Модификаторы канцерогенеза. Активаторы развития раковой опухоли.
Обновлено: 04.05.2024
Стадии канцерогенеза. Этапы развития раковой опухоли.
Развитие опухоли в результате действия химических канцерогенов в настоящее время рассматривается как процесс не одномоментный, а многоэтапный. Многостадийность канцерогенеза может иметь два аспекта 1) этнологический — каждая стадия вызывается своим специфическим агентом, 2) морфологический — каждая стадия имеет только ей присущие морфологические и биологические проявления.
Рассмотрение первого аспекта имеет прямое отношение к пониманию этиологических факторов, играющих роль в возникновении и развитии злокачественных опухолей человека. Наиболее принятой схемой в настоящее время является двух стадийная на первой стадии (инициации) происходит описанное выше взаимодействие генотоксичесхого канцерогена с геномом клетки, приводящее к ее полной или частичной трансформации.
На второй стадии (промоции) происходит или превращение частично трансформированной клетки в опухолевую клетку, или пролиферация полностью трансформированной клетки с образованием опухоли. Эта гипотеза о двухстадийном развитии опухолей была предложена более 40 лет тому назад на основании опытов, проведенных на коже мышей, где в качестве инициатора применялась однократная субканиерогенная доза БП, MX или ДМБА (7,12-диметилбенз(а)антрацен), а в качестве промотора — длительное нанесение кротонового масла.
Были установлены определенные закономерности инициации — промоции комбинация инициатор — промотор эффективна лишь в указанной, а не в обратной последовательности; инициация необратима, а промоция до определенного момента обратима, т е отмена промотора может вести к регрессии возникших папиллом, инициатор может быть применен однократно, а промотор должен обязательно применяться длительно; эффект от комбинации инициатора с промотором во много раз превышает сумму эффектов каждого из них, взятого в отдельности, и т. д. Последнее было особенно демонстративно: если применявшаяся доза ПАУ и применявшаяся доза кротонового масла сами по себе или вовсе не вызывали папиллом кожи, или вызывали единичные опухоли, то их комбинация в указанной последовательности приводила к появлению множественных папиллом у всех или почти у всех мышей. При достаточно длительном нанесении кротонового масла часть папиллом малигнизировалась.
Поскольку в этих опытах примененная доза кротонового масла опухолей сама по себе не вызывала, был сделан вывод о том, что инициация — промоция — это усиление канцерогенеза неканцерогенным агентом. Практическое значение этого вывода должно было быть велико, учитывая, что неканцерогенных агентов, способных стимулировать рост опухолей, в окружающей человека среде заведомо больше, чем самих канцерогенов Развитие опухолей под влиянием одних канцерогенов (без каких-либо дополнительных воздействий) объясняли тем, что они обладают н инициирующей н промоторной активностью, и их стали называть «полными» канцерогенами.
В течение трех десятилетий этот феномен воспроизводился лишь на коже мышей, поэтому его стали считать экспериментальным курьезом, не имеющим отношения ие только к человеку, но и к развитию опухолей в других органах животных Начиная с 70-х годов феномен инициации — промоции был воспроизведен на опухолях внутренних органов мышей, крыс и хомяков, вызванных самыми различными канцерогенами. Поскольку гипотеза двухстадий-ного канцерогенеза ныне постоянно используется при анализе возможных причин развития опухолей человека, следует вкратце остановиться на новых экспериментальных моделях инициации — промоции.
Использование этих моделей позволило выделить 2 группы стимуляторов канцерогенеза одни, влияющие на транспорт, метаболизм канцерогенов, их связывание с ДНК, т е на стадию инициации опухолей (их назвали коканцерогенами), и другие — промоторы, стимулирующие пролиферацию в уже возникших опухолевых клетках, т е ускоряющие рост опухоли, каким бы канцерогеном она ни была вызвана Модификаторы, тормозящие эти стадии канцерогенеза, называют актиканцерогеиами и антипромоторами соответственно. Таким образом, если модификатор вводится перед или одновременно с действием канцерогена, то он будет влиять на инициации Для изучения промоторной активности модификатор должен вводиться обязательно после прекращения действия канцерогена.
В качестве инициаторов в подобных опытах используют канцерогены» тропные к данному органу Наибольшее число исследований проведено на опухолях печени крыс: здесь промоторный эффект оказывали фенобарбитал, полихлорбифенилы, пестициды, ДДТ и диэлдрин, гексахлорбензол, эстрогенные препараты, желчные кислоты, причем разработаны ускоренные системы для обнаружения промоторной активности Для опухолей толстой кншки у крыс промоторами являются некоторые желчные кислоты, диета с высоким содержанием жира Для опухолей мочевого пузыря — сахарин, аллопуринол, аскорбикат натрия, эриторбат натрия, фенилфенат натрия, фенотиазин, бутилгидроксванинзол. В отношении опухолей почек у крыс промоторами были тестостерона пропионат, нефротоксические агенты (фолиевая кислота, дихлорфеинлеукцинимид, натриевая соль нитрилоуксусной кислоты, циклодекстрин и др. ).
