 |
Глава 21. Рак как генетическая болезнь
|
|
|
|
Краткий очерк развития генетики рака
В настоящее время не вызывает сомнения тот факт, что рак - это генетическая болезнь, в основе которой лежат изменения в геноме клетки. То есть это болезнь, связанная с потерей, повреждением, активацией, или, наконец, привнесением извне определенных генов.
Развитие теории канцерогенеза проходило длительное время, в несколько этапов, и характеризовалось прогрессирующим усилением генетического паттерна. Развитие наиболее значимых концепций канцерогенеза – гормонально метаболической, иммунологической, вирусной и др., закономерно привело к пониманию того, что рак является, по существу, генетической болезнью. Именно генетическая методология позволила придать теоретическую форму представлениям об опухолевом росте. Хотя, несмотря на все успехи, полнота этих представлений весьма относительна.
Мутационная теория возникновения рака была предложена еще в начале прошлого века Т. Бовери (Boveri, 1914; http://www.springerlink.com/content/vmgurbhwpyvt1kwu/fulltext.html#N344). Он впервые в 1914 году высказал мысль о возможном участии потери хромосом в развитии рака (http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/69883/%D0%91%D0%BE%D0%B2%D0%B5%D1%80%D0%B8). В основе его теории лежали цитогенетические исследованиях нарушения хромосомного аппарата опухолевых клеток – Бовери показал, что в раковых тканях присутствует большое количество клеток с аномалиями кариотипа.
Более полный вариант мутационной теории рака был сформулирован Бауером К.Х. в 1928 году, фактически на заре генетики (Bauer,1928) Согласно Бауеру, "не существует наследственной передачи рака в точном смысле этого выражения. … Речь идет о наследовании склонности тканей образовывать опухоли при определенных внешних условиях". Эта склонность появляется вследствие возникновения в тканях соматических мутаций, которые могут быть очень разнообразными и включают как генные, так и хромосомные изменения" (Горбунова, Имянитов, 2007). Несмотря на то, что в 1929 году было показано, что в раковых клетках значительно выше частота аномалий кариотипа, эти представления отошли на второй план и на десятки лет уступили место другим гипотезам.
|
|
|
Первое серьезное достижение молекулярной генетики рака было связано с изучением вируса саркомы Рауса. Примечательно, что сообщение о том, что развитие этого заболевания связано с заражением кур вирусом, было сделано Френсисом Раусом (http://www.vira-ss.narod.ru/nobel.html) еще в 1911 году, но только в 60-е годы его точка зрения стала общепринятой, а работа удостоена Нобелевской премии (http://www.diclib.com/cgi-bin/d1.cgi?l=ru&base=bse&page=showid&id=60922)
В 70-е годы прошлого века было показано, что способность вируса к злокачественной трансформации определяется наличием всего одного гена, названного онкогена src. Позже установили, что аналогичный характер наследования характерен для большинства онкогенных вирусов.
Геном вируса саркомы рауса представлен РНК. Развитие методов анализа нуклеиновых кислот привело к появлению техники гибридизации (http://medbiol.ru/medbiol/har/0019438a.htm).
Появилась возможность искать аналоги вирусных онкогенов в геномах других организмов. Оказалось, что они встречаются достаточно часто. В геноме человека присутствуют гомологи всех вирусных онкогенов. Дальнейшие исследования показали, что эти гомологи контролируют важнейшие этапы жизни клетки, такие как пролиферация, дифференцировка, клеточный цикл и др. В клетках человека присутствуют десятки онкогенов, не все из которых связаны с вирусными онкогенами. Безусловным достижением стало открытие факта активации онкогенов в опухолях. Оказалось также, что вирусные онкогены не являются точными копиями клеточных онкогенов. Они несут многочисленные мутации, в том числе и довольно протяженные хромосомные перестройки. Именно эти изменения определяют трансформирующую способность вирусных онкогенов.
|
|
|
Таким образом, в результате разработки метода гибридизации нуклеиновых кислот было открыто, что все вирусные онкогены имеют гомологи в составе генома человека. Они ответственны за пролиферацию, дифференцировку, контроль клеточного цикла.
