stringtranslate.com

Онкоген

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

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 апоптотическими или опухолевыми супрессорными генами 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]

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]

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  [фр] , 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

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)

Активация

От протоонкогена к онкогену

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

  1. Мутация в протоонкогене или в регуляторной области (например, в области промотора) может вызвать изменение структуры белка, вызывая
  2. Увеличение количества определенного белка (концентрации белка), вызванное
    • увеличение экспрессии белка (из-за нарушения регуляции)
    • увеличение стабильности белка (мРНК), продлевая его существование и, следовательно, его активность в клетке
    • дупликация генов (один из типов хромосомных аномалий ), приводящая к увеличению количества белка в клетке
  3. Хромосомная транслокация (еще один тип хромосомной аномалии )
    • Существует 2 различных типа хромосомных транслокаций, которые могут произойти:
    1. транслокационные события, которые перемещают протоонкоген в новое место хромосомы, что приводит к более высокой экспрессии
    2. события транслокации, которые приводят к слиянию протоонкогена и второго гена (это создает белок слияния с повышенной раковой/онкогенной активностью)
      • экспрессия конститутивно активного гибридного белка . Этот тип мутации в делящейся стволовой клетке в костном мозге приводит к лейкемии у взрослых
      • Филадельфийская хромосома является примером такого типа транслокационного события. Эта хромосома была открыта в 1960 году Питером Ноуэллом и Дэвидом Хангерфордом, и она представляет собой слияние частей ДНК из хромосомы 22 и хромосомы 9. Разорванный конец хромосомы 22 содержит ген «BCR», который сливается с фрагментом хромосомы 9, содержащим ген « ABL1 ». Когда эти два фрагмента хромосомы сливаются, гены также сливаются, создавая новый ген: «BCR-ABL». Этот слитый ген кодирует белок, который демонстрирует 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 неконтролируемому росту и делению клетки (клетка становится раковой). В результате Филадельфийская хромосома связана с хроническим миелоидным лейкозом (как упоминалось ранее), а также с другими формами лейкемии. [23]

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.

Классификация

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:

Дополнительные свойства онкогенетических регуляторов включают:

  • Факторы роста обычно секретируются либо специализированными, либо неспециализированными клетками, чтобы вызвать пролиферацию клеток в себе, соседних клетках или отдаленных клетках. Онкоген может заставить клетку секретировать факторы роста, даже если она обычно этого не делает. Тем самым он вызовет собственную неконтролируемую пролиферацию ( аутокринная петля ) и пролиферацию соседних клеток, что может привести к образованию опухоли. Он 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 (которая получает белковые сигналы извне клетки и передает 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 — это небольшая ГТФаза, которая гидролизует ГТФ до ГДФ и фосфата. Ras активируется сигнализацией факторов роста (т. е. EGF, TGFbeta) и действует как бинарный переключатель (вкл./выкл.) в сигнальных путях роста. Нижестоящие эффекторы Ras включают три митоген-активируемые протеинкиназы Raf a MAP Kinase Kinase (MAPKKK), MEK a MAP Kinase Kinase (MAPKK) и ERK a MAP Kinase (MAPK), которые, в свою очередь, регулируют гены, опосредующие пролиферацию клеток. [37]

