Молекулярные основы канцерогенеза
Развитие опухолей — результат возникновения мутаций в соматических клетках, происходящих при повреждении молекул ДНК. Это заключение подтверждают следующие факты:
· наличие корреляций определённых хромосомных мутаций с типами опухолей;
· развитие опухолевого фенотипа в клетках при трансфекции в них онкогенных вирусов;
· обнаружение мутагенных свойств у большинства известных канцерогенных агентов.
Развитие опухолей — результат влияния разнообразных канцерогенных агентов с разными механизмами действия (рис. 7-1). Объяснение этому было дано лишь в последние десятилетия, когда рак стали рассматривать как генетическое заболевание. Генетические перестройки под действием канцерогенных агентов возможны как в соматических, так и в половых клетках. Мишени канцерогенных агентов:
· протоонкогены, регуляторы пролиферации и дифференцировки клеток;
· гены — супрессоры опухолей (антионкогены), ингибирующие пролиферацию клеток;
· гены, участвующие в апоптозе клеток;
· гены, отвечающие за репарацию ДНК;
· гены-мутаторы;
· теломераза.
Генетическая индивидуальность опухолей проявляется как в молекулярных механизмах канцерогенеза, так и в прогрессии опухоли. Согласно теории «Gatekeeper», объясняющей феномен органоспецифичности опухолей, в опухолевом росте участвуют три группы генов: gatekeepers, caretakers, guardsmen.
|
|
|
· Gatekeepers —ключевые тканевые гены, потеря или мутации в них приводят к развитию наследственной и спонтанной неоплазии в опреде
Рис. 7-1.Молекулярные основы канцерогенеза и морфогенез опухолевого роста
лённых органах. К таким тканевым генам относят Rb1, APC, NF1, MTNI, VCT, PCT.
· Caretakers — гены антибластомной защиты сразу для нескольких типов тканей, обычно связанные с синтезом и репарацией ДНК. Изменения защитных генов характерны для наследственных опухолей и опухолевых синдромов.
· Guardsmen — гены, обеспечивающие автономный рост. Неспецифичны для определённых типов опухолей, определяют предрасположенность к их развитию.
Клеточные онкогены –промоторы
опухолевого роста
Представление о канцерогенезе в настоящее время связывают с возможностью канцерогенных агентов вызывать повреждения генома клеток, приводящие к активации клеточных онкогенов и/или инактивацию антионкогенов. Связь канцерогенеза с этими генами не случайна, так как именно они участвуют в регуляции клеточного цикла, контролируют пролиферацию и дифференцировку клеток.
В 1976 г. у птиц, а в 1978 г. у млекопитающих был обнаружен участок ДНК, гомологичный вирусным онкогенам. В активном состоянии такие участки называют клеточными онкогенами, в неактивном — протоонкогенами.
|
|
|
Протоонкогены — нормальные гены клеток. В зрелых тканях они, как правило, неактивны. Активация протоонкогенов и превращение их в клеточные онкогены происходят при опухолевом росте, а также в ходе эмбриогенеза. Активация ряда клеточных онкогенов возможна при пролиферации и дифференцировке клеток в очагах репаративной регенерации.
Клеточные онкогены кодируют синтез белков, называемых онкобелками (онкопротеинами). Многие известные онкопротеины участвуют в передаче сигналов от клеточной мембраны к определённым генам клеток. Это значит, что большинство факторов роста и других цитокинов в той или иной степени могут взаимодействовать с онкобелками.
По функциональной активности и структурному сходству с элементами сигнальной митогенетической цепочки все онкобелки (рис. 7-2) делят на гомологи факторов роста, гомологи рецепторов к факторам роста, связанные с работой рецепторов, аналоги G-белка, протеинкиназные белки, а также онкобелки, передающие ростовые сигналы на ДНК.
Для того чтобы стимулировать пролиферацию клеток, необходимо превращение протоонкогенов в клеточные онкогены. Основные механизмы активации протоонкогенов:
|
|
|
· инсерционная активация — активация под действием встроенных в геном генов (вирусных);
· активация при транслокации участка хромосомы с встроенным в него протоонкогеном;
· активация путём амплификации (умножения копий) протоонкогена;
· активация при точечных мутациях протоонкогенов (рис. 7-3).
