Онкоген — это ген , который потенциально может вызывать рак . [1] В опухолевых клетках эти гены часто мутируют или экспрессируются на высоком уровне. [2]
Большинство нормальных клеток подвергаются запрограммированной быстрой клеточной смерти ( апоптозу ), если критические функции изменяются и затем выходят из строя. Активированные онкогены могут заставить клетки, предназначенные для апоптоза, выжить и вместо этого размножаться. [3] Большинство онкогенов начинались как протоонкогены: нормальные гены, участвующие в росте и пролиферации клеток или ингибировании апоптоза. Если в результате мутации нормальные гены, способствующие клеточному росту, активируются (мутация усиления функции), они предрасполагают клетку к раку и называются онкогенами . Обычно несколько онкогенов вместе с мутировавшими генами апоптоза или генами-супрессорами опухолей действуют сообща, вызывая рак. С 1970-х годов при раке человека были идентифицированы десятки онкогенов. Многие противораковые препараты нацелены на белки, кодируемые онкогенами. [2] [4] [5] [6] Онкогены представляют собой физически и функционально разнообразный набор генов, и в результате их белковые продукты оказывают плейотропное действие на множество сложных регуляторных каскадов внутри клетки.
Гены, известные как протоонкогены, — это те, которые обычно стимулируют рост и деление клеток для генерации новых клеток или поддержания жизнеспособности уже существующих клеток. При сверхэкспрессии протоонкогены могут быть непреднамеренно активированы (включены), что изменяет их в онкогены. [7]
Существует множество способов активировать (включить) онкогены в клетках:
Изменения генов или мутации: Генетическое «кодирование» человека может отличаться таким образом, что онкоген всегда активируется. Эти типы изменений генов могут развиваться спонтанно в течение жизни человека или могут быть унаследованы от родителя, когда во время деления клетки происходит ошибка транскрипции . [8]
Клетки часто могут включать и выключать гены посредством эпигенетических механизмов, а не реальных генетических изменений. С другой стороны, различные химические соединения, которые могут быть связаны с генетическим материалом (ДНК или РНК), могут влиять на то, какие гены активны. Онкоген может спорадически активироваться из-за этих эпигенетических модификаций. Посетите Gene Alterations and Cancer, чтобы узнать больше об эпигенетических изменениях.
Хромосомная перестройка: у каждого живого существа есть хромосомы, которые представляют собой существенные нити ДНК , содержащие гены для клетки. Последовательность ДНК хромосомы может меняться каждый раз, когда клетка делится. Это может привести к тому, что ген будет расположен рядом с протоонкогеном, который действует как переключатель «включения», сохраняя его активным, даже когда он не должен этого делать. Клетка может развиваться нерегулярно с помощью этого нового онкогена. [9]
Дупликация генов: если в одной клетке больше копий гена, чем в другой, эта клетка может вырабатывать слишком много определенного белка.
Первый человеческий онкоген (HRAS), важнейшее открытие в области исследования рака, был открыт более 40 лет назад, и с тех пор число новых патогенных онкогенов неуклонно растет. Открытие специфических ингибиторов малых молекул, которые специфически нацелены на различные онкогенные белки, и всесторонний механистический анализ способов, которыми онкогены нарушают регуляцию физиологических сигналов, вызывая различные типы рака и синдромы развития, являются потенциальными будущими достижениями в области исследования рака. Исследуя быстро расширяющуюся область молекулярных исследований онкогенов, целью этого специального выпуска было создание практических трансляционных индикаторов, которые могли бы удовлетворить клинические потребности. [10]
Гены, которые считаются критически важными для рака, можно разделить на две категории в зависимости от того, приводят ли вредные мутации в них к потере или приобретению функции. Мутации приобретения функции протоонкогенов заставляют клетки размножаться, когда они не должны этого делать, в то время как мутации потери функции генов-супрессоров опухолей освобождают клетки от торможения, которое обычно служит для контроля их численности. Способность мутантных генов, известных как онкогены, направлять определенную линию тестовых клеток к злокачественной пролиферации иногда может использоваться для идентификации этих более поздних мутаций, которые оказывают доминирующее воздействие.