Индукция опухолей матки и молочной железы может быть ускорена эстрогенами, а опухолей железистого желудка у крыс — желчными кислотами, поваренной солью, опухолей щитовидной железы — метил- и пропилтиоурацилом, йод-дефицитной диетой, 3-амиио-1,2,4-триазолом, фенобарбиталом, 4,4'-диаминодифенилметаном
Информация на сайте подлежит консультации лечащим врачом и не заменяет очной консультации с ним.
См. подробнее в пользовательском соглашении.
Модификаторы канцерогенеза. Активаторы развития раковой опухоли.
Важно подчеркнуть, что, не говоря уже о таких промоторах, как гормоны, желчные кислоты, поваренная соль, практически все остальные соединения, проявившие промоторную активность, также действуют на человека — на производстве или в виде лекарственных препаратов
Не все закономерности, установленные в эксперименте иа коже мышей, были подтверждены на моделях опухолей внутренних органов, так как нет четких данных о том, что опухоли регрессируют после прекращения действия промотора, и эффект далеко не столь демонстративен в смысле множественности опухолей. Но в то же время были получены новые и подчас неожиданные факты, например усиление аскорбинатом натрия развития опухолей мочевого пузыря у крыс (правда, дозы аскорбината были очень высокими), повышение частоты аденокарициом желудка поваренной солью, желчными кислотами.
Делались многочисленные попытки выявить специфические свойства промоторов, но в целом они остались безуспешными. Промоторы повышают пролифератнвную активность в органах-мишенях, повышают активность фермента орнитиндекарбоксилазы, нарушают межклеточные взаимодействия, изменяют дифференцнровку клеток (то тормозят ее, то усиливают), повышают уровень активатора плазминогена, протеинкиназы С, взаимодействуют с клеточными мембранами. Самым постоянным свойством промоторов оказалась их способность оказывать повреждающее действие на клетки-мишени с последующей их пролиферацией.
Это продемонстрировано в исследованиях с применением поваренной соли, после однократного введения которой отмечено повышение синтеза ДНК и появление большого количества меченых клеток в слизистой оболочке пилорического отдела желудка Показано повреждающее действие жира иа эпителиальные клетки верхних отделов крипт толстой кишки
Многие промоторы (кротоновое масло и выделенные из него форболовые эфиры, фенобарбитал, ДДТ, сахарин, многие нефротокснческие агенты, препараты, вызывающие образование зоба н др ) сами по себе являются слабыми канцерогенами, если их применять по принятой ныне схеме тестирования на канцерогенную активность, т е при беспрерывном введении в течение 2 лет в максимально переносимой дозе.
Важно отметить, что промоторную активность указанные соединения проявляли при дозах, во много раз меньше канцерогенных Поэтому промоцию следовало бы определить как усиление роста опухолей неканцерогенными дозами слабых канцерогенов
Тем не менее канцерогенность промоторов нельзя не учитывать хотя бы потому, что их действию подвергается огромная масса людей ДДТ, например, в пору его бесконтрольного применения обнаруживался в биосфере практически везде, даже на необитаемых островах и на дне морей и океанов, его находили в ощутимых концентрациях в пище, в тканях животных и человека, в молоке кормящих матерей и т. д., т е этот синтетический препарат, не имеющий аналога в природе, в течение нескольких десятилетий действовал практически на все население земного шара.
Другим соединением, оказывающим промоторное, а в больших дозах н канцерогенное активное влияние на печень грызунов, является фенобарбитал, широко и давно применяющийся при лечении психических заболеваний Однако и в этих случаях учащение развития опухолей у этих больных при длительном наблюдении не отмечалось, что связывают с недостаточно высокой дозой препарата. Очевидно, человек более резистентен именно к этой группе каицерогеиов-промоторов, вызывающих у мышей учащение спонтанных опухолей печени В отношении других канцерогенов, например нафтиламина, это не наблюдают
Канцерогены этой группы отличаются от описанных выше генотоксических канцерогенов (ПАУ, нитрозаминов и т д) неспособностью взаимодействовать с ДНК, отсутствием мутагенности, вследствие чего их называют эпигенетическими.
