Библиотека

Механизмы действия онкогенов и опухолевых супрессоров.
Обзор

Копнин Б.П.
НИИ канцерогенеза,
Российский Онкологический научный центр, РАМН,
115478, Москва, Каширское ш., 24;
факс: (095)324-1739;
электронная почта: kopnin@imb.ac.ru

Введение.

Канцерогенез - многоступенчатый процесс накопления мутаций и других генетических изменений, приводящих к нарушениям ключевых клеточных функций, таких как регуляция пролиферации и дифференцировки, естественной гибели клеток (апоптоз), морфогенетических реакций клетки, а также, вероятно, к неэффективному функционированию факторов специфического и неспецифического противоопухолевого иммунитета. Только совокупность таких изменений, приобретаемая, как правило, в результате довольно длительной эволюции неопластических клонов, в ходе которой происходит отбор клеток с необходимыми признаками, может обеспечить развитие злокачественного новообразования. Вероятность возникновения в одной клетке нескольких генетических изменений резко повышается при нарушениях работы систем, контролирующих целостность генома. Поэтому мутации, ведущие к генетической нестабильности, также являются неотъемлемым этапом опухолевой прогрессии. Более того, некоторые врожденные аномалии систем генетического контроля являются фактором, предопределяющим неизбежное возникновение новообразования: они настолько увеличивают вероятность появления в каждой клетке организма различных онкогенных мутаций, что у индивидуума раньше или позже в какой-то из клеток пролиферирующего клона под давлением отбора обязательно накопится необходимая совокупность изменений и образуется опухоль.

Значительный прогресс в понимании механизмов канцерогенеза связан с открытием сначала онкогенов и протонкогенов, а затем - опухолевых супрессоров и мутаторных генов. Онкогены - это клеточные или вирусные (вносимые вирусом в клетку) гены, экспрессия которых может привести к развитию новообразования. Протоонкогены - нормальные клеточные гены, усиление или модификация функции которых превращает их в онкогены. Опухолевые супрессоры (антионкогены, рецессивные опухолевые гены) - клеточные гены, инактивация которых резко увеличивает вероятность возникновения новообразований, а восстановление функции, наоборот, может подавить рост опухолевых клеток. Следует заметить, что причисляемые к опухолевым супрессорам так называемые "мутаторные" гены, т.е. гены, нарушения функции которых тем или иным способом увеличивает темп возникновения мутаций и/или других генетических изменений, могут и не влиять на рост неопластических клеток. Однако их инактивация столь сильно увеличивает вероятность появления различных онкогенных мутаций, что образование опухоли становится лишь делом времени.

Принадлежность к онкогенам или опухолевым супрессорам определяется несколькими критериями: а) закономерным характером изменений структуры и/или экспрессии данного гена в клетках определенных или различных новообразований; б) возникновением в юном или молодом возрасте определенных форм опухолей у индивидов с передающимися по наследству герминальными (т.е. произошедшими в половой клетке) мутациями данного гена; в) резким повышением частоты появления опухолей у трансгенных животных, либо экспрессирующих активированную форму данного гена - в случае онкогенов, либо несущих инактивирующие мутации ("нокаут") данного гена - в случае опухолевых супрессоров; г) способностью вызывать в культивируемых in vitro клетках морфологическую трансформацию и/или неограниченный рост (онкогены), либо подавление клеточного роста и/или выраженности признаков трансформации (опухолевые супрессоры).

Два последних десятилетия характеризовались бурным открытием все новых и новых онкогенов и опухолевых супрессоров. К настоящему времени известно около сотни потенциальных онкогенов (клеточных и вирусных) и около двух десятков опухолевых супрессоров. Были описаны генетические события, приводящие к активации протоонкогенов или инактивации опухолевых супрессоров [1-6]. Обнаружено, что механизм действия вирусных онкогенов связан с активацией клеточных протоонкогенов (ретровирусы) или инактивацией опухолевых супрессоров (ДНК-содержащие вирусы) [7-11]. Выявлены характерные для тех или иных форм новообразований человека изменения онкогенов и опухолевых супрессоров, в том числе высокоспецифичные аномалии, используемые для постановки диагноза [3,12] (табл. 1, 2).