Доказательство определяющей роли мутагенеза в формировании онкогенности стало важной вехой мутационной теории рака. Именно эти представления послужили основой открытия антионкогенов. В 80-е годы XX века было установлено, что практически каждая опухоль, кроме мутаций в онкогенах, содержит множественные мутации в так называемых антионкогенах. Эти мутации могут быть как точковыми, так и делеционной природы. Предполагается, что инактивирующие мутации в генах супрессирующих развитие опухолей встречаются гораздо чаще, чем доминантные мутации, активирующие онкогены.
Открытие протоонкогенов и генов-супрессоров послужило прямым доказательством мутационной природы рака. Было показано, что изменение их структуры и экспрессии за счет различных мутационных процессов приводит к злокачественной трансформации (Rayter et al., 1989).
Благодаря развитию молекулярной медицины в 90-х гг. было доказано, что рак относится к генетическим мультифакторным заболеваниям. Было накоплено огромное количество фактов, которые свидетельствовали о мутационной природе рака. Прежде всего, это мутагенность практически всех известных физических и химических канцерогенов (Ауэрбах, 1978).
Был осуществлен перенос трансформированного фенотипа с помощью ДНК от злокачественных клеток (спонтанно и химически трансформированных) и опухолей в нормальные (Perucho et al., 1981; Shin et al., 1979). Существование тесной взаимосвязи темпов спонтанного возникновения генных мутаций и отдельных признаков злокачественнной трансформации стало доказательством мутационного происхождения последних (Varshaver et al., 1983; Bellett et al., 1979).
К началу 90-х гг. в онкологии сложилась точка зрения, согласно которой причиной возникновения большинства опухолей считается сочетание мутаций в онкогенах и антионкогенах. Как полагает современная наука, минимум 5-9 мутаций необходимо в различных онкогенах и антионкогенах, чтобы возник трансформированный клеточный клон (Kinzler, Vogelstein, 1997). При частоте мутирования, равной 10-6-10-5, характерной для нормальных соматических клеток, злокачественная трансформация была бы практически невероятным событием. Очевидно, чаще всего подобные мутации возникают последовательно и вне зависимости друг от друга. Это предопределяет путь развития заболевания и приводит к завершению процесса начавшейся неоплазии. По всей видимости, на каком-то этапе трансформации опухолевый клон приобретает свойство геномной нестабильности, т.е. способность к ускоренному мутагенезу. При этом с каждой новой мутацией происходит как бы последовательное "клонирование" трансформированных клеток с наращиванием потенциала их канцерогенности.
|
|
|
Проверка достаточно логичного предположения о том, что на каком-то этапе трансформации опухолевый клон приобретает гипермутабильный фенотип, стала одним из основных направлений молекулярной генетики рака в 90-е годы прошлого века. Исследования подтвердили существование генетической нестабильности опухолей - этот феномен продолжает интенсивно изучаться и в настоящее время.
Таким образом, во многом благодаря успехам генетики, молекулярная онкология вошла в XXI век вооруженная достаточно четкими представлениями о патогенезе новообразований. Молекулярно-генетические изменения, ведущие к развитию неоплазм, сводятся к трем последовательно реализующимся компонентам: 1) активация онкогенов; 2) инактивация опухолевых супрессоров; 3) развитие геномной нестабильности. Такое развитие событий определяет характерное для опухолей разнообразие генетических повреждений.
Семейные случаи рака
В большинстве случаев хромосомные мутации возникают в одной клетке спонтанно, под влиянием факторов внешней среды. Дальнейшее бесконтрольное деление этой клетки приводит к возникновению раковой опухоли. Случаи такого рака называются спорадическими, они не связаны с наследственностью. Спорадические формы рака встречаются с существенно большей частотой.
|
|
|
Известно, что некоторые формы злокачественных опухолей могут изредка возникать у нескольких членов одной семьи. Это касается и раковых опухолей плотных тканей и опухолевых заболеваний кроветворной системы. Когда измененные хромосомы унаследованы при рождении и присутствуют в каждой клетке тела человека, такая форма рака называется наследственной.