Рис. 7-2.Распределение онкопротеинов в клетке
Инсерционная активация происходит при участии РНК-, реже ДНК-вирусов. Они могут встраиваться в геном клетки и своими генами модулировать активность близлежащих клеточных генов, в том числе протоонкогенов. Ретровирусы могут быть носителями вирусного онкогена или выполнять роль активаторов онкогенов (эннсеров).
Транслокация участков хромосом в клетках может приводить к контакту протоонкогенов с сильными эннсерами, например, при лимфоме Беркитта и хроническом миелолейкозе.
· Лимфома Беркитта. Наблюдают реципрокную транслокацию участков хромосом 8 и 14. В результате происходит транслокация участка хромосомы 8q24, содержащего c-myc, на участок хромосомы 14-14q32, в зону действия гена тяжёлых цепей иммуноглобулина. В 10% случаев возможен другой вариант реципрокной транслокации с встраиванием участка 8q24, несущего c-myc, в хромосому 2, вблизи генов лёгких цепей иммуноглобулина. Активные гены иммуноглобулина выступают в роли эннсеров по отношению к клеточному онкогену c-myc.
|
|
|
· Хронический миелоидный лейкоз человека. Характерен специфический генетический дефект — филадельфийская хромосома (результат реципрокной транслокации между хромосомами 9 и 22). Участок хромосомы 9, несущий протоонкоген c-abl, оказывается на фрагмен
Рис. 7-3.Механизмы активации протоонкогенов
фрагменте хромосомы 22. Там формируется новый ген-гибрид c-abl-bcr, его белок 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 возможно появление мелких добавочных хромосом. Амплификация описана для c-myc и c-ras при раке лёгкого, мочевого пузыря, толстой кишки, поджелудочной железы. Амплификация N-myc найдена при нейробластоме в 38% случаев и коррелирует с плохим прогнозом для пациентов. Амплификация c-neu, чей онкобелок гомологичен рецепторам к фактору роста эпидермиса, — неблагоприятный прогностический критерий при раке молочных желёз. Накопление в клетках карциномы онкопротеина c-neu приводит к усиленному связыванию факторов роста, синтезируемых самими опухолевыми клетками (ТФР-a), что стимулирует рост опухоли по аутокринному механизму.
Гены –супрессоры рака
В геноме обнаружены гены, тормозящие пролиферацию клеток и обладающие антионкогенным действием. Потеря клеткой таких генов может приводить к развитию рака. Наиболее изученные антионкогены — p53 и Rb.
· Ген Rb бывает утрачен при ретинобластоме (частота ретинобластомы — один случай на 20 тыс. детей). Около 60% ретинобластом развивается спорадически, а 40% относят к наследственным опухолям с аутосомно-доминантным типом наследования. При наследственном дефекте Rb второй аллель нормален, поэтому развитие опухоли возможно только при одновременном повреждении второго (нормального) гена Rb. При спонтанно развившейся ретинобластоме потеря Rb затрагивает сразу оба аллеля (рис. 7-4).
· Ген-супрессор p53 назван молекулой 1995 г. Существуют «дикая» (неизменённая) и мутированная формы антионкогена p53. В опухолевых клетках при многих типах рака обнаруживают накопление одной из этих форм p53 в избыточном количестве, что нарушает регуляцию клеточного цикла, и клетка приобретает способность к усиленной пролиферации (рис. 7-5).
Регуляция пролиферативной активности клетки с помощью p53 происходит через усиление или ослабление им апоптоза. Активация p53 на фоне активации клеточных онкогенов c-fos и c-myc вызывает гибель опухолевых клеток, что наблюдают при действии на опухоль химиопрепаратов и радиации. Мутации p53 или инактивация его другими способами на фоне усиления экспрессии c-fos, c-myc и bcl2, наоборот, приводят к усилению пролиферации клеток и злокачественной трансформации.