Причины развития опухолей. Связывание химических канцерогенов с ДНК.
Среди этиологических факторов опухолей человека наиболее важная роль принадлежит агентам химической природы — канцерогенам и модификаторам канцерогенеза
К канцерогенам относят агенты, способные вызывать опухоли, не встречающиеся спонтанно, повышать частоту спонтанных опухолей, увеличивать их множественность или существенно сокращать латентный период их появления Эти свойства канцерогенов проявляются сами по себе, т е в отсутствие других каицерогениых или неканцерогеиных воздействий Подобное ограничение в определении необходимо для того, чтобы не причислять к канцерогенам агенты, способные стимулировать рост опухолей, индуцированных другими канцерогенами (например, механическое повреждение, вещества, способные усиливать канцерогенный эффект путем влияния иа метаболизм канцерогенов).
В зависимости от природы этиологического фактора различают химический, физический (радиационный), вирусный канцерогенез, канцерогенез инородного тела
В лабораторных условиях канцерогенные свойства продемонстрированы более чем у 1000 веществ, принадлежащих к различным классам химических соединений — органических и неорганических Они обладают различной структурой, различными свойствами и неодинаковой канцерогенной активностью, могущей разниться в 106 раз Канцерогены могут быть классифицированы по химической структуре (принадлежности к тем или иным классам химических соединений), происхождению (синтетические или природные), механизмам действия
Канцерогенами человека считают соединения, в отношении которых эпидемиологическими исследованиями или описанием многих случаев бесспорно доказана их способность вызывать опухоли у людей Таких канцерогенов сейчас насчитывают более двух десятков Остальные канцерогены способны вызывать опухоли у лабораторных животных, но эпидемиологических данных об их связи с развитием рака у человека пока или еще нет или эти данные недостаточно убедительны Это не означает, что подобные канцерогены не представляют опасности для человека.
Все так называемые человеческие канцерогены оказались, при условии правильной постановки опыта, способными вызывать опухоли у лабораторных животных В настоящее время на основании результатов экспериментального тестирования химических соединений на канцерогенность проводятся практические мероприятия по ограничению или предотвращению контакта с ними иа производстве, т е вещества, обнаружившие канцерогенные свойства в опытах на лабораторных грызунах, рассматривают в качестве потенциальных канцерогенов человека.
Все химические канцерогены могут быть разделены на две большие группы (генотоксические и эпигенетические) в зависимости от того, взаимодействуют ли они или их конечные метаболиты с ДНК В группу генотоксических канцерогенных веществ входят соединения, которые обычно и называют канцерогенами,— это полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), ароматические амины, нитрозосоединения, микотоксины и т д Они (или их метаболиты) ковалентно связываются с ДНК н мутагениы в бактериальных и других тестах Особенностью эпигенетических канцерогенов является то, что они не дают положительной реакции в тестах иа мутагенность, к ним относят гормоны, хлорорганические соединения, иммунодепрессоры, значительную часть агентов, именуемых промоторами
Генотоксические канцерогены в свою очередь разделяют на две группы в зависимости от механизма их действия одни (прямые канцерогены) действуют в исходной форме, не нуждаясь в метаболической активации; другие (непрямые канцерогены, или прокаицерогены) для реализации своего канцерогенного эффекта должны предварительно подвергнуться метаболическим превращениями под действием клеточных ферментов Первые — это высокореактивные электрофильные алкилирующие соединения К этой группе веществ относятся такие соединения, как эпоксиды, лактоны, хлорэтиламины Большинство химических канцерогенов — это канцерогены непрямого действия, т е вещества, как правило, достаточно инертные, неспособные сами по себе при физиологических условиях взаимодействовать с макромолекулами клетки. Под воздействием клеточных ферментов непрямые канцерогены в одну или несколько стадий превращаются в конечные канцерогены.
Несмотря на огромное разнообразие химических канцерогенов (проканцерогенов), их конечным высокоактивным канцерогенным метаболитам присущи одинаковые свойства, а именно электрофильиость — способность взаимодействовать с иуклеофильиымн центрами макромолекулы, в частности ДНК, прн физиологических условиях; мутагенность, способность вызывать репарацию ДНК; способность вызывать саркомы иа месте введения, короткий, исчисляемый часами или десятками минут период полужизии.
Общим звеном в метаболических превращениях чужеродных веществ, в том числе и канцерогенов, является стадия окисления. Эта реакция катализируется монооксигеназной ферментной системой (МФС) Этот ферментный комплекс в отличие от большинства ферментов организма, катализирующих протекание строго определенной химической реакции с узким кругом субстратов, катализирует превращение большого количества соединений различной структуры Основное количество МФС находится в эндоплазматическом ретикулуме клетки, но ее активность определяется также в мембране ядер Помимо печени, где ее концентрация особенно высока, активность МФС определяют в легких, почках, коже, кишечнике, лейкоцитах и т. д.
