stringtranslate.com

Онкоген

Иллюстрация того, как нормальная клетка превращается в раковую, когда онкоген активируется.

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 форме быстрой гибели клеток ( апоптоз ), когда критические функции изменяются и выходят из строя. Активированные онкогены могут привести к выживанию и пролиферации клеток, предназначенных для апоптоза. [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 с усилением функции), они предрасполагают клетку к раку; поэтому их называют «онкогенами». Обычно несколько онкогенов вместе с мутировавшими генами апоптоза или генами-супрессорами опухолей действуют согласованно, вызывая рак. С 1970-х годов при раке человека были идентифицированы десятки онкогенов. Многие лекарства от рака 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 воздействие на множество сложных регуляторных каскадов внутри клетки.

Гены, известные как протоонкогены, — это те, которые регулярно стимулируют рост и деление клеток с целью создания новых клеток или поддержания жизнеспособности ранее существовавших клеток. При сверхэкспрессии протоонкогены могут быть непреднамеренно активированы (включены), в этом случае их называют онкогенами. [7]

Существует множество способов активировать (включить) онкогены в клетках:

Генные изменения или мутации. Генетическое «кодирование» человека может отличаться таким образом, что онкоген всегда активируется. Эти типы генных изменений могут развиваться спонтанно на протяжении всей жизни человека или могут быть унаследованы от родителя, когда во время деления клеток возникает ошибка транскрипции . [8]

Клетки часто могут включать или 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 раздел «Генные изменения и рак», чтобы узнать больше об эпигенетических изменениях.

Хромосомная перестройка. У каждого живого существа есть хромосомы, которые представляют собой существенные цепи ДНК , содержащие гены 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 «включатель», поддерживая его активность даже тогда, когда этого не должно быть. С помощью этого нового онкогена клетка может развиваться нерегулярно. [9]

Дупликация гена: если одна клетка имеет больше копий гена, чем другая, эта клетка может производить слишком много определенного белка.

Первый человеческий онкоген (HRAS), важнейшее открытие в области исследований рака, был открыт более 40 лет назад, и с тех пор число новых патогенных онкогенов неуклонно растет. Открытие специфических низкомолекулярных ингибиторов, которые специфически нацелены на различные онкогенные белки, и всесторонний механистический анализ того, как онкогены нарушают регуляцию физиологической передачи сигналов, вызывая различные типы рака и синдромы развития, являются потенциальными будущими достижениями в области исследований рака. Целью этого специального выпуска, посвященного быстро расширяющейся области молекулярных исследований онкогенов, было создание практических трансляционных индикаторов, которые могли бы удовлетворить клинические потребности. [10]

Гены, которые считаются решающими для развития рака, можно разделить на две категории в зависимости от того, приводят ли вредные мутации в них к потере или усилению функций. Мутации протоонкогенов, приводящие к увеличению функции, заставляют клетки размножаться, хотя этого не следует делать, в то время как мутации, приводящие к потере функции генов-супрессоров опухолей, освобождают клетки от ингибирования, которое обычно служит для контроля их численности. Способность мутантных генов, известных как онкогены, направлять определенную линию тест-клеток в сторону злокачественной пролиферации может иногда использоваться для идентификации этих более поздних мутаций, которые имеют доминирующий эффект.

Первоначально было обнаружено, что многие из них вызывают рак у животных, когда они вводятся через вирусный вектор, который несет генетическую информацию от предыдущей клетки-хозяина. Другой метод идентификации онкогенов — поиск генов, которые активируются мутациями в раковых клетках человека или хромосомными транслокациями, которые могут указывать на наличие гена, имеющего решающее значение для рака. [11]

Онкоген как прогностический маркер в терапии рака

Больных раком часто стратифицируют по клиническим параметрам, чтобы адаптировать терапию рака. Например, важно разделение больных острым лейкозом на больных лимфоцитарным лейкозом и больных миелолейкозом, поскольку оптимальное лечение для каждой формы различно. Даже при конкретном заболевании выявление пациентов с хорошим и плохим прогностическим потенциалом полезно, поскольку для достижения излечения в группе с плохим прогностическим потенциалом может потребоваться более агрессивная терапия. Онкогены являются прогностическими маркерами при некоторых видах рака человека. Амплификация N-myc является независимым фактором, определяющим прогноз неблагоприятного исхода при нейробластоме у детей. Дети с амплификацией N-myc, независимо от стадии, будут иметь меньшую выживаемость [1,2]. Таким образом, текущие терапевтические усилия сосредоточены на усилении лечения в этой группе с плохим прогнозом. [12]