Рис. 7-4.Мутации гена Rb (супрессора рака) при развитии ретинобластомы
Гены –регуляторы апоптоза
Апоптоз — генетически запрограммированная смерть клеток в живом организме происходит и при опухолевом росте. Апоптоз в опухолях может быть спонтанным и индуцированным различными воздействиями. Из известных генов — регуляторов апоптоза наиболее изучены клеточные онкогены семейства bcl2, c-myc и ген-супрессор p53. Гиперэкспрессия bcl2 в опухолевых клетках предохраняет их от апоптоза, поддерживая рост опухоли. Подобные изменения обнаружены, например, в B-клеточной фолликулярной лимфоме, мелкоклеточном раке лёгкого. При этом гиперэкспрессия bcl2 в B-клеточной лимфоме обусловлена транслокацией t (14;18) в зону локуса активных генов, регулирующих синтез тяжёлых цепей иммуноглобулина. Другой пример — гиперэкспрессия мутантного p53 при раке лёгкого, не способного вызвать апоптоз опухолевых клеток и, напротив, стимулирующего их пролиферацию.
Рис. 7-5.Контроль клеточного цикла геном-супрессором рака p53
Гены репарации ДНК
Гены, отвечающие за репарацию повреждённой ДНК, — основной фактор антибластомной защиты, работающий на уровне генома клетки. Значение их велико, поскольку они регулируют восстановление нормальной структуры ДНК, повреждённой при пролиферации клеток или действии канцерогенных агентов. Потеря, мутации или наследственный дефект генов репарации ДНК приводят к накоплению мутаций в геноме и злокачественной трансформации клеток. Подобные ситуации описаны при ряде наследственных заболеваний: неполипозном раке толстой кишки, пигментной ксеродерме, синдроме Блума, анемии Фанкони и атаксии-телеангиэктазии (см. ³).
Основные свойства опухолей
Основные свойства опухолей — автономный рост, нарушение митоза и апоптоза, наличие атипизма, способность к прогрессии и метастазированию (см. ³).
Автономный рост
Для автономного роста опухоли характерно отсутствие контроля за пролиферацией и дифференцировкой клеток со стороны организма-опухоленосителя. Это не означает, что в организме царит пролиферативный хаос. Клетки опухолей переходят на аутокринный или паракринный механизм регуляции роста.
· Аутокринная стимуляция опухоли. Опухолевая клетка сама синтезирует факторы роста, или онкобелки — аналоги факторов роста, а также их рецепторы, или онкобелки — аналоги рецепторов факторов роста. Например, клетки мелкоклеточного рака лёгкого синтезируют бомбезин и одновременно рецепторы к нему. При этом происходит и паракринная стимуляция, поскольку бомбезин может взаимодействовать с соседними клетками.
· Паракринная стимуляция опухоли. Яркий пример — синтез инсулиноподобного фактора роста II (соматомедина) фибробластами стромы рака лёгкого. При этом соматомедин взаимодействует с рецепторами раковых клеток и стимулирует их пролиферацию. Автономный рост опухоли означает утрату контактного торможения и иммортализации (приобретение бессмертия) опухолевыми клетками, что объясняют переходом клеток на аутокринный и паракринный пути регуляции роста.
Автономность опухоли относительна, поскольку опухолевая ткань постоянно получает от организма с током крови питательные вещества, кислород, гормоны, цитокины. Кроме того, она испытывает влияния иммунной системы и окружающей неопухолевой ткани. Таким образом, автономность опухоли — не полная независимость опухолевых клеток от организма, а приобретение ими способности к самоуправлению.
В злокачественных опухолях автономный рост значительно выражен, и они растут быстро, прорастая прилежащие нормальные ткани. В доброкачественных опухолях автономность выражена крайне слабо, они могут подчиняться регуляторным воздействиям, растут медленно, не прорастая соседние ткани.
Патология митоза и апоптоза
Для опухолевой ткани характерна патология митоза, выявляемая гистологически и цитологически, а также при проточной цитофотометрии. Митотический цикл, как и в нормальных клетках, состоит из пяти фаз (G0, G1, S, G2, M). Длительность митотического цикла в опухолевых клетках, как правило, равна или больше, чем в гомологичных зрелых неопухолевых клетках. Однако фракция делящихся клеток в опухолевой ткани значительно выше (около 20% клеток).