Основным действующим компонентом МФС является цнтохром Р-450-гемопротеид с относительной молекулярной массой 50*10 3 , который катализирует взаимодействие субстрата с активированным кислородом Показано существование большого количества изоформ цитохрома Р-450 с различной, порой перекрывающейся субстратной специфичностью.
Физиологическая роль системы урокиназного активатора плазминогена и участие ее компонентов в онкогенезе
Цикл материалов об онкомаркерах продолжается, и на этот раз нашим героем становится система урокиназного активатора плазминогена, а именно — несколько белков, играющих ключевые роли в росте и инвазии опухоли.
Урокиназный активатор плазминогена (УАП, urokinase plasminogen activator, uPA) представляет собой трипсиноподобную сериновую протеазу. Вместе со своим рецептором (urokinase plasminogen activator receptor, uPAR) и ингибиторами двух типов (plasminogen activator inhibitor type 1, 2; PAI-1, PAI-2) урокиназный активатор плазминогена составляет одноименную группу, имеющую большое функциональное значение в условиях нормы и патологии. Впервые данный белок был обнаружен в моче человека, затем была установлена его локализация в множестве тканей организма [1].
В организме человека УАП синтезируется в форме функционально неактивного одноцепочечного полипептида. В структуре такого УАП выделяют три специфических участка:
- домен эпидермального фактора роста (необходим для связывания с соответствующим рецептором);
- крингл-домен (формирует участки связывания для компонентов системы фибринолиза);
- каталитический домен (опосредует запуск внутриклеточных сигнальных путей).
Для приобретения белком функциональной активности одна из его связей подвергается гидролизу, что формирует двухцепочечную структуру. Также возможна деактивация УАП при воздействии тромбина, который запускает гидролиз одной из связей в одноцепочечной молекуле и лишает ее дальнейшей функциональной активности [2].
Рисунок 1 | Строение урокиназного активатора плазминогена.
Основная физиологическая роль урокиназного активатора плазминогена понятна из названия этого протеина. Опосредуя переход плазминогена в плазмин, УАП участвует в процессах фибринолиза, что позволяет использовать его как средство борьбы с тромбоэмболическим синдромом (например, в насыщающей дозе 4400 МЕ/кг при ТЭЛА). Кроме того, плазмин активирует металлопротеиназы экстрацеллюлярного матрикса, запуская тем самым его деградацию и разрушение базальной мембраны [3].
Деградация и ремоделирование экстрацеллюлярного матрикса имеет место и в физиологических условиях. Те же процессы оказываются крайне важными в микроокружении опухоли на ранних этапах канцерогенеза. Действие урокиназного активатора плазминогена приводит к увеличению объема опухолевой массы, выработке факторов роста опухоли, активации цитокинов и индукции пролиферации, миграции и инвазии опухолевых клеток. Регуляция активности внутриклеточных ферментов посредством УАП поддерживает жизнеспособность опухолевой клетки. Кроме того, компоненты системы УАП участвуют в процессах эпителиально-мезенхимального перехода, имеющего большое значение для метастазирования опухоли. Таким образом, вследствие активации компонентов системы УАП формируется характерный фенотип опухолевых клеток. При этом в процессе онкогенеза наблюдается изменение активности УАП, вызванное нарушением экспрессии его гена [4].
Рисунок 2 | Функциональная активность компонентов системы урокиназного активатора плазминогена.
Определение уровня компонентов системы УАП в сыворотке крови проводится с использованием различных серологических методов. В случае многих новообразований отмечается положительная корреляция между сывороточными уровнями компонентов системы УАП и негативным прогнозом в отношении выживаемости пациентов. Это особенно актуально для рака молочной железы, в случае которого обнаружение высокого уровня сывороточного урокиназного активатора плазминогена ассоциируется с ускоренным метастазированием опухоли. При этом инвазия злокачественных клеток опосредуется несколькими механизмами, зависящими от УАП, включая сигнальные пути Ras-ERK и MAPK [5].
В настоящее время УАП является привлекательной целью для разработки препаратов химиотерапии. Современные разработки препаратов таргетной терапии включают в себя возможности антисмысловой терапии и технологии РНК-интерференции. Пока эти разработки доступны только на мышиных моделях, но не исключено, что в ближайшее время аккредитацию пройдут первые препараты для приема человеком [6].
