Пред.
След.
Макеты страниц
Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO
ОНКОГЕНЫОнкогены — это участки ДНК (гены), функционирование которых приводит к опухолевой трансформации клеток. Открытие онкогенов имело большое значение для исследования фундаментальных механизмов канцерогенеза. Впервые онкогены были найдены в опухолеродных вирусах и идентифицированы как факторы, ответственные за процесс трансформации (вирусные онкогены). Онкогены вируса саркомы РаусаВ настоящее время исследована структура онкогена вируса саркомы Рауса и охарактеризован продукт этого онкогена. Геном данного ретровируса состоит из четырех генов:
Ген gag кодирует синтез вирусных группоспецифических антигенов, ген pol - специфическую для ретровирусов обратную транскриптазу, ген env-синтез некоторых гликопротеинов вирусной оболочки. Продуктом гена src, ответственного за трансформацию (возникновение саркомы), является тирозиновая протеинкиназа. Эти данные оказались чрезвычайно важными. Они продемонстрировали наличие специфического биохимического механизма, которым можно, хотя бы отчасти, объяснить плейотропный эффект ретровирусов при трансформации. Клеточные белки, изменение фосфорилирования которых, возможно, приводит к трансформации, еще предстоит идентифицировать. Одним из них, по-видимому, является винкулин—белок, найденный в адгезионных бляшках (структурах, участвующих в межклеточной адгезии). Изменением фосфорилирования винкулина адгезионных бляшек, возможно, следует объяснять округление клеток при трансформации, а также понижение клеточной адгезии к стеклу и другим клеткам (табл. 57.5). Мишенями тирозиновой протеинкиназы, кодируемой геном src, являются, по-видимому, некоторые глнколитические ферменты. Это согласуется с более высоким уровнем гликолиза, часто наблюдаемым в трансформированных клетках. Продукт гена src может также катализировать реакцию фосфорилирования фосфатидилинозитола, в результате образуется фосфатидилинозитолмоно- и бисфосфат. При гидролизе фосфатидилинозитол-4,5-бисфосфата фосфолипазой С образуются инозитолтрифосфат и диацилглицерол (см. гл. 44). Первое соединение участвует в качестве медиатора в высвобождении ионов Таблица 57.5. Изменения в культуре клеток, свидетельствующие об опухолевой трансформации (например, после инфекции опухолеродными вирусами). Решающий признак малигнизации — способность клеток образовывать опухоли при введении животным
Тирозиновая протеинкиназа в нормальных и опухолевых клеткахБлагодаря открытию тирозиновой протеинкиназы вируса саркомы Рауса стал интенсивно изучаться процесс фосфорилирования остатков тирозина в белках. Теперь известно, что тирозиновая протеинкиназа содержится во многих нормальных клетках. В большинстве таких клеток количество фосфотирозина мало, но при трансформации онкогенными вирусами, содержащими протеинкиназу, оно обычно повышается, хотя абсолютное количество остается невысоким (1% всех фосфорсодержащих аминокислот). Ряд рецепторов (например, фактора роста эпидермиса, инсулина, фактора роста из тромбоцитов) нормальных и опухолевых клеток обладает активностью тирозиновой протеинкиназы, которая усиливается при взаимодействии рецепторов со своими лигандами (см. ниже «Факторы роста»). Таким образом, тирозиновая протеинкиназа играет важную роль и в нормальных, и в трансформированных клетках. Онкогены других ретровирусовПомимо онкогенов вируса саркомы Рауса было обнаружено около 20 онкогенов других ретровирусов. Продукты примерно половины из них представляют собой протеинкиназы (в основном тирозинового типа). Некоторые вирусные онкогены и их продукты приведены в табл. 57.6. Часть из них кодирует протеинкиназы; однако целый ряд онкогенов детерминирует различные другие белки, обладающие биологической активностью. Продукт гена Таблица 57.6. Некоторые онкогены ретровирусов. (Modified and reproduced, with permission, from Franks L. М., Teich N. M. (editors). Introduction to the Cellular and Molecular Biology of Cancer, Oxford Univ. Press, 1986.)
