Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания

6. Молекулярно-клеточные механизмы канцерогенеза

К настоящему времени достигнуты большие успехи в изучении молекулярно–клеточных механизмов канцерогенеза, установлении роли онкогенов и антионкогенов в развитии опухолей различной локализации, в том числе и РЩЖ. Подавляющее число доброкачественных и злокачественных опухолей щитовидной железы развивается из фолликулярного эпителия, которые имеют разную степень дифференцировки, разные морфогенетические и биохимические особенности, клиническое течение и прогноз.

В динамике канцерогенеза различают несколько последовательных этапов развития опухоли, включающих онкогенную трансформацию клеток, стадию размножения или промоции и стадию опухолевой прогрессии. Стадия инициации или онкогенной трансформации клеток является следствием генотоксического или эпигеномного воздействия канцерогенных факторов физической, химической и биологической природы экзогенного или эндогенного происхождения.

В механизмах развития промоции важная роль отводится нарушениям взаимодействия онкогенов и антионкогенов, увеличению синтеза онкобелков, ограничению синтеза белков-супрессоров, пролиферации, в частности, р53, индукторов апоптоза, ДНК-репарирующих ферментов.

Заключительной фазой канцерогенеза является стадия опухолевой прогрессии. Эта фаза возникает в силу высокой генетической изменчивости и селекции опухолевых клеток под влиянием факторов резистентности организма, отбора все более и более автономных субклонов, ускользающих от гормональных, нервных, гуморальных, в том числе и терапевтических воздействий. В результате опухолевой прогрессии образуются так называемые «стволовые клетки опухолей», способные к постоянному клеточному делению даже вне отсутствия внешних сигналов, индуцирующих пролиферацию, в частности, специфических цитокинов.

Особенностью малигнизированных клеток является спонтанная активация циклинзависимых киназ, ответственных за выход клетки из состояния покоя (GО) и постоянную стимуляцию репликации ДНК и митоза. К таким последствиям приводят структурные изменения рецепторного аппарата клеток, включающего тирозинкиназы, активирующие мутации генов семейства RAS, ?-катенины, экспрессия транскрипционных факторов семейства Myc, а также амплификация генов циклинзависимых киназ и других генетических нарушений.

В условиях нормы каждая клетка получает сигналы за счет факторов роста, стимулирующих пролиферацию, а также факторов, ингибирующих рост клетки и клеток окружающих тканей.

Факторы роста позволяют покоящейся клетке (фаза G0) перейти в следующую фазу цикла (G1), когда клетки находятся под интенсивным воздействием эпидермального фактора роста и фактора роста фибробластов. При этом ряд цитокинов антагонизирует эффекты факторов роста. К ним относятся трансформирующий фактор роста, ?- и ?-интерфероны, фактор некроза опухоли.

Под влиянием ряда «факторов прогрессии», таких как инсулин и инсулиноподобный фактор роста, обеспечивается возможность перехода клетки в следующую стадию митотического
цикла – S-фазу, характеризующуюся репликацией ДНК.

В условиях нормы действие антипролиферативных сигналов основано на активации ингибиторов циклинзависимых киназ семейств InK4, Cip/Kip, приводящей к остановке клеточного цикла в той или иной фазе (G, S, G2 или митозе).

Неопластические клетки, как правило, менее чувствительны к действию ростингибирующих факторов и дисфункции белка p53.

В последние годы получены данные, свидетельствующие о том, что повышение активности теломеразы в малигнизированных клетках приводит не только к достраиванию концевых участков хромосом и, таким образом, предотвращению остановки клеточного деления, но и к стимуляции пролиферации стволовых и незрелых эпителиальных клеток. Повышение активности теломеразы опухолевых клеток связано с гиперэкспрессией Myc, инактивацией р53 и другими факторами.

Одной из характерных особенностей опухолевых клеток является способность к инвазивному росту, обусловленному их свойством продуцировать протеазы, разрушающие внеклеточный матрикс, а также изменениями структуры актинового цитоскелета, подавлению взаимодействия клеток друг с другом. Указанные сдвиги связаны с активацией малых ГТФ-аз семейства Rh0, играющих центральную роль в полимеризации актина.