История

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]

Позже термин «онкоген» был заново открыт в 1969 году учеными Национального института рака Джорджем Тодаро и Робертом Хюбнером . [14]

Первый подтвержденный онкоген был обнаружен в 1970 году и получил название SRC (произносится как «саркома», поскольку это сокращение от саркомы). SRC был впервые обнаружен как онкоген куриного ретровируса . Эксперименты, проведенные доктором Дж. Стивом Мартином из Калифорнийского университета в Беркли, продемонстрировали, что SRC действительно был геном вируса, который действовал как онкоген при заражении. [15] Первая нуклеотидная последовательность v -Src была секвенирована в 1980 году AP Czernilofsky et al. [16]

В 1976 году д-р. Доминик Стелен  [ фр ] , Дж. Майкл Бишоп и Гарольд Э. Вармус из Калифорнийского университета в Сан-Франциско продемонстрировали, что онкогены представляют собой активированные протоонкогены, которые обнаружены 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 Барбацидом и опубликована в журнале Nature в 1982 году . [20] Доктор Барбацид провел следующие месяцы, расширяя свои исследования, в конечном итоге обнаружив, что онкоген представлял собой мутировавший аллель HRAS и характеризул механизм его активации.

Полученный белок, кодируемый онкогеном, называется онкопротеином . [21] Онкогены играют важную роль в регуляции или синтезе белков, связанных с ростом онкогенных клеток. Некоторые онкопротеины принимаются и используются в качестве опухолевых маркеров.

Протоонкоген

Протоонкоген — это нормальный ген, который может стать онкогеном из-за мутаций или повышенной экспрессии . Протоонкогены кодируют белки , которые помогают регулировать рост и дифференцировку клеток . Протоонкогены часто участвуют в передаче сигналов и реализации митогенных сигналов, обычно через свои белковые продукты. Приобретя активирующую мутацию, протоонкоген становится опухолеиндуцирующим агентом — онкогеном. [22] Примеры протоонкогенов включают RAS , WNT , MYC , ERK и TRK . Ген MYC участвует в развитии лимфомы Беркитта , которая начинается, когда хромосомная транслокация перемещает энхансерную последовательность в пределах гена MYC. Ген MYC кодирует широко используемые факторы транскрипции. Когда последовательность энхансера расположена неправильно, эти факторы транскрипции производятся с гораздо большей скоростью. Другим примером онкогена является ген Bcr-Abl , обнаруженный на филадельфийской хромосоме , фрагменте генетического материала, наблюдаемого при хроническом миелогенном лейкозе, вызванном транслокацией фрагментов хромосом 9 и 22. Bcr-Abl кодирует тирозинкиназу, которая конститутивно активен, что приводит к неконтролируемой пролиферации клеток. (Более подробную информацию о Филадельфийской хромосоме см. ниже)

Активация

От протоонкогена к онкогену

Протоонкоген может стать онкогеном путем относительно небольшой модификации своей исходной функции. Существует три основных метода активации:

  1. Мутация внутри протоонкогена или внутри регуляторной области (например, области промотора) может вызвать изменение структуры белка, вызывая
  2. Увеличение количества определенного белка (концентрации белка), вызванное
    • увеличение экспрессии белка (за счет неправильной регуляции)
    • повышение стабильности белка (мРНК), продлевающее его существование и, следовательно, его активность в клетке
    • дупликация гена (один тип хромосомной аномалии ), приводящая к увеличению количества белка в клетке
  3. Хромосомная транслокация (еще один тип хромосомной аномалии )
    • Существует два различных типа хромосомных транслокаций:
    1. события транслокации, которые перемещают протоонкоген в новый хромосомный участок, что приводит к более высокой экспрессии
    2. события транслокации, которые приводят к слиянию протоонкогена и 2-го гена (это создает слитый белок с повышенной раковой/онкогенной активностью)
      • экспрессия конститутивно активного гибридного белка . Этот тип мутации в делящихся стволовых клетках костного мозга приводит к лейкемии у взрослых.
      • Филадельфийская хромосома является примером такого типа транслокации. Эта хромосома была открыта в 1960 году Питером Ноуэллом и Дэвидом Хангерфордом и представляет собой слияние частей ДНК хромосомы 22 и хромосомы 9. Обломанный конец хромосомы 22 содержит ген «BCR», который сливается с фрагментом хромосомы 9. содержащий ген « ABL1 ». Когда эти два фрагмента хромосомы сливаются, гены также сливаются, образуя новый ген: «BCR-ABL». Этот слитый ген кодирует белок, который проявляет высокую активность протеинтирозинкиназы (эта активность обусловлена ​​половиной белка «ABL1»). Нерегулируемая экспрессия этого белка активирует другие белки, которые участвуют в клеточном цикле и делении клеток, что может привести к бесконтрольному росту и делению клетки (клетка становится раковой). В результате Филадельфийская хромосома связана с хроническим миелогенным лейкозом (как упоминалось ранее), а также с другими формами лейкоза. [23]

Экспрессию онкогенов можно регулировать с помощью микроРНК (миРНК), небольших 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 быть использованы для блокирования эффектов онкогенов.