Смотрите также

Ссылки

  1. ^ Wilbur B, ред. (2009). Мир клетки (7-е изд.). Сан-Франциско, Калифорния.{{cite book}}: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )
  2. ^ ab Страницы биологии Кимбалла. Архивировано 2017-12-31 в Wayback Machine "Онкогены" Бесплатный полный текст
  3. ^ Нобелевская премия по физиологии и медицине 2002 года. Иллюстрированная презентация.
  4. ^ Croce CM (январь 2008 г.). «Онкогены и рак». The New England Journal of Medicine . 358 (5): 502–511. doi :10.1056/NEJMra072367. PMID  18234754.
  5. ^ Yokota J (март 2000 г.). «Прогрессирование опухоли и метастазы». Канцерогенез . 21 (3): 497–503. doi : 10.1093/carcin/21.3.497 . PMID  10688870.
  6. ↑ Нобелевская премия по физиологии и медицине 1989 года Дж. Майклу Бишопу и Гарольду Э. Вармусу за открытие «клеточного происхождения ретровирусных онкогенов».
  7. ^ Нидерхубер, Джон Э.; Армитидж, Джеймс О.; Дорошов, 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 2023-12-10
  8. ^ Адлер Джаффе, Шошана; Якобсон, Кендал; Фарнбах Пирсон, Эми В.; Бака, Лила А.; Димауро, Нина; Кано, Мирия (05.05.2023). ««Попала ли я каким-то образом в сумеречную зону?»: опыт лиц, ухаживающих за больными раком из числа сексуальных и гендерных меньшинств во время COVID». Причины и контроль рака . 34 (7): 563–568. doi :10.1007/s10552-023-01708-9. ISSN  0957-5243. PMC 10161178. PMID 37145262  . 
  9. ^ Teh, Bin Tean; Fearon, Eric R. (2020), «Генетические и эпигенетические изменения при раке», Abeloff’s Clinical Oncology , Elsevier, стр. 209–224.e2, doi :10.1016/b978-0-323-47674-4.00014-1, ISBN 9780323476744, получено 2023-12-10
  10. ^ Чэнь, Цюнфэн; Цзинь, Цзингуан; Го, Вэньхуэй; Тан, Чжиминь; Ло, Юньфэй; Ин, Ин; Линь, Хуэй; Ло, Чжицзюнь (2022-08-08). "PEBP4 направляет злокачественное поведение клеток гепатоцеллюлярной карциномы посредством регулирования mTORC1 и mTORC2". Международный журнал молекулярных наук . 23 (15): 8798. doi : 10.3390/ijms23158798 . ISSN  1422-0067. PMC 9369291. PMID 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 (1 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», Онкогены , т. 47, Бостон, Массачусетс: Springer US, стр. 319–330, doi :10.1007/978-1-4613-1599-5_14, ISBN 978-1-4612-8885-5, PMID  2577004 , получено 2023-12-10
  13. ^ Бовери Т (1914). Zur Frage der Entstehung злокачественных опухолей . Йена: Густав Фишер.
  14. ^ Император всех болезней , Сиддхартха Мукерджи, 2011, стр. 363
  15. ^ Мартин GS (июнь 2001 г.). «Охота на Src». Nature Reviews. Молекулярная клеточная биология . 2 (6): 467–475. doi :10.1038/35073094. PMID  11389470. S2CID  205016442.
  16. ^ Czernilofsky AP, Levinson AD, Varmus HE, Bishop JM, Tischer E, Goodman HM (сентябрь 1980 г.). «Нуклеотидная последовательность онкогена вируса саркомы птиц (src) и предложенная аминокислотная последовательность для продукта гена». Nature . 287 (5779): 198–203. Bibcode :1980Natur.287..198C. doi :10.1038/287198a0. PMID  6253794. S2CID  4231060.
  17. ↑ Нобелевская премия по физиологии и медицине за 1989 год совместно присуждена Дж. Майклу Бишопу и Гарольду Э. Вармусу за открытие «клеточного происхождения ретровирусных онкогенов». Пресс-релиз.
  18. ^ Shih C, Weinberg RA (май 1982). «Выделение трансформирующей последовательности из линии клеток карциномы мочевого пузыря человека». Cell . 29 (1): 161–169. doi :10.1016/0092-8674(82)90100-3. PMID  6286138. S2CID  12046552.
  19. ^ Lowry F (5 мая 2011 г.). «Роберт Вайнберг награжден за открытие онкогенов». Medscape . Получено 6 февраля 2020 г.