Прогрессирующее нарушение дифференцировки клеток – один из признаков опухолевой прогрессии, который может быть связан с изменением различных компонентов сигнальных дифференцировочных путей.

При достижении опухолью размеров 2–4 мм возникает стимуляция ангиогенеза за счет выделений в микроокружение малигнизированными клетками ангиогенных цитокинов VEGF, ангиопоэтина-2а, FGF, PD–EGF, а также уменьшения содержания ингибиторов ангиогенеза, таких как тромбоспондин-1, ангиостатин, эндостатин.

Наряду с классическими сосудами, в опухолях могут формироваться так называемые «мозаичные сосуды», частично состоящие из нормальных эндотелиальных клеток, а частично – из опухолевых клеток. Последнее связано с активацией экспрессии в опухолевых клетках ряда белков эндотелиальной дифференцировки – VE–кадгерина, VEGFR2, CD34 и другие.

Инвазивный рост опухоли обеспечивается в процессе трансдифференцировки фибробластов в миофибробласты при участии TGF?.

В процессе активации ряда сигнальных путей, регулируемых Ras и NFkB, малигнизированные клетки продуцируют ИЛ-1, ИЛ-6, ИЛ-8, усиливающих миграцию макрофагов в зону неоплазии. В свою очередь, макрофаги и другие клетки воспаления ускоряют опухолевую прогрессию за счет секреции цитокинов, металлопротеаз, увеличения содержания активных форм кислорода и азота, индуцирующих мутагены.

Характерные биологические особенности малигнизированных клеток представлены ниже:

1. Нестабильность генома, обусловленная аномалиями системы репарации ДНК, инактивацией checkpoints (G1/S или G2/M), подавлением апоптоза. Одним из патогенетических факторов нестабильности генома является увеличение содержания активных форм кислорода в опухолевой клетке.

2. Иммортализация (бессмертие) малигнизированных клеток, обусловленная системой репликативного старения в связи с повышенной активностью теломеразы, обладающей способностью не только достраивать концевые участки хромосом после митотического цикла, но и стимулировать пролиферацию опухолевых и эпителиальных клеток.

3. Подавление процессов апоптоза в результате нарушения проведения апоптогенного сигнала к митохондриям за счет инактивации Fas-рецепторов «смерти», инактивации р53, PTEN, каспаз, ингибирования проницаемости митохондриальных мембран для цитохрома С и AIF.

4. Нарушение межклеточного взаимодействия, реорганизация цитоскелета за счет активации белков семейства Ras, P13KL, малых ГТФ-аз, играющих центральную роль в контроле полимеризации актина, реорганизации цитоскелета и регуляции подвижности клеток.

5. Способность малигнизированных клеток к метастазированию включает следующие этапы: адгезию клеток к базальной мембране, миграцию сквозь соединительную ткань, интравазацию, опухолевую эмболию прекапилляров и капилляров. В процессах метастазирования опухолевых клеток важная роль отводится образованию «ниши» в отдаленных очагах для клеток-пришельцев за счет активации систем протеаз, адгезивных молекул, усилению продукции соответствующих цитокинов.

Приведенные выше общие закономерности формирования биологических особенностей опухолевых клеток позволяют более систематизировано и глубоко представить молекулярно-клеточные механизмы развития РЩЖ.

Роль активации протоонкогенов и подавления активности супрессирующих воздействий на немалигнизированные клетки в развитии рака щитовидной железы

Как известно, формирование новообразований щитовидной железы является многоступенчатым процессом, включающим нарушение механизмов нормальной клеточной пролиферации и дифференцировки. Важнейшими регуляторами ростовой активности тиреоцитов являются тиреотропный гормон, степень экспрессии рецепторов на тиреоцитах к тиреотропному гормону, инсулиноподобные и другие факторы роста, интерлейкины, степень экспрессии онкогенов и генов-супрессии роста и т.д. Стимулирующим эффектом на пролиферацию тиреоцитов обладают фактор роста фибробластов, ИЛ-1, ИЛ-8, эндотелиальный фактор роста.