Классификация

Существует несколько систем классификации онкогенов [26] , но общепринятого стандарта пока нет. Иногда они группируются как пространственно (перемещаясь снаружи клетки внутрь), так и хронологически (параллельно «нормальному» процессу передачи сигнала). Обычно используются несколько категорий:

Дополнительные свойства онкогенетического регулятора включают:

  • Факторы роста обычно секретируются либо специализированными, либо неспециализированными клетками, чтобы индуцировать пролиферацию клеток самих себя, близлежащих или отдаленных клеток. Онкоген может заставить клетку секретировать факторы роста, хотя обычно она этого не делает. Таким образом, он вызывает собственную неконтролируемую пролиферацию ( аутокринную петлю ) и пролиферацию соседних клеток, что может привести к образованию опухоли. Это также может вызвать выработку гормонов роста в других частях тела.
  • Рецепторные тирозинкиназы добавляют фосфатные группы к другим белкам, чтобы включить или выключить их. Рецепторные киназы добавляют фосфатные группы к рецепторным белкам на поверхности клетки (которые получают белковые сигналы снаружи клетки и передают их внутрь клетки). Тирозинкиназы добавляют фосфатные группы к аминокислоте тирозину в целевом белке. Они могут вызывать рак, постоянно включая рецептор (конститутивно), даже без сигналов извне клетки.
  • Ras представляет собой небольшую ГТФазу, которая гидролизует ГТФ до ВВП и фосфата. Ras активируется передачей сигналов факторов роста (т.е. EGF, TGFbeta) и действует как бинарный переключатель (включение/выключение) в сигнальных путях роста. Нижестоящие эффекторы Ras включают три митоген-активируемые протеинкиназы: Raf a MAP киназа киназа (MAPKKK), MEK a MAP киназа (MAPKK) и ERK a MAP киназа (MAPK), которые, в свою очередь, регулируют гены, которые опосредуют пролиферацию клеток. [37]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Уилбур Б., изд. (2009). Мир клетки (7-е изд.). Сан - Франциско, Калифорния.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  2. ^ Ab Страницы биологии Кимбалла. «Онкогены» Полный текст бесплатно
  3. ^ Нобелевская премия по физиологии и медицине 2002 г. Иллюстрированная презентация.
  4. ^ Кроче CM (январь 2008 г.). «Онкогены и рак». Медицинский журнал Новой Англии . 358 (5): 502–511. дои : 10.1056/NEJMra072367. ПМИД  18234754.
  5. ^ Ёкота Дж (март 2000 г.). «Прогрессия опухоли и метастазирование». Канцерогенез . 21 (3): 497–503. дои : 10.1093/carcin/21.3.497 . ПМИД  10688870.
  6. ^ Нобелевская премия по физиологии и медицине 1989 года вручена Дж. Майклу Бишопу и Гарольду Э. Вармусу за открытие «клеточного происхождения ретровирусных онкогенов».
  7. ^ Нидерхубер, Джон Э.; Армитидж, Джеймс О.; Дорошоу, Джеймс Х.; Кастан, Майкл Б.; Теппер, Джоэл Э. (2020), «Посвящение», Клиническая онкология Абелоффа , Elsevier, стр. v, doi : 10.1016/b978-0-323-47674-4.00126-2, ISBN 9780323476744, получено 10 декабря 2023 г.
  8. ^ Адлер Яффе, Шошана; Джейкобсон, Кендал; Фарнбах Пирсон, Эми В.; Бака, Лила А.; Димауро, Нина; Кано, Мирия (5 мая 2023 г.). «Я каким-то образом попал в сумеречную зону?»: опыт лиц, ухаживающих за раком из сексуальных и гендерных меньшинств, во время COVID». Причины рака и борьба с ним . 34 (7): 563–568. дои : 10.1007/s10552-023-01708-9. ISSN  0957-5243. ПМЦ 10161178 . ПМИД  37145262. 