Семейная форма рака обнаруживается у членов одной семьи и вероятность возникновения заболевания у здоровых членов семьи в несколько раз выше, чем в случае спорадического рака. Заболевание показывает четкую наследственную картину.
Заранее узнать, кто из родственников – носитель мутантных генов, невозможно, - только половина родственников являются носителями мутаций того или иного гена. Все члены таких семей составляют группу повышенного риска. Ранее "семейную онкологию" связывали с многочисленными факторами, включающими канцерогены, ионизирующее облучение, экологические воздействия или вирусы, вызывающими опухоли. Однако научно-экспериментального подтверждения теории, связанные с этими факторами, не взирая на длительное и кропотливое обследование членов таких семей, не получили.
Достижения молекулярной биологии привели к открытию наследственных генетических дефектов, которые приводят к развитию рака.
К наследственным опухолевым синдромам относятся те заболевания, которые характеризуются 80-100% риском появления новообразований. К характерным особенностям наследственных злокачественных опухолей относится вероятность их возникновения в раннем периоде онтогенетического развития. Семейные случаи заболевания раком составляют всего лишь несколько процентов от всех пациентов онкологических клиник.
Наследственные опухолевые синдромы можно условно отнести к двум группам. Это редкие болезни, при которых опухоли не являются главными клиническими проявлениями; и "семейные раки" с довольно высокой встречаемостью. При этом развитие опухолей в каждом случае идет одинаковым путем и обусловлено наследованием гетерозиготных инактивирующих мутаций в супрессорных генах.
К наиболее хорошо изученным редким наследственным злокачественным опухолям и наследственным синдромам относятся ретинобластома, нефробластома (опухоль Вилмса), семейный аденоматозный полипоз толстой кишки, синдром Линча и синдром Ли-Фраумени. В настоящее время они составляют менее 1% в структуре онкологической заболеваемости. К опухолям детского возраста, которые характеризуется семейным распространением, относятся ретинобластома, нефробластома (опухоль Вилмса) (Райхман, http://www.all-about-cancer-prevention.com/nas_2.html). Широко распространен множественный полипоз толстого кишечника – в его процессе происходит постепенное злокачественное перерождение многочисленных полипов; медуллярный рак щитовидной железы. Рак молочных желез встречается среди наиболее близких родственников больной (сестер, матери, дочерей). Опухолевые синдромы молочной железы и толстой кишки составляют долю, равную 5-8 % в общем числе новообразований (Имянитов, Хансон, 2007).
|
|
|
Семейные случаи злокачественных заболеваний однородны по составу мутаций, повреждающих гены-супрессоры. В связи с этим они легко поддаются ранней диагностике и даже профилактическому лечению.
Каковы же механизмы передачи предрасположенности к определенному виду опухолей? Все дело в существовании рецессивных онкогенов. Если в соматической клетке поврежден один аллель подобного гена, клетка остается фенотипически нормальной. Если же произошла мутация и в материнской и в отцовской копии, клетка приобретает черты злокачественной трансформации. Что произойдет, если мутация одного из аллелей рецессивного онкогена передастся пациенту через гаметы? Все соматические клетки будут иметь лишь одну "здоровую" копию. Повреждение оставшегося интактного аллеля всего лишь в одной из миллионов клеток органа-мишени приведет к возникновению клона с потенциями к злокачественному росту.
Важно то, что если на уровне клетки подобные нарушения носят рецессивный характер, то на уровне организма наследование происходит по доминантному типу. Носительство зародышевых раковых мутаций бывает лишь гетерозиготным. По всей видимости, аналогичные гомозиготные состояния и нормальное развитие эмбриона попросту несовместимы (Имянитов и др., 1993, Имянитов, Хансон, 2007; Caldas, Ponder, 1997).
