6. Гены-супрессоры опухолевого роста

Гены-супрессоры опухолей в норме обеспечивают подав­ление клеточного деления. Многие из них проявляются как аутосомно-доминантные состояния. Из этого следует, что даже одного нормального аллеля гена-супрессора достаточно, чтобы заставить клетку делиться нормально (гаплонедоста- точные на уровне клетки). Этим гены-супрессоры опухолей отличаются от клеточных онкогенов, для которых достаточно изменения одного аллеля, чтобы изменилась их нормальная функция (гаплодостаточные).

По-видимому, первым геном-супрессором, механизм дей­ствия которого удалось расшифровать, оказался ген ретино- бластомы. Как следует из названия, ретинобластома — опу­холь глаза, берущая начало в клетках сетчатки. Это самый ча­стый тип глазных опухолей у детей. Семейные случаи, в ко­торых ретинобластома наследуется как аутосомно-доминант- ный признак, составляют примерно 40 %. В семейных случа­ях ретинобластома проявляется, как правило, двусторонним и мультифокальным (множественные опухоли) поражением глаз. Пенетрантность гена ретинобластомы в семейных слу­чаях достаточно высокая, но не достигает 100 %; 60 % рети­нобластомы проявляется в виде спорадических случаев, кото­рые не наследуются. В спорадических случаях ретинобласто­ма проявляется, во-первых, односторонним поражением глаз, а во-вторых, единичной опухолью.

Для того чтобы объяснить различия в механизмах возник­новения семейной и спорадической ретинобластомы, Кнуд- сон в 1971 г. выдвинул оригинальную идею, суть которой за­ключалась в предположении, что для возникновения заболе­вания требуется изменение обоих аллелей гена ретинобласто­мы. При наследственных формах этого заболевания первая мутация в гене ретинобластомы происходит в половой клетке и она наследуется. Вторая мутация в том же гене или в райо­не расположения гена происходит уже в соматических клет­ках развивающейся сетчатки. Поскольку этих клеток доста­точно много (примерно 1 млн), шанс возникновения второй мутации достаточно высок. Напомним, что частота возник­новения мутаций в гене составляет 0,5 — 1,5-10⁵. Таким обра­зом, у большинства гетерозиготных носителей к унаследован­ной мутации в гене ретинобластомы добавляется мутация в соматической клетке(ах) и развивается опухолевый процесс. У некоторой части гетерозиготных носителей мутация в со­матической клетке не происходит, и опухоль у них не разви­вается, но они все равно с вероятностью 50 % передадут му­тантный ген своему потомству. При спорадической ретино- бластоме оба мутационных события должны произойти в од­ной и той же соматической клетке, и вероятность совпадения двух редких событий достаточно низка. Если она все же реа­лизуется, то возникает только одна опухоль в одном из глаз.

Гипотеза Кнудсона получила название гипотезы двухудар­ного механизма канцерогенеза.

Ген ретинобластомы был клонирован и секвенирован. Его продукт — белок pRb, когда он гипофосфорилирован, связы­вается и инактивирует ядерный фактор транскрипции E2F. Активный E2F нужен для перехода клетки из Gj-фазы в S-фазу клеточного цикла. Если клетке надо делиться, то бе­лок pRb фосфорилируется циклинзависимой киназой и вы­свобождает ядерный фактор транскрипции E2F. В случае му­тации в гене pRb кодируемый им белок теряет способность инактивировать E2F, и клетка начинает бесконтрольно дели­ться. Именно поэтому ген ретинобластомы был назван ге- ном-супрессором опухолевого роста.

Еще одним геном-супрессором является ген р53. Герми­нальные мутации этого гена обусловливают развитие доми­нантно наследующегося синдрома Ли—Фраумени. Это ред­кий синдром, при котором у носителей мутантного гена уже в детском возрасте развиваются первично множественные опухоли молочных желез, толстой кишки, мозга. Могут так­же быть саркома мягких тканей, остеосаркома, лейкоз и другие опухоли. Так же как и при ретинобластоме, пенет- рантность гена достаточно высокая, и к возрасту 70 лет у 90 % носителей мутантного гена развиваются злокачествен­ные опухоли.