В наше время перед исследователями предстают уже известные физиологически активные вещества и молекулы, которые обретают патологическое значение в условиях канцерогенеза. Урокиназный активатор плазминогена и другие компоненты его системы несомненно относятся к представителям таких протеинов. Одной из главных задач современных исследований является определение возможности применения таргетной терапии в отношении подобных агентов, что крайне необходимо для снижения заболеваемости и смертности от онкологической патологии.
Научная электронная библиотека
Представления о молекулярно-клеточных механизмах онкогенной трансформации клеток претерпели значительную эволюцию на протяжении XX века и до настоящего времени [18, 20, 25, 32, 34].
Как указывалось выше, инициирующими этиологическими факторами малигнизации клетки являются разнообразные по природе группы канцерогенов химической, физической, биологической природы, в том числе вирусы, гормоны и генотоксические продукты их метаболизма [13, 26, 63].
Естественно, что при чрезвычайной гетерогенности этиологических факторов неоплазий не могла сформироваться достаточно быстро доминирующая концепция механизмов развития онкогенной трансформации клеток, их активации или промоции опухолевого роста с последующей опухолевой прогрессией. В ранних концепциях канцерогенеза делали акцент на эпигеномных механизмах развития неоплазий, и, безусловно, ряд положений этого направления носит не только исторический характер, но может быть в определенной степени ассоциирован с современными вирусо-генетической и онкогенной теориями канцерогенеза.
Согласно данным ряда исследователей, первичное изменение свойств цитоплазматической мембраны под влиянием канцерогенных углеводородов, онкогенных вирусов является одним из пусковых механизмов последующего изменения генетического аппарата и нарушений регуляции их митотического цикла [108]. Эта концепция канцерогенеза была актуальна в период обнаружения отсутствия контактного ингибирования опухолевых клеток в монослойной культуре.
Как оказалось далее, в механизмах контактного ингибирования клеток важная роль отводится активации мембранной аденилциклазы и увеличению уровня цАМФ, тормозящего митотическую активность клеток. Понижение концентрации цАМФ в мембранах клеток под влиянием различных канцерогенов ведет к неконтролируемой митотической активности. Эта точка зрения имела определенную значимость в понимании пусковых механизмов канцерогенеза, поскольку для многих гормонов, регулирующих метаболизм клеток, их митотическую активность, характерен преимущественно мембранный тип рецепции (АКТГ, СТГ, инсулин, пролактин и др.).
Практически одновременно с мембранной концепцией канцерогенеза создавались митохондриальная и лизосомальная теории развития неоплазий, согласно которым актомиозиновый белок митохондриальных мембран оказывается аномальным у малигнизированных клеток и утрачивает чувствительность к регулирующим влияниям АТФ; при этом гликолитическая реакция опухолевой клетки стимулируется митохондриальными факторами, поступающими постоянно в гиалоплазму, а возрастание концентрации АТФ не подавляет этот процесс.
Со временем митохондриальная теория канцерогенеза утратила свою актуальность, однако факт чрезмерной интенсификации гликолитических реакций, даже в условиях достаточной оксигенации опухолевых клеток, наличие обратного эффекта Пастера остаются неоспоримыми и характерными признаками метаболического атипизма опухолевых клеток. Наименее веской оказалась теория так называемого «лизосомального» канцерогенеза, согласно которой канцерогены вызывают лабилизацию мембран лизосом, активизацию и выход в цитоплазму гидролаз, в частности, ДНК-азы, обеспечивающей разрыв двойной связи ДНК и развитие опухолевой трансформации клеток. Однако, как известно, лизосомы – очень реактогенные субклеточные образования, проницаемость мембран которых резко возрастает под влиянием различных патогенных факторов экзогенного и эндогенного происхождения, далеко не всегда являющихся канцерогенами [32].
Одним из классических признаков неоплазий является нарушение регуляции дифференцировки и митотической активности клеток, в связи с чем указанная проблема затрагивается в той или иной форме в разных концепциях [1]. Однако до настоящего времени одной из ведущих концепций канцерогенеза является мутационная теория, согласно которой все канцерогены обладают мутагенной активностью, хотя не все мутагены являются канцерогенами.
Практически все изученные канцерогены индуцируют разрывы фосфодиэстеразных связей в молекуле ДНК. Вначале канцерогены интенсивно связываются с ДНК чувствительных клеток. Обнаружена прямая корреляция между чувствительностью животных и их органов к малигнизирующему действию веществ и степенью их связывания с ДНК [42].