При иммуногистохимическом исследовании фактор роста фибробластов и его рецептор обнаруживаются в ткани тиреоидных карцином с частотой 79–80 %. Эндотелиальный фактор роста и его рецепторы определяются иммуногистохимическим методом в злокачественных опухолях щитовидной железы и отсутствуют в нормальной тиреоидной ткани и доброкачественных опухолях. В 58 % наблюдений обнаружена экспрессия TER? в отличие от аденом и TFR нормального эпителия. В фолликулярных карциномах это связано с мутацией H-ras.

Под влиянием канцерогенов физической, химической, биологической природы возникают активация онкогенов и усиление синтеза так называемых онкопротеинов, кодирующих факторы роста, рецепторные протеинкиназы, переводящие клетку в фазу G1 (с-ras, c-erdB), блокирующие апоптоз (bic-2) и других. В процессе малигнизации клетка теряет способность реагировать на ингибирующие сигналы, обеспечивающие остановку клеточного цикла деления, переход из G1-фазы в S-фазу, постмитотическую клеточную дифференцировку, развитие апоптоза.

Среди многочисленных клеточных онкогенов наиболее изученными в патогенезе опухолей щитовидной железы являются онкогены семейства Ras. Протоонкогены H-Ras, K-Ras, N-Ras локализуются у человека в разных хромосомах, кодируют синтез белка р21 ras. Последний играет роль в передаче внутриклеточного сигнала от факторов роста, влияющего на пролиферацию и дифференцировку клеток. Не являясь рецептором факторов роста, р21 имеет структурные и функциональные сходства с G-белками.

Установлено, что в процессе развития доброкачественных и злокачественных опухолей щитовидной железы имеют место два механизма активации протоонкогенов семейства Ras, связанных с точковыми мутациями в одном из критических кодонов или с амплификацией онкогена H-Ras. В нормальной клетке белок р21 ras после активации передает сигнал эффекторной молекуле и инактивируется. В малигнизированных клетках белок р21 теряет способность к инактивации после передачи сигнала, что приводит к усилению пролиферации клеток, сдерживанию их дифференцировки.

Активация трех членов семейства онкогенов Ras обнаружена в фолликулярных и папиллярных карциномах щитовидной железы, причем в фолликулярных карциномах частота активации указанных онкогенов составила 80 %, а папиллярных – 20 %.

Как известно, особенностью фолликулярного рака является гематогенное метастазирование, а папиллярного рака – лимфогенное, в то же время обнаружена связь мутаций протоонкогенов Ras при фолликулярном раке с наличием отдаленных метастазов и неблагоприятным прогнозом при низкодифференцированной карциноме. Уровень мутации онкогенов Ras в клетках фолликулярного рака выше в районах с йодной недостаточностью, а при папиллярном раке в тех же районах значительно ниже.

Касаясь имеющихся данных относительно молекулярно-клеточных механизмов развития РЩЖ, следует отметить делецию с-myc – одного из транскрипционных ядерных протеинов. Протоонкогены с-fos и c-jun являются генами быстрого реагирования в регуляции специфических генов–мишеней, выявляющихся в 60 % случаев при РЩЖ. В настоящее время, очевидно, что трансформация Ret–протонкогена в активный онкоген, кодирующий тирозинкиназу, происходит при парацентрической инверсии на участке длинного плеча 10-й хромосомы, что приводит к активации тирозинкиназы и усилению передачи митогенных сигналов на тиреоциты. Так, активированная форма Ret-протоонкогена определяется в клетках папиллярного, а также папиллярно-фолликулярного рака с частотой 20–25 %. Установлено, что точечные наследственные мутации онкогена Ret ассоциированы с синдромом MEH2A, 2B и семейной медуллярной карциномой, причем для папиллярных тиреоидных карцином, экспрессирующих Ret, характерен более благоприятный прогноз, в то время при недифференцированном злокачественном фенотипе тиреоидных карцином имеет место одновременная активация Ret, H-ras, K-ras. Этот факт не случаен: усиление синтеза тирозинкиназы на фоне активации Ret-протоонкогена обеспечивает стимуляцию специфических внутриклеточных взаимодействий ras-протеинов. Последний содержит SH2-домен и обладает ГТФ-фазной активностью и через ряд внутриклеточных посредников обеспечивает активацию ядерных транскрипционных факторов c-fos и c-jun.