ПротоонкогеныОсновной вопрос, который занимает исследователей со времени открытия вирусных онкогенов,— это вопрос об их происхождении. Опыты по гибридизации нуклеиновых кислот (см. гл. 36) показали, что нормальные клетки содержат последовательности ДНК, сходные (а возможно, идентичные) с вирусными онкогенами. Очевидно, в период внутриклеточного развития вирусы включают в свой геном клеточные гены. Их присутствие в геноме вирусов, по-видимому, обусловливает определенные селективные преимущества, связанные, например, с изменением характера роста трансформированных клеток. Последовательности клеточной ДНК, гомологичные вирусным онкогенам, были найдены во многих клетках эукариот; это значит, что они представляют собой важные компоненты нормальных клеток. Кроме того, соответствующие мРНК и кодируемые ими белки могут обнаруживаться на разных стадиях развития или жизненного цикла клеток. Такие гены нормальных клеток получили название протоонкогенов. Продукты протоонкогенов играют существенную роль в нормальной дифференцировке и других клеточных процессах. Онкогены опухолевых клетокОпыты с ДНК, выделенной из клеток опухолей, также свидетельствуют о существовании онкогенов. Метод обнаружения клеточных онкогенов получил название «переноса геиов» или «трансфекции». Он основан на том, что некоторые гены, присутствующие в опухолевых клетках, могут вызывать трансформацию «нормальных» клеток в культуре. Из опухолевых клеток выделяют ДНК, осаждают фосфатом кальция и добавляют к клеткам-реципиентам (обычно в этой роли выступает линия мышиных фибробластов Сокращенные названия клеточных и вирусных онкогеновОнкоген, содержащийся в опухолевых клетках, обычно обозначается в литературе «с-опс» (от cellular oncogene; например, Механизм превращения протоонкогенов в онкогеныМы обсудим пять механизмов, с помощью которых меняется экспрессия или структура протоонкогенов и, следовательно происходит их превращение в онкоген. Процесс, в результате которого транскрипция гена повышается (от нулевого или низкого уровня), называют активацией. Знание механизмов активации принципиально для понимания современного состояния проблемы канцерогенеза. А. Вставка промотора. Некоторые ретровирусы (например, вирусы лейкозов птиц) не содержат онкогенов, однако способны вызывать рак. При этом опухоли появляются через более длительный промежуток времени (через месяцы, а не дни, как в случае вирусов, содержащих онкогены). При инфицировании клеток этими вирусами и другими ретровирусами с вирусного РНК-генома с помощью обратной транскриптазы синтезируется копия ДНК (кДНК), которая встраивается в геном клетки-хозяина. Интегрированная двухцепочечная кДНК называется провирусом. Копии кДНК ретровирусов, подобно некоторым транспозонам (прыгающим генам), найденным в растениях и бактериях, содержат на обоих концах последовательности, называемые длинными концевыми повторами. Эти последовательности играют важную роль в механизме интеграции провируса и действуют как промоторы транскрипции (см. гл. 39). При инфицировании В-лимфоцитов кур некоторыми вирусами лейкоза птиц их провирусы встраиваются в районе гена Б. Вставка энхансера. Иногда провирус встраивается после гена туе или до него, но в обратной ориентации, тем не менее ген
Рис. 57.3. Схематическое изображение процесса активации протоонкогена в результате вставки промотора. А. Нормальная хромосома курицы содержит неактивный ген туе. Б. Вирус лейкоза птиц интегрирован в хромосоме в виде провируса в области, соседней с геном туе. Правый длинный концевой повтор провируса (LTR), содержащий сильный промотор, локализован до гена туе, активирует его, и в результате начинается транскрипция /иус-мРНК. Для простоты изображена лишь одна цепочка ДНК. В данном случае активацию нельзя объяснить вставкой промотора, так как последний должен находиться до гена, транскрипция которого усиливается, а последовательность должна иметь правильную ориентацию (от 5 к 3). Следовательно, активация объясняется, по-видимому, присутствием энхансеров в длинных концевых повторах ретровирусов (см. гл. 39 и 41). Приведенные два механизма (вставка промотора и энхансера) можно назвать обычными для вирусного канцерогенеза. В. Хромосомные транслокации. Как отмечалось ранее, во многих опухолевых клетках можно наблюдать хромосомные аномалии. Один из видов таких аномалий—транслокация. Суть ее состоит в том, что фрагмент одной хромосомы отщепляется и присоединяется к другой хромосоме. Если эта последняя хромосома в свою очередь отдает соответствующий фрагмент первой хромосоме, то происходит так называемая «реципрокная транслокация». В целом ряде опухолевых клеток найдены характерные транслокации. Например, при хроническом гранулоцитарном лейкозе в клетках можно обнаружить Филадельфийскую хромосому. В ее образовании участвуют хромосомы 9 и 22. Реципрокная транслокация выявлена у некоторых пациентов с лимфомой Беркитта — быстрорастущей опухоли В-лимфоцитов человека (рис. 57.5). Эта транслокация иллюстрирует механизм активации потенциальных клеточных онкогенов. В транслокации участвуют хромосомы 8 и 14. Фрагмент хромосомы 8, присоединяющийся к хромосоме 14, содержит ген туе. Как показано на рисунке 57.6, в результате такого перемещения (транспозиции) неактивный ген попадает под контроль энхансера, усиливающего транскрипцию генов, кодирующих тяжелые цепи иммуноглобулинов. В результате ген туе активируется. По-видимому, синтез больших количеств ДНК-связывающего белка, кодируемого геном туе, вызывает малигнизацию клеток, возможно влияя на регуляцию митозов. Этот механизм сходен с механизмом вставки энхансера, однако в рассматриваемом случае хромосомная транслокация (а не интеграция провируса) «ставит» протоонкоген (в данном случае туе) под контроль энхансера.