Таким образом, из вышесказанного можно вывести клинико-генетические характеристики наследственных опухолевых синдромов:
- доминантный тип наследования (гетерозиготы, то есть лица с врожденным поражением только одного из двух аллелей антионкогена, являются "больными");
- высокая встречаемость онкологической патологии среди кровных родственников больного;
- необычно ранний возраст появления неоплазм (вполне достаточно мутации в одном аллеле антионкогена, а не в двух; в результате чего функциональная инактивация последнего у носителей происходит намного быстрее, чем у здоровых);
- множественность опухолей (т.е. вероятнее возможность того, что блокировка супрессорного гена произойдет в двух независимых клонах (Quesnel, Malkin, 1997; Caldas, Ponder, 1997; Имянитов, Хансон, 2007).
В настоящее время все основные типы семейных раков и соответствующие им мутации идентифицированы.
Таким образом, как мы уже упоминали выше, рак - заболевание с ярко выраженной наследственной компонентой. Тем не менее, это не значит, что заболеет каждый, у кого имеется онкологически больной родственник. Целый ряд генов-супрессоров опухолевого роста препятствует неконтролируемому клеточному делению, и направляет сильно поврежденные клетки на путь апоптоза - запрограммированной клеточной смерти.
Недавно было установлено, что предрасположенность к возникновению семейных раковых опухолей создается специфическими изменениями гена, расположенного в 13-й хромосоме, который имеет свойства супрессора опухолей.
Например, при некоторых видах рака наблюдается мутация в 13-й хромосоме, в которой находится ген ARLTS1, который, как предположили, участвует в супрессии роста опухолей. Calin с соавт. (2005) исследовали участок 13-й хромосомы, содержащей данный ген. Анализу подверглись 216 образцов ДНК клеток спорадических опухолей лёгких, щитовидной железы, кишечника, молочных желёз, а также кровь 109 пациентов с семейными опухолями различной локализации. Контролем служили образцы крови 475 здоровых людей или больных с заболеваниями, неопухолевой природы
Анализ образцов ДНК опухолей и клеток крови онкологических больных показал, что во всех видах злокачественных опухолей ген ARLTS1 заторможен.
Дополнительное экспериментальное исследование на животных позволило установить, что искусственное блокирование гена ARLTS1 действительно способствует активному появлению и развитию опухолей в различных тканях организма.
Таким образом, было установлено, что ген ARLTS1 в 13-й хромосоме имеет свойства супрессора опухолей. Специфические изменения в нём предрасполагают к возникновению семейных раковых опухолей.
Спорадическая форма рака также имеет генетическую компоненту, но она намного сложнее. Опухоль в этом случае развивается под воздействием не одной, а целой группы мутаций. Исследования полиморфизма генов, вовлеченных в канцерогенез, позволили выявить такие сочетания мутантных аллелей генов, которые существенно повышают риск возникновения рака. Спорадические опухоли не так просто обнаружить. Для большинства таких опухолей не найдено никакого генетического изменения, однозначно указывающего на то, что процесс злокачественного роста запущен. Генетическая сложность в этих случаях не позволяет провести раннюю диагностику, либо подобрать специфическое лечение.
Благодаря комбинационной изменчивости такие сложные генотипы распадаются уже в следующем поколении. Этим и объясняется отсутствие больных родственников у пациентов со спорадическим раком.
В случае подозрения наследственного опухолевого синдрома проводят генетическое исследование. Составляют родословные, которые помогают выявить наследственные патологию. Анализ ДНК позволяет установить, имеются ли в генотипе больного и его родственников подозреваемые мутации. Выявление и диагностика наследственных раковых болезней – весьма сложный процесс. К тому же полученная информация приносит свои положительные результаты только в том случае, когда уже имеются эффективные меры профилактики и лечения выявленных новообразований.
|
|
|