  9. ^ Дэ, Бин Тан; Фирон, Эрик Р. (2020), «Генетические и эпигенетические изменения при раке», Клиническая онкология Абелоффа , Elsevier, стр. 209–224.e2, doi : 10.1016/b978-0-323-47674-4.00014-1, ISBN 9780323476744, получено 10 декабря 2023 г.
  10. ^ Чен, Цюнфэн; Цзинь, Цзингуан; Го, Вэньхуэй; Тан, Чжиминь; Ло, Юнфэй; Ин, Ин; Линь, Хуэй; Ло, Чжицзюнь (8 августа 2022 г.). «PEBP4 управляет злокачественным поведением клеток гепатоцеллюлярной карциномы посредством регуляции mTORC1 и mTORC2». Международный журнал молекулярных наук . 23 (15): 8798. doi : 10.3390/ijms23158798 . ISSN  1422-0067. ПМЦ 9369291 . ПМИД  35955931. 
  11. ^ Абуасакер, Бараа; Гарридо, Эдуардо; Вилаплана, Марта; Гомес-Сепеда, Хесус Даниэль; Брун, Соня; Гарсиа-Каджиде, Марта; Мовезен, Кэролайн; Жаумот, Монтсеррат; Пухоль, Мария Долорс; Рубио-Мартинес, Хайме; Агелль, Нойс (01 января 2023 г.). «Спирали α4-α5 на поверхности KRAS могут содержать небольшие соединения, которые усиливают передачу сигналов KRAS, одновременно вызывая гибель клеток CRC». Международный журнал молекулярных наук . 24 (1): 748. doi : 10.3390/ijms24010748 . ISSN  1422-0067. ПМЦ 9821572 . ПМИД  36614192. 
  12. ^ Ларрик, Джеймс В.; Лю, Эдисон (1989), Бенц, Кристофер; Лю, Эдисон (ред.), «Терапевтическое применение онкогенов», Oncogenes , Бостон, Массачусетс: Springer US, vol. 47, стр. 319–330, номер документа : 10.1007/978-1-4613-1599-5_14, ISBN. 978-1-4612-8885-5, PMID  2577004 , получено 10 декабря 2023 г.
  13. ^ Бовери Т (1914). Zur Frage der Entstehung злокачественных опухолей . Йена: Густав Фишер.
  14. ^ Император всех болезней , Сиддхартха Мукерджи, 2011, с. 363
  15. ^ Мартин Г.С. (июнь 2001 г.). «Охота на СРК». Обзоры природы. Молекулярно-клеточная биология . 2 (6): 467–475. дои : 10.1038/35073094. PMID  11389470. S2CID  205016442.
  16. ^ Черниловский А.П., Левинсон А.Д., Вармус Х.Э., Бишоп Дж.М., Тишер Э., Гудман Х.М. (сентябрь 1980 г.). «Нуклеотидная последовательность онкогена вируса саркомы птиц (src) и предлагаемая аминокислотная последовательность для генного продукта». Природа . 287 (5779): 198–203. Бибкод : 1980Natur.287..198C. дои : 10.1038/287198a0. PMID  6253794. S2CID  4231060.
  17. ^ Нобелевская премия по физиологии и медицине за 1989 год совместно Дж. Майклу Бишопу и Гарольду Э. Вармусу за открытие «клеточного происхождения ретровирусных онкогенов». Пресс-релиз.
  18. ^ Ши С., Вайнберг Р.А. (май 1982 г.). «Выделение трансформирующей последовательности из клеточной линии карциномы мочевого пузыря человека». Клетка . 29 (1): 161–169. дои : 10.1016/0092-8674(82)90100-3. PMID  6286138. S2CID  12046552.
  19. ^ Лоури Ф (5 мая 2011 г.). «Роберт Вайнберг награжден за открытие онкогена». Медскейп . Проверено 6 февраля 2020 г.
  20. ^ Редди Э.П., Рейнольдс Р.К., Сантос Э., Барбацид М. (ноябрь 1982 г.). «Точечная мутация ответственна за приобретение трансформирующих свойств онкогеном карциномы мочевого пузыря человека Т24». Природа . 300 (5888): 149–152. Бибкод : 1982Natur.300..149R. дои : 10.1038/300149a0. PMID  7133135. S2CID  34599264.
  21. ^ Митчелл Р.С., Кумар В., Аббас А.К., Фаусто Н. (2007). «Глава 20 — Новообразования щитовидной железы». Основная патология Роббинса (8-е изд.). Филадельфия: Сондерс. ISBN 978-1-4160-2973-1.