Таблица 1.
Некоторые изменения протоонкогенов, характерные для новообразований человека

Протоонкоген Функция белка Изменения Новообразования*
RET (GDNF-R) рецепторная
тирозинкиназа
а) точечные активиру-ющие мутации;
б) рекомбинации, об-разующие химерные гены Ret/ptc, кодирую-щие постоянно акти-вированный рецептор
синдромы множественных эндокринных неоп-лазий (MEN2a, MEN2b), медуллярный* и папиллярный раки щитовидной железы
ERBB1 (EGF-R) рецепторная
тирозинкиназа
амплификация и гиперэкспрессия гена глиобластомы и другие нейрогенные опухоли
ERBB2 (HER2) рецепторная
тирозинкиназа
амплификация и/или гиперэкспрессия гена рак молочной железы
PDGF-Rb рецепторная
тирозинкиназа
хромосомные трансло-кации, образующие хи-мерные гены TEL/ PDGF-Rb, CVE6/PDGF-Rb , коди-рующие постоянно акти-вированные рецепторы хронический миеломоноцитарный лейкоз, острый миелобластный лейкоз
SRC нерецепторная
тирозинкиназа
мутации в кодоне 531, отменяющие негативную регуляцию киназной активности часть опухолей толстого кишечника на поздних стадиях
K-RAS, N-RAS,H-RAS участвует в передаче митогенных сигналов и регуляции морфогенети-ческих реакций мутации в кодонах 12,13,61, вызывающие образование постоянно активированной GTP-связанной формы Ras 60-80% случаев рака поджелудочной железы; 25-30% различных солидных опухолей и лейкозов
PRAD1/циклинD1 регулирует кле-точный цикл амплификация и/или гиперэкспрессия гена рак молочной и слюнных желез
C-MYC фактор транск-рипции, регу-лирует клеточ-ный цикл и активность теломеразы а) хромосомные транс-локации, перемещающие ген под контроль регуля-торных элементов генов иммуноглобулинов;
б) амплификация и/или гиперэкспрессия гена; мутации, стабилизирую-щие белок
а) лимфома Бэркита
б) многие формы новообразований
CTNNB1
(b-катенин)
а) транскрипци-онный фактор, регулирет c-MYC и циклин D1;
б) связываясь с кадхерином, уча-ствует в образо-вании адгезион-ных контактов
мутации, увеличиваю-щие количество несвя-занного с Е-кадхерином b-катенина, который функционирует как транскрипционный фактор наследственный аденоматозный полипоз толстой кишки; различные формы спорадических опухолей
BCL2 подавляет апо-птоз, регулируя проницаемость митохондриа-льных и ядер-ных мембран хромосомные трансло-кации, перемещающие ген под контроль регуля-торных элементов генов иммуноглобулинов фолликулярная лимфома
ABL регулирует клеточный цикл и апоптоз хромосомные трансло-кации, ведущие к обра-зованию химерных генов BCR/ABL, продукты ко-торых стимулируют пролиферацию клеток и подвляют апоптоз все хронические миелоидные лейкозы, часть острых лимфо-бластных лейкозов
MDM2 инактивирует р53 и pRb амплификация и/или гиперэкспрессия гена часть остеосарком и сарком мягких тканей

*Подчеркнуты наследственные формы заболеваний, возникающие при мутациях в половых клетках. В остальных случаях мутации происходят в соматических клетках, которые образуют опухоли.