  20. ^ Reddy EP, Reynolds RK, Santos E, Barbacid M (ноябрь 1982 г.). «Точечная мутация ответственна за приобретение трансформирующих свойств онкогеном карциномы мочевого пузыря человека T24». Nature . 300 (5888): 149–152. Bibcode :1982Natur.300..149R. doi :10.1038/300149a0. PMID  7133135. S2CID  34599264.
  21. ^ Митчелл RS, Кумар V, Аббас AK, Фаусто N (2007). "Глава 20 - Новообразования щитовидной железы". Robbins Basic Pathology (8-е изд.). Филадельфия: Saunders. ISBN 978-1-4160-2973-1.
  22. ^ Тодд Р., Вонг Д.Т. (1999). «Онкогены». Исследования противораковых заболеваний . 19 (6A): 4729–4746. PMID  10697588.
  23. ^ Chial H (2008). «Протоонкогены в онкогены в рак». Nature Education . 1 (1).
  24. ^ Negrini M, Ferracin M, Sabbioni S, Croce CM (июнь 2007 г.). «МикроРНК в раке человека: от исследований к терапии». Journal of Cell Science . 120 (Pt 11): 1833–1840. doi : 10.1242/jcs.03450 . PMID  17515481.
  25. ^ Esquela-Kerscher A, Slack FJ (апрель 2006 г.). «Онкомиры — микроРНК, играющие роль в развитии рака». Nature Reviews. Cancer . 6 (4): 259–269. doi :10.1038/nrc1840. PMID  16557279. S2CID  10620165.
  26. ^ "Страница медицинской биохимии". Архивировано из оригинала 2021-01-26 . Получено 2007-03-12 .
  27. ^ Press RD, Misra A, Gillaspy G, Samols D, Goldthwait DA (июнь 1989). «Контроль экспрессии мРНК c-sis в клетках глиобластомы человека с помощью форболового эфира и трансформирующего фактора роста бета 1». Cancer Research . 49 (11): 2914–2920. PMID  2655888.
  28. ^ Gschwind A, Fischer OM, Ullrich A (май 2004). «Открытие рецепторных тирозинкиназ: мишени для терапии рака». Nature Reviews. Cancer . 4 (5): 361–370. doi :10.1038/nrc1360. PMID  15122207. S2CID  6939454.
  29. ^ Summy JM, Gallick GE (декабрь 2003 г.). «Киназы семейства Src в прогрессировании опухолей и метастазах». Cancer and Metastasis Reviews . 22 (4): 337–358. doi :10.1023/A:1023772912750. PMID  12884910. S2CID  12380282.
  30. ^ Thomas SM, Brugge JS (1 ноября 1997 г.). «Клеточные функции, регулируемые киназами семейства Src». Annual Review of Cell and Developmental Biology . 13 (1): 513–609. doi :10.1146/annurev.cellbio.13.1.513. PMID  9442882.
  31. ^ Гарнетт М.Дж., Маре Р. (октябрь 2004 г.). «Виновен по предъявленному обвинению: B-RAF — онкоген человека». Cancer Cell . 6 (4): 313–319. doi : 10.1016/j.ccr.2004.09.022 . PMID  15488754.
  32. ^ Leicht DT, Balan V, Kaplun A, Singh-Gupta V, Kaplun L, Dobson M, Tzivion G (август 2007 г.). «Raf-киназы: функция, регуляция и роль в развитии рака у человека». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Molecular Cell Research . 1773 (8): 1196–1212. doi :10.1016/j.bbamcr.2007.05.001. PMC 1986673. PMID  17555829 . 
  33. ^ Bos JL (сентябрь 1989). "ras онкогены при раке человека: обзор". Cancer Research . 49 (17): 4682–4689. PMID  2547513.
  34. ^ Hilgenfeld R (декабрь 1995 г.). «Регуляторные ГТФазы». Current Opinion in Structural Biology . 5 (6): 810–817. doi :10.1016/0959-440X(95)80015-8. PMID  8749370.
  35. ^ Felsher DW, Bishop JM (август 1999). «Обратимый опухолегенез MYC в гемопоэтических линиях». Molecular Cell . 4 (2): 199–207. doi : 10.1016/S1097-2765(00)80367-6 . PMID  10488335.
  36. ^ Занконато, Франческа; Корденонси, Микеланджело; Пикколо, Стефано (2016-06-13). «YAP/TAZ у истоков рака». Cancer Cell . 29 (6): 783–803. doi :10.1016/j.ccell.2016.05.005. ISSN  1535-6108. PMC 6186419. PMID  27300434 . 
  37. ^ Cargnello M, Roux PP (март 2011). «Активация и функция MAPK и их субстратов, MAPK-активируемых протеинкиназ». Microbiology and Molecular Biology Reviews . 75 (1): 50–83. doi :10.1128/MMBR.00031-10. PMC 3063353. PMID  21372320 . 

Внешние ссылки

На Викискладе есть медиафайлы по теме Протоонкогенные белки .