Первоначально было обнаружено, что многие из них вызывают рак у животных, когда они вводятся через вирусную векторную инфекцию, которая несет генетическую информацию из предыдущей клетки-хозяина. Другой метод идентификации онкогенов заключается в поиске генов, которые активируются мутациями в человеческих раковых клетках или хромосомными транслокациями, которые могут указывать на присутствие гена, имеющего решающее значение для рака. [11]
Пациенты с раком, как правило, классифицируются в соответствии с клиническими параметрами, чтобы адаптировать их терапию рака . Например, разделение пациентов с острым лейкозом на пациентов с лимфоцитарным лейкозом и пациентов с миелоцитарным лейкозом важно, поскольку оптимальное лечение для каждой формы отличается. Даже при определенном заболевании идентификация пациентов с хорошим и плохим прогностическим потенциалом полезна, поскольку для достижения излечения в группе с плохим прогностическим потенциалом может потребоваться более агрессивная терапия. Онкогены являются прогностическими маркерами при некоторых видах рака у человека. Амплификация N-myc является независимым фактором, определяющим прогнозирование плохого исхода при детской нейробластоме . У детей с амплификацией N-myc, независимо от стадии, будет сокращена выживаемость. Таким образом, терапевтические усилия сосредоточены на интенсификации лечения в этой группе с плохим прогностическим потенциалом. [12]
Теория онкогенов была предвосхищена немецким биологом Теодором Бовери в его книге 1914 года «Zur Frage der Entstehung Maligner Tumoren » («О происхождении злокачественных опухолей»), в которой он предсказал существование онкогенов (Teilungsfoerdernde Chromosomen) , которые становятся амплифицированными (im Permanenten Übergewicht). во время развития опухоли. [13]
Позднее, в 1969 году, термин «онкоген» был заново открыт учеными Национального института рака Джорджем Тодаро и Робертом Хюбнером . [14]
Первый подтвержденный онкоген был обнаружен в 1970 году и был назван SRC (произносится как «sarc», поскольку это сокращение от sarcoma). SRC был впервые обнаружен как онкоген в курином ретровирусе . Эксперименты, проведенные доктором Г. Стивом Мартином из Калифорнийского университета в Беркли, показали, что SRC действительно был геном вируса, который действовал как онкоген при инфицировании. [15] Первая нуклеотидная последовательность v -Src была секвенирована в 1980 году AP Czernilofsky и др. [16]
В 1976 году доктора Доминик Стехелин Дж. Майкл Бишоп и Гарольд Э. Вармус из Калифорнийского университета в Сан-Франциско продемонстрировали, что онкогены были активированы протоонкогенами, как это обнаружено во многих организмах, включая людей. Бишоп и Вармус были удостоены Нобелевской премии по физиологии и медицине в 1989 году за открытие клеточного происхождения ретровирусных онкогенов. [17]
,Доктору Роберту Вайнбергу приписывают открытие первого идентифицированного человеческого онкогена в линии клеток рака мочевого пузыря человека . [18] [19] Молекулярная природа мутации, приводящей к онкогенезу, была впоследствии выделена и охарактеризована испанским биохимиком Мариано Барбасидом и опубликована в журнале Nature в 1982 году. [20] Доктор Барбасид провел последующие месяцы, расширяя свои исследования, в конечном итоге обнаружив, что онкоген представляет собой мутировавший аллель HRAS , и охарактеризовал механизм его активации.
Полученный белок, кодируемый онкогеном, называется онкопротеином . [21] Онкогены играют важную роль в регуляции или синтезе белков, связанных с ростом опухолевых клеток. Некоторые онкопротеины приняты и используются в качестве опухолевых маркеров.