Считается, что в клетках щитовидной железы только ras-мутаций недостаточно для онкогенной трансформации клеток. Мутации ras-онкогенов при неоплазии щитовидной железы сочетаются с активацией Met-протоонкогенов и G-протеинов.

Met-протоонкоген активируется в 70–75 % фолликулярного РЩЖ и в 25 % – папиллярного РЩЖ. Клеточный протоонкоген Met кодирует трансмембранную тирозинкиназу – рецептор фактора роста гепатоцитов (HGF-фактор), являющуюся потенциальным митогеном для эпителиальных клеток и обеспечивающую инвазивный рост. Активация клеточного онкогена Met может быть связана с образованием гибридной молекулы и амплификацией. Сверхэкспрессия в малигнизировнных клетках щитовидной железы Met является критерием опухолевой прогрессии и неблагоприятного прогноза.

Важная роль в малигнизации клеток щитовидной железы отводится активации онкогена Ret, возникающей в процессе слияния тирозинкиназного домена протоонкогена Ret с 5-м концом другого гена – Н4 (локус D10S170).

Оба гена находятся на длинном плече 10-й пары хромосомы. Активация онкогена Ret специфична для папиллярного РЩЖ у человека.

Онкоген Trk локализуется в коротком плече 10-й хромосомы, кодирует тирозинкиназу – один из рецепторов фактора роста нервов (NGF), активируется в процессе формирования гибридной молекулы за счет слияния тирозинкиназного и трансмембранного доменов протоонкогена Trk с активирующим геном Tpr. Активированный Trk обнаруживается только при папиллярном РЩЖ.

G-протеин – это прежде всего подсемейство ГТФ-связанных протеинов, включающих ras–подобные белки, обеспечивающие передачу ростового сигнала с рецепторов на внутриклеточные реакции. Мутации G-протеинов имеют место в 25 % случаев при фолликулярном РЩЖ. В механизмах онкогенной трансформации клеток, в том числе и тиреоцитов, необходимо отметить подавление функции генов–супрессоров опухолевой прогрессии – Rb, p53, MDM2.

В отличие от онкогенов, действующих доминантно, антионкогены имеют рецессивный характер проявления, т.е. для опухолевой трансформации клеток необходима инактивация обеих генных аллелей.

Установлено, что Rb является нуклеарным белком, выполняющим роль ростового супрессора за счет снижения активности ряда нуклеарных белков. Отмечено значительное снижение уровня Rb-белка в случаях фолликулярного рака. В 12 % злокачественных опухолей щитовидной железы определяются мутации как Rb, так и р53.

Важнейшим антионкогеном является ген-супрессор р53, который относится к категории доминантных антионкогенов. Последний, как известно, останавливает клетки в фазе G0 клеточного цикла при различных повреждающих воздействиях на ДНК, предохраняя клетки от накопления генных мутаций. Большинство мутаций гена р53 являются точковыми.

При утрате функции гена р53 возможно развитие злокачественных новообразований. При нормальной структуре и функции р53 работает система программированной смерти клеток, снижающая возможность развития канцерогенеза. Установлено, что развитие анапластического РЩЖ сочетается с мутациями р53 в кодоне 273 (замена глутамина на аргинин).

Мутации гена р53 обнаружены в 9 % фолликулярных и в 83 % недифференцированных РЩЖ.

В то же время выявляется одинаковая частота мутаций гена р53 в дифференцированных и недифференцированных формах РЩЖ. Приведенные данные относительно патогенеза РЩЖ убедительно подтверждают общие закономерности развития неоплазии независимо от локализации, постулированные в современной концепции канцерогенеза – активации онкогенов и инактивации генов – супрессоров, обеспечивающих стадии развития инициации, промоции и опухолевой прогрессии.

Мутации р53 чаще всего обнаруживаются на поздних стадиях РЩЖ, а сочетание их с активацией ras- и Gs?-протоонкогенов свидетельствует о повышенной агрессивности рака.

Протеин MDM2 инактивирует ген р53 в процессе комплексирования с ним. Экспрессия данного протеина обнаруживается в ткани РЩЖ и не выявляется при доброкачественных новообразованиях.


Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074