Рис. 57.4. Схематическое изображение процесса активации протоонкогена в результате вставки энхансера. А. Нормальная хромосома курицы содержит неактивный ген
Рис. 57.5. Схематическое изображение реципрокной транслокации, обнаруживаемой в клетках лимфомы Беркитта. Участвуют хромосомы 8 и 14. Конец Г. Амплификация генов. Амплификация некоторых генов (см. гл. 38) обнаружена в клетках ряда опухолей. Как выяснилось, ее можно вызвать введением противоопухолевого препарата метотрексата — ингибитора дигидрофолатредуктазы. В результате опухолевые клетки становятся резистентными к действию метотрексата. Причиной резистентности является амплификация гена дигидрофолатредуктазы, при этом активность фермента повышается примерно в 400 раз. Амплифицированные гены, имеющие суммарную длину 1000 т. п. н. или даже больше, выявляются в виде гомогенно окрашенных участков на соответствующих хромосомах. Амплифицированные гены могут обнаруживаться также в двойных минихромосомах, не содержащих центромер. В настоящее время исследуется связь гомогенно окрашенных участков и двойных минихромосом. Процесс амплификации, а следовательно, и активации, может затрагивать и некоторые клеточные онкогены. Имеются данные, позволяющие предполагать, что увеличение количества продукта некоторых онкогенов (например, Д. Точечные мутации. Онкоген
Рис. 57.6. Схематическое изображение процесса активации из нормальных клеток. Поскольку положение такой мутации варьирует, меняется и положение аминокислотной замены. Мутации Общие замечания относительно активации онкогеновИз пяти рассмотренных механизмов активации онкогенов в первых четырех (вставка промотора, вставка энхансера, хромосомные транслокации и амплификация генов) имеет место усиление транскрипции и вследствие этого повышение количества продукта онкогена. При этом его структура не меняется. Возможно, именно увеличения концентрации продукта оказывается достаточно, чтобы запустить процесс малигнизации клеток. Пятый механизм активации (точечные мутации) подразумевает изменение структуры продукта онкогена, при этом количество
Рис. 57.7. Схема механизмов, с помощью которых продукты онкогенов могут влиять на клеточный метаболизм и тем самым стимулировать рост. сАМР влияет на клеточные процессы, активируя сАМP-зависимые протеинкиназы. Тирозиновая протеинкиназа и протеинкиназа С могут активировать целый ряд белков-мишеней. На клеточные реакции влияют ионы его может не меняться. Таким образом, для процесса трансформации может оказаться достаточным наличие структурно аномального регуляторного белка. При обсуждении роли онкогенов в процессе возникновения злокачественных новообразований стоит иметь в виду, что онкогены выделены лишь из 15% опухолей человека. Возможно, в некоторых случаях активация онкогена — это следствие трансформации, а не причина ее. Участие онкогенов в развитии экспериментальных опухолей, вызванных химическими канцерогенами, лишь начинает изучаться. Так, недавно было показано, что при индукции опухоли молочной железы крысы нитрозометилмочевиной наблюдается активация гена с-ras, при этом выявлена мутация типа транзиции G->A. Этот факт свидетельствует о том, что онкогены участвуют в химическом канцерогенезе. Поскольку в данных экспериментах канцероген применяли однократно (без промотора), обнаруженная мутация могла быть компонентом стадии инициации химического канцерогенеза. Для выяснения возможной роли онкогенов в процессах инициации, промотирования, прогрессии опухолей и их метастазирования необходимы дальнейшие исследования. Механизмы действия онкогеновСуществуют по меньшей мере три механизма, с помощью которых онкогены стимулируют рост клеток (рис. 57.7). 1. Онкогены могут действовать на ключевые внутриклеточные процессы, участвующие в контроле роста клеток. При этом оказывается ненужным внешний стимул. Примерами могут служить продукт гена src, являющийся тирозиновой протеинкиназой, продукт гена ras, стимулирующий (опосредованно) активность аденилатциклазы, или продукт гена туе—ДНК-связывающий белок. В каждом из этих примеров онкоген может оказывать воздействие на процесс митоза (продукты первых двух онкогенов путем влияния на фосфорилирование ключевых регуляторных белков). Существенный пробел в нашем понимании процесса клеточного роста состоит в том, что очень мало известно о молекулярных аспектах регуляции митоза даже в нормальных клетках. 2. Продукты онкогенов могут имитировать действие полипептидных факторов роста. 3. Продукты онкогенов могут имитировать ситуацию, возникающую при взаимодействии рецептора с соответствующим фактором роста.
|
1 |
Оглавление
|