  22. ^ Тодд Р., Вонг Д.Т. (1999). «Онкогены». Противораковые исследования . 19 (6А): 4729–4746. ПМИД  10697588.
  23. ^ Чиал Х (2008). «От протоонкогенов к онкогенам к раку». Природное образование . 1 (1).
  24. ^ Негрини М., Феррацин М., Саббиони С., Кроче CM (июнь 2007 г.). «МикроРНК при раке человека: от исследований к терапии». Журнал клеточной науки . 120 (Часть 11): 1833–1840. дои : 10.1242/jcs.03450 . ПМИД  17515481.
  25. ^ Эскела-Кершер А, Slack FJ (апрель 2006 г.). «Онкомиры - микроРНК, играющие роль в развитии рака». Обзоры природы. Рак . 6 (4): 259–269. дои : 10.1038/nrc1840. PMID  16557279. S2CID  10620165.
  26. ^ Страница медицинской биохимии
  27. ^ Пресс РД, Мисра А., Гилласпи Дж., Самолс Д., Голдтуэйт Д.А. (июнь 1989 г.). «Контроль экспрессии мРНК c-sis в клетках глиобластомы человека с помощью сложного эфира форбола и трансформирующего фактора роста бета 1». Исследования рака . 49 (11): 2914–2920. ПМИД  2655888.
  28. ^ Гшвинд А., Фишер О.М., Ульрих А. (май 2004 г.). «Открытие рецепторных тирозинкиназ: мишени для терапии рака». Обзоры природы. Рак . 4 (5): 361–370. дои : 10.1038/nrc1360. PMID  15122207. S2CID  6939454.
  29. ^ Сумми Дж. М., Галлик Г. Е. (декабрь 2003 г.). «Киназы семейства Src в прогрессировании и метастазировании опухоли». Обзоры рака и метастазов . 22 (4): 337–358. дои : 10.1023/А: 1023772912750. PMID  12884910. S2CID  12380282.
  30. ^ Томас С.М., Брюгге JS (1 ноября 1997 г.). «Клеточные функции, регулируемые киназами семейства Src». Ежегодный обзор клеточной биологии и биологии развития . 13 (1): 513–609. doi : 10.1146/annurev.cellbio.13.1.513. ПМИД  9442882.
  31. ^ Гарнетт М.Дж., Марэ Р. (октябрь 2004 г.). «Виновен по обвинению: B-RAF является онкогеном человека». Раковая клетка . 6 (4): 313–319. дои : 10.1016/j.ccr.2004.09.022 . ПМИД  15488754.
  32. ^ Лейхт Д.Т., Балан В., Каплун А., Сингх-Гупта В., Каплун Л., Добсон М., Цивион Г. (август 2007 г.). «Киназы Raf: функция, регуляция и роль при раке человека». Biochimica et Biophysical Acta (BBA) - Исследования молекулярных клеток . 1773 (8): 1196–1212. дои : 10.1016/j.bbamcr.2007.05.001. ЧВК 1986673 . ПМИД  17555829. 
  33. ^ Бос JL (сентябрь 1989 г.). «Онкогены ras при раке человека: обзор». Исследования рака . 49 (17): 4682–4689. ПМИД  2547513.
  34. ^ Хильгенфельд Р. (декабрь 1995 г.). «Регуляторные ГТФазы». Современное мнение в области структурной биологии . 5 (6): 810–817. дои : 10.1016/0959-440X(95)80015-8. ПМИД  8749370.
  35. ^ Фельшер Д.В., епископ Дж.М. (август 1999 г.). «Обратимый онкогенез с помощью MYC в гемопоэтических линиях». Молекулярная клетка . 4 (2): 199–207. дои : 10.1016/S1097-2765(00)80367-6 . ПМИД  10488335.
  36. ^ Занконато, Франческа; Корденонси, Микеланджело; Пикколо, Стефано (13 июня 2016 г.). «ЯП/ТАЗ у корней рака». Раковая клетка . 29 (6): 783–803. doi :10.1016/j.ccell.2016.05.005. ISSN  1535-6108. ПМК 6186419 . ПМИД  27300434. 
  37. ^ Карньелло М., Ру П.П. (март 2011 г.). «Активация и функция МАРК и их субстратов, МАРК-активируемых протеинкиназ». Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 75 (1): 50–83. дои : 10.1128/MMBR.00031-10. ПМК 3063353 . ПМИД  21372320. 

Внешние ссылки

В Wikimedia Commons есть медиафайлы, связанные с протоонкогенными белками .