Нарушение регуляции митоза и апоптоза в опухолевых клетках вызывает их дисбаланс. Дисбаланс между пролиферацией и спонтанным апоптозом существует в виде недостаточного и незавершённого апоптоза.
· Недостаточный апоптоз (по отношению к уровню пролиферации). Снижение уровня апоптоза способствует выживанию мутированных клеток и развитию опухолей, что наблюдают при мутациях p53 и в гормонально-зависимых карциномах молочной, предстательной железы, яичника. Недостаточный апоптоз «запрещённых» клонов активированных B-лимфоцитов, синтезирующих аутоантитела, может приводить к развитию аутоиммунных болезней.
· Незавершённый апоптоз при отсутствии фагоцитоза апоптозных телец, обнаруженный при раке лёгкого. Незавершённый характер апоптоза (без последующего фагоцитоза апоптозных телец) — проявление его патологии при опухолевом росте. Предполагают, что незавершённый апоптоз при раке лёгкого с последующим аутолизом апоптозных телец может ещё в большей степени стимулировать рост опухоли.
Таким образом, рост опухолевой ткани связан в основном с увеличением числа делящихся клеток, дисбалансом между митозом и апоптозом, незавершённым характером апоптоза.
Атипизм
Термин «атипизм» происходит от греч. atypicus — отклонение от нормы. Также используют понятия анаплазия (возврат к эмбриональному этапу развития) и катаплазия (уподобление эмбриональной ткани). Последний термин более правильный, так как при опухолевом росте возврата к эмбриональной ткани не происходит, хотя многие свойства опухолевой ткани сближают её с эмбриональной. В опухолях выделяют морфологический, биохимический, антигенный и функциональный виды атипизма.
Морфологический атипизм
Морфологический атипизм (атипизм структуры опухоли) означает, что ткань опухоли не повторяет строение аналогичной зрелой ткани, и клетки опухоли могут быть не похожи на зрелые клетки того же происхождения. Виды морфологического атипизма: тканевый и клеточный.
· Тканевый атипизм — изменение соотношения между паренхимой и стромой опухоли (чаще преобладание паренхимы), изменение величины и формы тканевых структур с появлением уродливых тканевых образований различной величины.
· Клеточный атипизм — появление полиморфизма клеток (как по форме, так и по величине), укрупнение ядер, имеющих часто изрезанные контуры, увеличение ядерно-цитоплазматического соотношения в пользу ядра, появление крупных ядрышек.
В результате патологических митозов видны опухолевые клетки с гиперхромными и гигантскими ядрами, многоядерные клетки, фигуры патологических митозов (рис. 7-6).
Злокачественным опухолям присущи оба типа морфологического атипизма. Существует положительная корреляция между степенью их выраженности и злокачественностью опухоли. Доброкачественным опухолям свойственен только тканевый атипизм, поскольку они построены из зрелых, дифференцированных клеточных элементов.
Структурные изменения затрагивают все компоненты опухолевой клетки: ядро, цитоплазму, мембраны, органеллы и цитоскелет. Это называют морфологическим атипизмом опухоли. Клеточный атипизм можно наиболее полно изучить с помощью электронной микроскопии.
· Ядра опухолевых клеток, как правило, увеличены, полиморфны, их контуры изрезаны, структура изменена, имеет неупорядоченно расположенный хроматин с конденсацией его в виде глыбок под кариолеммой. Увеличено относительное количество гетерохроматина, содержащего неактивную ДНК, по сравнению с эухроматином, построенным из активно транскрибируемой ДНК. Уменьшение содержания транскрибируемой ДНК, а следовательно, и активно работающих генов в опухолевой клетке означает, что функционально опухолевая клетка примитивна
Рис. 7-6.Клеточный атипизм. Окраска гематоксилином и эозином (´600)
(характерны в основном процессы роста и размножения). Увеличение размеров ядра происходит за счёт нарушения процессов эндоредупликации ДНК, полиплоидии, эндомитозов, удвоения хромосом.
