при формировании просветов в полостных органах (например, в сердце). Апоптоз наблюдается при атрофии зрелых тканей под влиянием или при отмене эндокринных стимулов при росте и старении организма.
Рис. 1. Взаимоотношения между апоптозом и пролиферацией
В качестве примеров можно привести возрастные атрофию тимуса, инволюцию ткани эндометрия и предстательной железы, молочных желез после прекращения лактации. Классическим примером может служить апоптоз В- и Т-лимфоцитов после прекращения на них стимулирующего действия соответствующих цитокинов при завершении иммунных реакций.
Велико значение апоптоза и в патологии. Процессы атрофии тканей и органов обязаны апопто-зу клеток. Апоптоз клеток воспалительного инфильтрата наблюдается в очагах иммунного (лимфоциты) и гнойного (полиморфно-ядерные лейкоциты) воспаления. Он развивается в корковых клетках тимуса при воздействии кортикостероид-ных гормонов и формировании иммунологической толерантности.
Большое значение апоптоз имеет при опухолевом росте и может быть искусственно усилен хи-миотерапевтическими и лучевыми воздействиями на опухоль.
Отличия апоптоза от некроза связаны с различиями в их распространенности, генетическими, биохимическими, морфологическими и клиническими проявлениями.
Как правило, апопотоз — это «самоубийство» клетки, а некроз — гибель клетки в ответ на действие повреждающего фактора или ее «убийство». Механизмы некроза и апоптоза также кардинально отличаются между собой. Некроз связан с разрушением клеточных мембран, прежде всего мембран лизосом, что приводит к активации лизосо-мальных ферментов, их выходу из лизосом и перевариванию содержимого клеток. Апоптоз осуществляется путем активации особых эндонукле-аз, расщепляющих ДНК ядер в области нуклео-сом на фрагменты.
Апоптоз возникает в клетках при определенных генетических перестройках, которые во многом еще недостаточно изучены. При апоптозе усиливается экспрессия генов, контролирующих пролиферацию и дифференцировку клеток из группы клеточных онкогенов (c-fos, с-тус, семейства bcl), антионкогенов (р53), циклинов и некоторых прочих генов.
Активация клеточных онкогенов должна вести к усилению пролиферации клеток, однако при одновременной активации антионкогена р53 обычно наступает апоптоз.
Описанные взаимоотношения между генами демонстрируют возможность координации процессов пролиферации и гибели клеток, заложенной в их генетическом аппарате. В отличие от некроза, инициирующего развитие воспалительной реакции, апоптоз завершается фагоцитозом погибших клеток или их частей.
Существенным отличием является то, что некроз может захватывать территорию начиная от части клетки до целого органа. Апоптоз распространяется всегда только на отдельные клетки или их группы.
При опухолевом росте апоптоз имеет некоторые особенности, наиболее полно изученные нами при раке легкого (Коган Е.А. и др., 1999). Установлена патология апоптоза в виде его «незавершенности» — отсутствия фагоцитоза погибших опухолевых клеток и их частей. Это приводит к образованию и накоплению постапоптозно-го детрита в опухолях, который может подвергаться в дальнейшем аутолизу — постапоптозно-му некрозу.
Незавершенность апоптоза при опухолевом росте может таить в себе опасность стимулирования роста опухоли, поскольку постапоптозный детрит, аккумулирующий в себе множество факторов роста, клеточных онкогенов и цитокинов, может служить мощным триггером деления клеток (рис. 2).