Протоонкоген — это нормальный ген , который может стать онкогеном из-за мутаций или повышенной экспрессии . Протоонкогены кодируют белки , которые помогают регулировать рост и дифференциацию клеток . Протоонкогены часто участвуют в передаче сигналов и выполнении митогенных сигналов, обычно через свои белковые продукты. После приобретения активирующей мутации протоонкоген становится агентом, вызывающим опухоль, онкогеном. [22] Примерами протоонкогенов являются RAS , WNT , MYC , ERK и TRK . Ген MYC участвует в лимфоме Беркитта , которая начинается, когда хромосомная транслокация перемещает последовательность энхансера в непосредственной близости от гена MYC. Ген MYC кодирует широко используемые факторы транскрипции. Когда последовательность энхансера расположена неправильно, эти факторы транскрипции производятся с гораздо более высокой скоростью. Другим примером онкогена является ген Bcr-Abl , обнаруженный на Филадельфийской хромосоме , фрагменте генетического материала, наблюдаемом при хроническом миелоидном лейкозе, вызванном транслокацией фрагментов из хромосом 9 и 22. Bcr-Abl кодирует тирозинкиназу, которая является постоянно активной, что приводит к неконтролируемой пролиферации клеток. (Более подробная информация о Филадельфийской хромосоме ниже)
Протоонкоген может стать онкогеном путем относительно небольшой модификации его первоначальной функции. Существует три основных метода активации:
Экспрессия онкогенов может регулироваться микроРНК (миРНК), малыми РНК длиной 21-25 нуклеотидов, которые контролируют экспрессию генов, подавляя их. [24] Мутации в таких микроРНК (известных как онкомиры ) могут приводить к активации онкогенов. [25] Антисмысловые информационные РНК теоретически могут использоваться для блокирования эффектов онкогенов.
Существует несколько систем классификации онкогенов, [26] , но пока нет общепринятого стандарта. Иногда их группируют как пространственно (двигаясь извне клетки внутрь), так и хронологически (параллельно «нормальному» процессу передачи сигнала). Существует несколько категорий, которые обычно используются:
Категория | Примеры | Раковые заболевания | Функции гена |
---|---|---|---|
Факторы роста , или митогены | c-Сис | глиобластомы , фибросаркомы , остеосаркомы , карциномы молочной железы и меланомы [27] | вызывает пролиферацию клеток. |
Рецепторные тирозинкиназы | Рецептор эпидермального фактора роста (EGFR), рецептор тромбоцитарного фактора роста (PDGFR) и рецептор сосудистого эндотелиального фактора роста (VEGFR), HER2/neu | Рак молочной железы, гастроинтестинальные стромальные опухоли, немелкоклеточный рак легких и рак поджелудочной железы [28] | передавать сигналы для роста и дифференциации клеток. |
Цитоплазматические тирозинкиназы | Семейство Src , семейство Syk-ZAP-70 и семейство BTK тирозинкиназ, ген Abl при ХМЛ - Филадельфийская хромосома | колоректальный рак и рак молочной железы, меланомы, рак яичников, рак желудка, рак головы и шеи, рак поджелудочной железы, рак легких, рак мозга и рак крови [29] | опосредуют реакции и активируют рецепторы пролиферации клеток, миграции, дифференциации и выживания [30] |
Цитоплазматические серин/треониновые киназы и их регуляторные субъединицы | Raf-киназа и циклинзависимые киназы (через сверхэкспрессию ). | злокачественная меланома, папиллярный рак щитовидной железы, колоректальный рак и рак яичников [31] | участвует в развитии организма, регуляции клеточного цикла, пролиферации клеток, дифференциации, выживании клеток и апоптозе [32] |
Регуляторные ГТФазы | белок Ras | аденокарциномы поджелудочной железы и толстой кишки, опухоли щитовидной железы и миелоидный лейкоз [33] | участвует в передаче сигналов по основному пути, ведущему к пролиферации клеток. [34] |
Факторы транскрипции | ген myc | Злокачественные Т-клеточные лимфомы и острые миелоидные лейкозы, рак молочной железы, рак поджелудочной железы, ретинобластома и мелкоклеточный рак легких [35] | регулируют транскрипцию генов, которые вызывают пролиферацию клеток. |
Транскрипционные коактиваторы | Гены YAP , WWTR1 | глиома, меланома, рак легких, рак молочной железы и другие [36] | взаимодействуют с партнерами по факторам транскрипции, регулируя транскрипцию генов, которые вызывают пролиферацию клеток. |
Дополнительные свойства онкогенетических регуляторов включают:
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )