Онкогены и неопластические заболевания

При делении раковые клетки передают дочерним клеткам неопластический фенотип. Но этой причине получило всеобщее распространение мнение о том, что наследование неопластического фенотипа предопределяется специфическими генами. Это предположение объясняет чрезвычайный интерес исследователей-онкологов к онкогенным вирусам. Несмотря на сравнительную генетическую простоту, они вызывают все патологические и клинические изменения, ассоциированные с неопластическим заболеванием, и в некоторых случаях вирус способен вводить в нормальную клетку единственный ген (онкоген), продукт которого инициирует и поддерживает неопластическое состояние. Онкогены представляют собой измененные формы клеточных протоонкогенов, которые в норме выполняют в клетке важные функции. Человеческие гомологи некоторых из этих онкогенов могут играть определенную роль в раковых заболеваниях человека. Эта ситуация поднимает ряд вопросов относительно природы онкогенов, управления их экспрессией, биохимической природы их генных продуктов и механизмов взаимодействия с метаболизмом клетки-хозяина.

Ретровирусные онкогены

Взаимодействие ретровирусов с клеткой-хозяином.

Открытие онкогенов явилось результатом изучения молекулярной биологии РНК опухолевых вирусов (ретровирусов). Ретровирусы широко распространены в природе и инфицирование некоторыми из них ассоциируется с новообразованиями у животных; другие же опухолегенными свойствами не обладают. Геном ретровируса представляет собой молекулу РНК длиной от 8000 до 10000 нуклеотидов. Отличительной особенностью жизненного цикла ретровирусов является то обстоятельство, что после проникновения вируса в клетку геномная молекула РНК копируется на ДНК (обратная транскрипция), и ДНК-копия интегрируется с хромосомной ДНК клетки-хозяина (отсюда и название ретровирус). Эта интегрированная ДНК называется провирусом.Длинные терминальные повторы (ДТП) содержат последовательности, скопированные с обоих концов геномной РНК вируса, размещены на каждом конце ДНК провируса н сцеплены непосредственно с ДНК хозяина. ДТП содержат последовательности, регулирующие экспрессию генов при репликации вирусов: gag кодирует внутренние структурные белки, pol-обратную транскрнптазу, env- гликопротеин вирусной оболочки. В регуляторные последовательности включены сигналы инициации и терминации транскрипции. Обычно они содержат также могучий ген-усилитель, способный настолько повысить темп транскрипции вирусных генов, что провирусный РНК-транскрипт будет составлять от 0,1 до 1% полного клеточного содержания мРНК. Промоторы и усилители транскрипции обычно включаются лишь в клетках определенного типа, чем и определяется тканеспецифичность вирусных генов. В других случаях активность последовательностей-усилителей реализуется стероидными гормонами. В отличие от многих других вирусов ретровирусы обычно не приводят клетку-хозяина к гибели после завершения репликации; вместо этого они встраиваются в экзогены, вызывают их экспрессию и тем самым меняют фенотип клетки-хозяина.

Остротрансформирующие ретровирусы и их онкогены. Заражение животных ретровирусами, содержащими только гены gag, pol и env, сопровождается новообразованиями лишь после долгого латентного периода. Напротив, остротрансформирующие ретровирусы в считанные дни или недели могут вызвать неоплазию in vivo или привести к перерождению клеток в культуре invitro. Прототипом этого класса вирусов служит вирус саркомы Рауса. Почти все известные остротрансформирующие ретровирусы дефективны, т. е. они утратили часть генов, необходимых для репликации, и, следовательно, их распространение возможно лишь путем коинфекции со стандартными ретровирусами-хелперами. Такие дефекты являются результатом замещения репликативных генов вируса на онкоген, который играет роль посредника для непосредственно трансформирующих свойств вируса. Исключения из этого общего правила представлены некоторыми штаммами вируса саркомы Рауса, которые имеют как репликативные гены, так и онкогены.Конкретный сегмент вирусного генома, который замещается на онкоген, может варьировать. Далее описана общая конфигурация остротрансформирующих вирусов.

В случае, когдаонкоген спаян с 5`-областью вирусного гена gag, в результате чего синтезируется трансформирующий белок с пептидами gag в аминотерминале.

В табл.1 приводится список некоторых вирусов онкогенов, их природных хозяев и типов опухолей, которые они вызывают. В случае вируса саркомы Рауса роль гена src в неопластических трансформациях была установлена средствами генетики и биохимии. Известны мутации, вызывающие обратимую инактивацию продуктов гена src при повышении температуры (так называемые температурочувствительные мутации). Эти мутации переводят трансформированный фенотип в нормальное состояние, если инфицированные клетки подвергаются воздействию повышенной температуры. При понижении температуры клетки снова возвращаются в трансформированное состояние. Аналогичные, хотя и не столь полные, данные получены и для других вирусов, перечисленных в табл. 1.

Почти все трансформирующие вирусы могут быть обнаружены in vitro по их способности вызывать перерождение клеток в культуре. Стандартный тест состоит в формировании инфицированными фибробластами (или линиями фибробластоподобных клеток) морфологически измененных клеток. Некоторые из порождающих лейкемию вирусов могут трансформировать макрофаги и/или кроветворные клетки in vitro.

Протоонкогены

Онкогены ретровирусов находятся в близком родстве с нормальными генами клеток. Это родство было установлено в результате открытия гомологичности в нуклеотидных последовательностях трансформирующего онкогена вируса саркомы Рауса v-src (вирусного src) и нормального гена цыпленка с-сгс (клеточного src). Очевидно, вирус саркомы Рауса явился результатом рекомбинаций между c-src и древним стандартным ретровирусом птиц. Такой механизм - рекомбинация между вирусным геном и геном хозяина - служит очевидным объяснением образования трансформирующих вирусов (см. табл. 1). По этой причине функции нормальных генов и их роль в невирусных новообразованиях вызывают повышенный интерес исследователей.

В природе нормальные формы онкогенов весьма консервативны. Для каждого из них существуют человеческие гомологи, а гомологи некоторых из них присутствуют во всех эукариотических организмах, до беспозвоночных и дрожжей включительно. Такой консерватизм наводит на мысль, что эти гены выполняют в нормальных клетках жизненно важные функции, и предполагает, что онкогенный потенциал приобретается генами только после функционально значимых изменений (таких, например, какие происходят при рекомбинации с ретровирусом). О таких генах говорят как о протоонкогенах (с-оnс).

Таблица 1.

Вирусные онкогены, вызывающие острые трансформации