В ядрах можно увидеть разнообразные включения: вирусные частицы, внутриядерные тельца, тубулярные структуры, пузырьки, выросты, карманы ядерной мембраны.
· Поверхность опухолевых клеток. Отмечают увеличение складчатости, появление микровыростов, пузырьков, иногда микроворсинок различной конфигурации и плотности. В области микроворсинок, вероятно, сконцентрированы рецепторы, способные воспринимать канцерогенные агенты.
· Эндоплазматическая сеть опухолевых клеток имеет разную степень развития.
· Митохондрии. Усиление анаэробного гликолиза вызывает уменьшение количества митохондрий, появление крупных и гигантских митохондрий с нарушенной ориентацией крист. Небольшое количество опухолей имеет высокое содержание митохондрий в цитоплазме (онкоцитомы, зернисто-клеточный почечно-клеточный рак).
· Цитоскелет опухолевой клетки. Характерна неупорядоченность расположения его компонентов. Микротрубочки образуют перинуклеарную сеть, а микрофиламенты в виде пучков обычно лежат под цитолеммой. Перестройки цитоскелета нарушают взаимодействие молекул адгезии (например, интегринов и кадгеринов), компонентов межклеточного матрикса. Это меняет межклеточные взаимодействия, обеспечивая процессы инвазивного роста и метастазирования.
Биохимический атипизм
Биохимический атипизм — метаболические изменения опухолевой ткани. Все перестройки метаболизма в опухоли направлены на обеспечение её роста и приспособление к относительному дефициту кислорода, возникающему при быстром росте опухоли. В опухолевых клетках обнаруживают усиленный синтез онкобелков, факторов роста и их рецепторов, синтез эмбриональных белков и рецепторов к ним, превращение опухолевых клеток в факультативные анаэробы, снижение содержания цАМФ и гистонов. Биохимический атипизм изучают с помощью гисто- и иммуногистохимических методов, поэтому его иногда называют гистохимическим атипизмом.
Антигенный атипизм
Антигенный атипизм опухоли связан с появлением в ней особых антигенов. Г.И. Абелев выделяет в опухолях следующие типы антигенов:
· антиген вирусных опухолей — для любых опухолей, вызванных данным вирусом;
· антиген опухолей, вызванных канцерогенами;
· изоантигены трансплантационного типа (опухолеспецифичные);
· онкофетальные (эмбриональные) антигены (a-фетопротеин, раково-эмбриональный антиген и др.);
· гетероорганные антигены.
Наличие опухолеспецифических антигенов доказано как экспериментально, так и клинически. Экспериментально показана возможность отторжения опухолевого трансплантата организмом инбредных линий мышей, что исключает отторжение за счёт конфликта с антигенами гистосовместимости. Другое доказательство — обнаружение среди клеток воспалительного инфильтрата в опухолях цитотоксических T-лимфоцитов, способных взаимодействовать с клеткой-мишенью только при комплементарности по системе HLA. Такие T-клеточные инфильтраты обнаружены в меланомах. У человека опухолеспецифические антигены выявлены лишь в меланоме, нейробластоме, лимфоме Беркитта, остеогенной саркоме, раке толстой кишки, при лейкозах. Выявление этих антигенов иммунологическими и иммуногистохимическими методами широко используют в диагностике.
Таким образом, антигенный атипизм опухолей проявляется появлением опухолеспецифических, онкофетальных антигенов, утратой рядом опухолей антигенов гистосовместимости, тканеспецифических антигенов. Последнее приводит к развитию антигенонегативных опухолей и развитию толерантности к ним.
Функциональный атипизм
Функциональный атипизм — утрата опухолевыми клетками специализированных функций, присущих аналогичным зрелым клеткам и/или появление новой функции, не свойственной клеткам данного типа. Например, клетки низкодифференцированного скиррозного рака желудка вместо обычного секрета начинают усиленно синтезировать коллаген стромы опухоли.
Дата добавления: 2018-05-09; просмотров: 836; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!