Показано, что многие химические канцерогены способны к интеркаляции между основаниями ДНК с последующим сдвигом «рамки считывания» генетической информации. Установлено, что канцерогены различных классов взаимодействуют активно с нуклеиновыми основаниями ДНК; при этом ослабляется связь основания с сахарами, возникают гидролиз, денатурация ДНК. Горячими точками при индукции канцерогенами мутации сдвига «рамки считывания» являются полипуриновые участки ДНК. Возникновение повреждения под влиянием химических канцерогенов (полициклических углеводородов, ароматических аминов и амидов, алкилирующих соединений) может индуцировать процесс генетической рекомбинации, конверсии генов [66].
В последующие годы важная роль в развитии онкогенной трансформации клеток и опухолевой прогрессии отведена свободным радикалам. Учитывая значимость индукции избыточных концентраций свободных радикалов в канцерогенезе, необходимо прежде всего остановиться на активации процессов липопероксидации, инициируемой активными формами кислорода (АФК) и в то же время являющейся источником образования значительного количества вторичных эндогенных свободных радикалов [7, 8].
Как известно, активные формы кислорода вступают во взаимодействие с полиненасыщенными жирными кислотами (ПНЖК): линолиевой, линоленовой, арахидоновой – важнейшими компонентами фосфолипидов биологических мембран. Отрыв водорода от молекулы ПНЖК при участии АФК приводит к перемещению двойных связей с образованием гидроперекисей диеновых коньюгатов, которые затем метаболизируются во вторичные (малоновый диальдегид) и третичные продукты липопероксидации [66]. Перекисное окисление липидов затрагивает прежде всего фосфолипиды цитоплазматических мембран клеток, нарушая при этом энергозависимый трансмембранный перенос субстратов, процессы межклеточного взаимодействия. Биологическая активность АФК связана с синтезом простагландинов, лейкотриенов окислительной модификацией белков, нуклеиновых кислот, липидов. Одним из проявлений окислительной модификации белка является инактивация около 240 ферментов, в частности, СОД, ацетил-КоА-гидролазы, каталазы, миелопероксидазы, цитохрома Р450 [22, 66].
Дезинтеграция белка в основном возникает под влиянием гидроксильного радикала, образующегося в организме в процессе реакции взаимодействия супероксида и перекиси водорода с металлами переменной валентности. Объектами окисления в молекуле ДНК под влиянием гидроксильного радикала являются углеводные компоненты, фосфатные группировки, азотистые основания. Наиболее чувствительным к окислительной деструкции азотистым основанием является гуанин, модифицированные формы которого составляют 45 % от общего количества окисленных оснований [83, 95].
Установлено, что чувствительность к фрагментации сахарно-фосфатного остатка ДНК под влиянием АФК оказалось более высокой, чем полипептидного остова белково-пептидных субстанций. Гидроксильный радикал, действуя на ДНК, может отрывать атом водорода от дезоксирибозофосфата, что ведет к его расщеплению и освобождению азотистых оснований. При этом образуются высокотоксичные производные альдегиды.
Данные, опубликованные в последние годы, убедительно свидетельствуют о том, что активные формы кислорода, оксид азота и его производные в сочетании с инфекционными патогенными факторами, бактериями и вирусами, являются ключевыми факторами канцерогенеза [2, 35, 36].
Детальный обзор литературы по этому вопросу приведен в работе Х. Маеда, Т. Акаике (1998). Кислородные радикалы, а также оксид азота могут повреждать ДНК, вызывая мутацию. Мутагенный и канцерогенный эффекты указанных соединений резко возрастают при одномоментной, избыточной продукции, сопровождающейся их взаимодействием с образованием пероксинитрита. Последний участвует в различных внутриклеточных метаболических процессах: нитровании остатков тирозина в белках, подавлении транспорта электронов в митохондриях, в окислении тиоловых соединений. Пероксинитрит является ДНК-расщепляющим агентом. Вышеуказанные химические реакции с участием пероксинитрита могут инициировать апоптоз, мутации, онкогенную трансформацию клеток.
Как указывалось выше, в механизмах индукции канцерогенеза важная роль отводится онкогенным ДНК- и РНК-содержащим вирусам, способным инкорпорировать свою ДНК или ДНК-копию в геном хозяина с последующей возможной онкогенной трансформацией клетки в случае экспрессии протоонкогенов.
Установлено, что РНК-содержащие онкогенные вирусы являются членами семейства ретровирусов, характеризуются наличием липидной оболочки и двух односпиральных РНК, фермента РНК-зависимой ДНК-полимеразы, необходимой для репродукции вируса. Наличие этого фермента обеспечивает обратную транскрипцию вирусной РНК- в ДНК-копию, интегрирующую с геномом клетки [71].