В отличие от ретинобластомы соматические мутации в гене р53 являются причиной канцерогенеза. Мутации в этом гене обнаруживают примерно в 50 % всех случаев опухолеоб- разования у человека, при раке толстой кишки — в 70 %, при раке легких — в 60 % и т.д.

Ген р53 локализован в 17р13. Он кодирует фактор транс­крипции, который взаимодействует по крайней мере с 6 ге­нами. Среди этих генов есть ген р21, который контролирует синтез ингибитора циклинзависимой киназы. Этот ингиби­тор, как уже было сказано, блокирует инактивацию гена ре­тинобластомы циклинзависимой киназой. В результате клет­ка остается в Gi-фазе, и у нее есть время для репарации по­вреждений ДНК. Ген р53 в ответ на повреждение ДНК может индуцировать програмируемую клеточную гибель (апоптоз). Мутации в гене р53 приводят к тому, что повреждения в ДНК не репарируются, клетка не входит в апоптоз, и все это мо­жет обусловить канцерогенез.

Хотя обычно мутации в гене р53 ведут к утрате функции, некоторые из них обладают доминантно-негативным эффек­том, и продукт мутантного аллеля нарушает также функцию нормального аллеля. Этим действие гена р53 отличается от типичных эффектов генов-супрессо’ров опухолевого роста.

К генам-супрессорам опухолевого роста относятся также гены нейрофиброматоза типа 1 (17qll) и нейрофиброматоза типа 2 (22ql2). Продукт гена нейрофиброматоза-1 — белок, активирующий ГТФазы (нейрофибромин). Нейрофибромин способен усиливать гидролиз АТФ белка ras, переводя его, таким образом, в неактивную форму. Белок ras в неактивной форме не может выполнить свою роль в сигнальной транс­дукции, и деление клетки прекращается. Мутации в гене нейрофибромина позволяют белку ras оставаться в активной форме, клетка не входит в дифференцировку и продолжает делиться.

В качестве генов-супрессоров опухолевого роста рассмат­ривают также ген семейного полипоза толстой кишки {АРС — 5q21). Продукт этого гена взаимодействует с р-катенином, бел­ком, участвующим в клеточной адгезии и образовании комп­лекса ядерной транскрипции. Наследственная форма клини­чески проявляется образованием множественных аденом или полипов толстой кишки уже в детском возрасте. Практически во всех случаях эти полипы начинают малигнизироваться у взрослых больных. Мутации в гене АРС обнаруживают также нередко в спорадических случаях рака толстой кишки.

Генами-супрессорами также считают гены рака молочной железы — BRCA1 и BRCA2. Мутации в этих генах обусловли­вают наследственную форму рака молочной железы и яични­ков у женщин. В семьях, в которых наследуются мутантные гены, повышен также риск рака молочной железы у мужчин. Семейные формы рака молочной железы и яичников состав­ляют, по-видимому, не более 5 % всех случаев рака молочной железы в популяции, остальные — являются спорадически­ми. При спорадических случаях мутации в генах BRCA1 и BRCA2, как правило, не обнаруживают. Как и при ретино- бластоме, в клетках опухолей молочных желез и яичников лиц-носителей мутаций в указанных генах наблюдается поте­ря гетерозиготности, т.е. нормальный аллель теряется. Оба гена кодируют факторы транскрипции, которые взаимодей­ствуют с белком RAD51, участвующим в репарации двойных разрывов ДНК.

Кроме приведенных выше, к генам-супрессорам опухоле­вого роста относят также ген опухоли Вильмса (WT1, 11р13, ген фактора транскрипции), ген болезни Ковдена (PTEN, 10q23, ген фосфатазы) и некоторые другие гены.