Таблица 2.
Формы опухолей человека, возникающие при инактивации некоторых опухолевых супрессоров и мутаторных генов

Ген Функция белка Новообразования*
p53 транскрипционный фактор; регу-лирует клеточный цикл и апоптоз, контролирует целостность генома синдром Ли-Фраумени
и большинство форм спорадических опухолей
INK4a-ARF ингибирование Cdk4**, активация р53** наследственные меланомы и многие спорадические опухоли
Rb контролирует вход в S-фазу, регулируя активность фактора транскрипции E2F наследственные ретинобластомы и многие формы спорадических опухолей
TbR-II рецептор второго типа для цитокина TGF-b наследственные и спорадические раки толстой кишки
SMAD2, SMAD 3 передают сигнал от активированных рецепторов TGF-b к Smad4 рак толстой кишки, легкого, поджелудочной железы
SMAD4/DPC4 транскрипционный фактор; опос-редует действие цитокина TGF-b, приводящее к активации ингибито-ров Cdk - p21WAF1, p27KIP1, p15INK4b ювенильный гамартоматоз-ный полипоз желудка и кишечника; различные формы спорадических опухолей
Е-кадхерин участвует в межклеточных взаимо-действиях; инициирует передачу сигналов, активирующих р53, p27KIP1 наследственные раки желудка и многие формы спорадических опухолей
APC связывает и разрушает цитоплаз-матический b-катенин, препятству-ет образованию транскрипцион-ных комплексов b-катенин/Tcf наследственный аденома-тозный полипоз и спорадические опухоли толстой кишки
VHL подавляет экспрессию гена VEGF (фактора роста эндотелия сосудов) и других генов, активируемых при гипоксии синдром фон Хиппеля-Линдау (множественные гемангиомы); светлоклеточные карциномы почки
WT1 транскрипционный фактор; связываясь с р53, модулирует экс-прессию р53-респонсивных генов наследственные нефроблас-томы (опухоль Вилмса)
PTEN/MMAC1 фосфатаза; стимулирует апоптоз, подавляя активность PI3K-PKB/Akt сигнального пути болезнь Коудена, (множест-венные гамартомы); многие спорадические опухоли
NF1 (нейрофибромин) белок семейства GAP;переводит онкоген ras из активной в неактивную форму нейрофиброматоз первого типа
NF2(мерлин) участвует во взаимодействиях мембраны с цитоскелетом нейрофиброматоз второго типа; спорадические менинги-омы, мезотелиомы и др. опухоли
BRCA1 повышает активность р53 и других факторов транскрипции, связываясь с RAD51 участвует в узнавании и/или репарации повреждений ДНК наследственные опухоли молочной железы и яичников; различные формы спорадических опухолей
BRCA2 траскрипционный фактор с активностями гистоновой ацетил-трансферазы; связываясь с RAD51 участвует в репарации ДНК наследственные опухоли молочной железы и яичников; различные формы спорадических опухолей
MSH2, MLH1, PMS1, PMS2 репарация неспаренных участков ДНК (mismatch repair) неполипозный рак толстой кишки и яичников; многие спорадические опухоли

*Подчеркнуты наследственные формы заболеваний, возникающие при мутациях в половых клетках.
** Локус INK4a/ARF кодирует два белка: p16INK4a - ингибитор циклинзависимых киназ Cdk4/6 и p19ARF (Alternative Reading Frame) - продукт альтернативной рамки считывания, который, связывая р53 и Mdm2, блокирует их взаимодействие и препятствует деградации р53 [13, 14]. Делеции и многие точечные мутации в локусе INK4a/ARF вызывают одновременно инактивацию супрессорных активностей обоих этих белков [15].

Однако долгое время знания о каждом из онкогенов или опухолевых супрессоров представлялись дискретными, в значительной мере не связанными между собой. И лишь в самые последние годы стала вырисовываться общая картина, показывающая, что подавляющее большинство известных протоонкогенов и опухолевых супрессоров являются компонентами нескольких общих сигнальных путей, контролирующих клеточный цикл, апоптоз, целостность генома, морфогенетические реакции и дифференцировку клеток. Очевидно, изменения именно в этих сигнальных путях в конце концов и приводят к развитию злокачественных новообразований. Далее приведены сведения об основных мишенях действия онкогенов и опухолевых супрессоров.