Группа РНК-содержащих вирусов включает следующие разновидности: непатогенную для человека группу вирусов (род А); медленно трансформирующийся вирус гормонзависимой карциномы молочной железы морских свинок и, возможно, человека (род В); дефектные быстро трансформирующиеся и недефектные медленно трансформирующиеся вирусы (род С); род Д – включает вирусы приматов и вирус перевиваемых раковых клеток человека.
ДНК-содержащие онкогенные вирусы подразделяются на следующие семейства:
1. Семейство Poxviridae, содержит, в частности, вирус контагиозного моллюска человека.
2. Семейство Herpes viridae, к которому относится вирус Эпштейн-Барра человеа, вызывающий лимфому Беркитта, цитомегаловирус человека – тип 5.
3. Семейство Adenoviridae – представителями которого являются аденовирусы человека.
4. Семейство Papovaviridae, представителями которого являются вирусы папилломы крыс, хомяков, обезьян, человека.
ДНК-содержащие вирусы внедряют свою ДНК в геном хозяина при участии ферментов эндонуклеаз и липаз, а за счет наличия генов – промоторов – вирусы инициируют транскрипцию генов, следующих за ДНК-вирусами. Последствия внедрения ДНК-вирусов в геном хозяина зависят от зоны инкорнации: интронов, экзонов, протоонкогенов, антионкогенов. Если ДНК-содержащие вирусы встраивают в геном хозяина клетки регуляторы экспрессии протоонкогенов, возможна малигнизация клетки [54].
Механизмы онкогенной трансформации клеток под влиянием ДНК-содержащих вирусов могут быть весьма разнообразны: за счет индукции ранних онкобелков, так называемых Т-антигенов, усиления экспрессии рецепторов экзогенных ростовых факторов. Большие и средние Т-белки ряда ДНК-содержащих вирусов выключают контактное ингибирование пролиферации клеток, препятствуют действию антионкогена р53.
Как известно, вирусо-генетическая теория Л.А. Зильбера явилась основной для формирования современной онкогенной теории канцерогенеза. На смену вирусогенетической теории канцерогенеза пришли теории онкогенов, протоонкогенов и антионкогенов [30, 31, 65, 120].
В настоящее время, очевидно, что в опухолевой трансформации клеток, возникающей под влиянием различных индукторов канцерогенеза, принципиально участвуют следующие категории генов:
1. Онкогены- стимуляторы функций.
2. Гены роста и пролиферации клеток (Myc, Ras, Los, ABL и другие).
3. Антионкогены (потеря функции).
4. Гены, отвечающие за программированную смерть клетки (апоптоз):
– отменяющие программированную смерть: Bcl-2 (стимуляция функций);
– гены смерти клеток – р53 (потеря функции).
Онкогены как специфический химический материал, кодирующий информацию об определенном химическом продукте, впервые были идентифицированы в составе ретровирусов. Геном типичного не трансформирующего ретровируса представляет собой две молекулы односпиральной РНК. Основные гены вируса относятся к трем регионам: gag кодирует структурные белки вирион частицы, env– белки оболочки вириона, ген pol – несет информацию об обратной транскрипции. Последний обеспечивает образование ДНК- копии на матрице РНК-вируса.
Согласно гипотезе онкогенов, гены ретровирусов, попавшие в геном человека в процессе эволюции, переходят по наследству в ряде поколений, проявляют себя в раннем онтогенезе, а затем подавляются внутриклеточными репрессорами. С возрастом под влиянием различных канцерогенов физической, химической, биологической природы возникают экспрессия вирусных онкогенов и усиление продукции ими онкобелков, ответственных за малигнизацию клетки. Онкогенные свойства нетрансформирующих ретровирусов обусловлены наличием в их геноме V-онкогенов, причем большинство из 50 V-онкогенов имеют клеточные прототипы – С-протоонкогены.
Высказывается мысль, что ретровирусы не только могут вносить в определенные позиции клеточного генома V-онкогены, но и способны быть промоторами для усиленной экспрессии протоонкогенов клеток. Считается, что в ходе совместной эволюции ретровирусов и клеток происходят захват клеточных протонкогенов вирусами и их перенос [24].
Развитие теории онкогенов нашло отражение в концепции Темина (1972) о протовирусах, протоонкогенах, согласно которой предсуществующий аналог вируса не является результатом инфекции, а нормальным клеточным геном, необходимым для роста и онтогенеза клеток, причем нормальные клетки не содержат вирусных онкогенов, но зависят от контролируемой экспрессии их клеточных аналогов.