К канцерогенезу ведут также мутации в генах, ответствен­ных за репарацию ДНК. Известно несколько наследственных заболеваний, причиной которых являются мутации в генах, продукты которых осуществляют репарацию ДНК в случае ее повреждения. Это такие заболевания, как пигментная ксеро- дерма¹, синдром Блюма², синдром атаксии — телеангиэкта- зии³ и некоторые другие. Нарушение репарации ДНК при этих заболеваниях ведет к геномной нестабильности, которая проявляется высокой частотой различных мутаций (в том числе хромосомных) во многих делящихся клетках организма больного. Эти мутации могут затрагивать онкогены, следст­вием чего является высокая частота онкологических заболе­ваний у лиц с указанными синдромами.

Даже раковая клетка не может размножаться бесконечно. Для того чтобы у нее появилась такая возможность, раковая клетка должна преодолеть физиологический порог размноже­ния, существующий для каждой клетки. Обычно такой порог составляет 50—60 клеточных делений, после которых клетка стареет и теряет способность к размножению. Механизм ста­рения клеток был открыт отечественным ученым А.М.Алов- никовым, который показал, что во время подготовки клетки к митозу, во время S-фазы, когда происходит репликация

ДНК, каждая хромосома укорачивается, так как репликация не может дойти до конца теломеры. Когда теломера укорачи­вается до критической величины, клетка получает сигнал, что она постарела, и перестает делиться.

В раковой клетке, как предположил А.М.Аловников, син­тезируется фермент, который называется теломеразой. Тело- мераза обеспечивает полноту репликации ДНК, и ее теломер­ный конец не укорачивается. Теломераза практически не присутствует в нормальных клетках, но зато почти всегда вы­является в раковых клетках. Механизм ее индукции в канце­рогенезе все еще остается не ясным.

Большинство случаев рака обусловлено взаимодействием наследственных и внешнесредовых факторов. Генетика рака — это прежде всего генетика соматических клеток.

Изучение онкогенных вирусов позволило установить, что в клетках человека содержится достаточно большое чис­ло так называемых протоонкогенов, которые играют важ­ную роль в контроле клеточного цикла. Мутации этих генов превращают их в онкогены, так как кодируемые ими белки не обеспечивают контроль за клеточными делениями.

Изучение некоторых редких доминантно наследуемых форм опухолей, таких как ретинобластома, опухоль Вильм- са и др., позволило, во-первых, выявить гены-супрессоры роста опухоли, а во-вторых, показать, что для реализации их эффектов и начала процесса канцерогенеза требуется по крайней мере два события. Одно из этих событий — воз­никновение мутации в генах-супрессорах в зародышевых клетках, которая затем может наследоваться в чреде поко­лений, а второе событие — мутация или элиминация дру­гим способом нормального аллеля соответствующего гена.

К канцерогенезу ведут также мутации в генах, ответст­венных за репарацию ДНК. Известен ряд наследственных заболеваний, причиной которых являются мутации в ге­нах, продукты которых осуществляют репарацию ДНК в случае ее повреждения. При всех этих заболеваниях резко возрастает вероятность злокачественных опухолей в раз­личных органах и тканях больного.

В клетках опухолей обычно находят фермент теломеразу, которая обеспечивает восстановление длины теломеры в каждом клеточном делении. В результате такие клетки при­обретают способность к неограниченному числу делений.

Медицинскую генетику в широком смысле можно опреде­лить как науку о генетических основах патологии человека. Клиническая генетика является прикладной ветвью меди­цинской генетики, ее основным предметом служит оказание медицинской помощи больным с наследственной патологией и их семьям, которое заключается в диагностике, лечебных мероприятиях, медико-генетическом консультировании и пренатальной диагностике наследственной и врожденной па­тологии. Все эти проблемы будут кратко рассмотрены в на­стоящей главе.