В механизмах развития неоплазий онкогенные ретровирусы играют неоднозначную роль: различают быстро- и медленно-трансформирующие вирусы. Быстротрансформирующие вирусы дефектны по структуре, утратили часть своих поздних репликативных генов и приобрели взамен видоизмененные клеточные гены-V-онкогены, которые и вызывают неопластическую трансформацию при повторной интеграции в клеточный геном. Для полного цикла репликации этим вирусом требуются вирусы-помощники. Клеточные протоонкогены являются прототипами V-онкогенов, консервативными регуляторами клеточной дифференцировки.
Встраивание быстро-трансформирующего реторовируса может либо привести к экспрессии в клетке V-онкогена, либо вирусные промоторы и энхансеры встраиваются рядом с протоонкогенами клетки, вызывая их экспрессию.
Медленно-трансформирующие ретровирусы вызывают в эксперименте рак молочной железы и хронические лейкозы; они способны самостоятельно реплицироваться в клетки, не содержат V-онкогенов, способны к «вставочному» мутагенезу. При этом возникает гиперэкспрессия клеточного протоонкогена.
Таким образом, встраивание ретровирусов в геном клетки приводит к гиперэкспрессии протоонкогенов, переход их в онкогены с последующей малигнизацией клетки [20, 23, 30, 64].
Что касается механизмов индукции неоплазий химическими канцерогенами с точки зрения современных теорий канцерогенеза – протоонкогенов, онкогенов, антионкогенов, то необходимо остановиться на анализе лишь некоторых работ, посвященных данной проблеме.
Как известно, химические канцерогены, подобно биологическим, способны вызывать развитие мутаций и активацию протоонкогенов [25, 64]. Под влиянием химических канцерогенов возможна онкогенная трансформация в процессе амплификации ДНК. Установлено, что амплификация гена резистентности на фоне воздействия цитостатиков нередко возникает при раке кишечника и является причиной устойчивости неоплазий к химиотерапии. При ряде онкологических заболеваний желудочно-кишечного тракта возникает амплификация онкогенов erbB2, mys, SRS. Индукция развития опухолей нитрозмочевиной связана с амплификацией и активацией N-ras; в опухолях, индуцированных гамма-облучением, активен Ras-H. В ходе химического канцерогенеза отмечено гипометилирование протоонкогена Ras-H, приводящего к развитию генной мутации.
В опухолях, индуцированных химическими канцерогенами, отмечены транскрипции ряда других онкогенов (c-ras и c-mys), связанные с гипометилированием протоонкогена либо его амплификацией. В ходе химического канцерогенеза нарушается зависимость экспрессии c-mys (но не c-ras) от клеточного цикла. Таким образом, многие химические соединения или физические воздействия, а также вирусы могут вызывать мутации ДНК, не летальные для клеток и провоцирующие экспрессию протоонкогенов или депрессию антипротоонкогенов [108]. Последнее приводит к трансформации нормальной клетки в опухолевую.
Эпигенетический механизм канцерогенеза связан с нарушением регуляции клеточного роста, функции клетки и экспрессии генов без повреждения генома. При эпигенетическом канцерогенном эффекте эндогенных или экзогенных канцерогенных факторов возникает инактивация белков-продуктов антипротоонкогенов или активация пострецепторных передатчиков ростовых факторов. Такое воздействие, как правило, не вызывает неоплазии, но усиливает ростовые эффекты, способствует пролиферации мутантного клона и формированию распознаваемой неоплазии. Эффект канцерогенов-мутагенов называют инициирующим, а коканцерогенов – активирующим.
Таким образом, в настоящее время очевидны следующие механизмы активации протоонкогенов:
1) амплификация протоонкогенов, в результате чего резко возрастает их общая активность, что может привести к малигнизации клетки;
2) мутации протоонкогенов, приводящие к их активации, и ингибиция антипротоонкогенов;
3) транслокация протоонкогенов в локус с функционирующим промотором;
4) аддукция промотора рядом с протоонкогеном. В качестве промотора могут выступать ДНК-копии определенных участков онкорнавирусов, а также мобильные генетические структуры, способные перемещаться и встраиваться в различные участки генома.
В геноме человека предполагается наличие около 100 протоонкогенов, выполняющих следующие функции:
1) кодирование ростовых факторов, их рецепторов и пострецепторных передатчиков;
2) кодирование блокаторов запрограммированной гибели клеток, контактного ингибирования пролиферации.
Трансформация протоонкогенов в онкогены приводит к их экспрессии и синтезу онкобелков. При этом онкобелки продуцируются перманентно в увеличенном количестве или в качественно измененном состоянии.
Ниже представлены несколько групп протоонкогенов, антионкогены, и кодируемые ими белки [30, 31, 32].
Читайте также: