Введение
Итак, с момента завершения программы «Геном человека» мы вступили в эру молекулярной медицины, которая, помимо всего прочего, подразумевает выяснение генной природы многих наследственных и многофакторных заболеваний, а так же различных патологических состояний, на первый взгляд с генетикой не связанных. Важной характеристикой молекулярной медицины является ее индивидуальный характер и профилактическая направленность, благодаря чему масштабные сведения о геноме могут быть получены задолго до начала заболевания, а профилактические мероприятия если и не полностью ликвидировать, то значительно снизить риски.
Причины возникновения рака
Конечно, онкология - одна из актуальных точек приложения этого направления медицины, потому как наряду с сердечно-сосудистыми заболеваниями, является ведущей причиной инвалидизации и смертности (около 20% от всех случаев). Практически каждая семья, так или иначе, сталкивается с этой проблемой. Каковы же современные представления об онкогенезе (причинах возникновения рака)?
Во-первых, рак - это не одно заболевание, это сложный многоступенчатый процесс, в основе которого находятся мутации и разбалансировка механизмов функционирования генома соматических клеток. Так что, по современным представлениям, рак - это генетическая болезнь (не будем забывать, что генетика - это не только изучение наследственности, но и изучение изменчивости генома в течении жизни). Существуют как семейные, так и спорадические формы рака.
Рак и наследственность
Семейные, или менделирующие, формы четко прослеживаются в родословной. К счастью, они занимают не более 5% от всех видов опухолей, однако часто сопровождаются ранним, агрессивным дебютом с вовлечением многих органов и тканей. Именно про такие случаи часто говорят: «унаследовал рак». Хочу подчеркнуть, однако, что здесь мы имеем дело не с наследованием болезни, как таковой, не с наследованием рака, а с наследованием мутации, которая значительно повышает вероятность возникновения определенного вида опухоли.
Что же такое мутация и почему она возникает?
Любое изменение в молекуле ДНК или структуре хромосом можно назвать мутацией (о геномных и хромосомных мутациях я писала подробно в своем блоге). Мутагенез (процесс появления мутаций) является инструментом эволюции, инструментом видообразования и идет постоянно, а так же является механизмом адаптации организмов к изменениям среды обитания.
Мутации часто возникают под влиянием различных условий внешней среды, к которым можно отнести естественное и искусственное ионизирующее излучение, различные химические вещества, в том числе употребляемые в пищу или принимаемые в виде фармацевтических препаратов и т. д. Такие вещества называются мутагены - т. е. провоцирующие возникновение мутаций. Почти все они (по-совместительству) еще и канцерогены - т. е провоцирующие возникновение мутаций, приводящих к развитию опухоли.
Одни мутации могут содержаться в геноме половых клеток (гамет) - это герминальные мутации. Тогда они наследуются и вызывают генетические болезни, проявление которых часто сопровождается тяжелыми пороками развития органов и систем.
Другие мутации возникают в соматических клетках (все клетки организма за исключением гамет) и потомству не передаются - это соматические мутации. Последствия соматических мутаций тоже могут быть очень разными: от тяжелых врожденных пороков развития, если мутация произошла на ранних этапах эмбриогенеза, до отсутствия какого-либо видимого эффекта. Однако, некоторые соматические мутации приводят к появлению новообразования - опухоли, злокачественной или доброкачественной. Опухоль - это скопление неконтролируемо делящихся клеток, способных (злокачественная) или не способных (доброкачественная) к прорастанию в соседние ткани и миграцию в отдаленные участки организма (метастазированию).
Почему мутации приводят к опухолям?
Дело в том, что все гены в организме выполняют определенную работу, некоторые из них контролируют процессы деления, роста и своевременную гибель клеток (апоптоз). Существует 2 типа регуляторов этих процессов: позитивные, способные индуцировать деление и негативные, препятствующие этому. В процессе эволюции были выработаны мощные механизмы поддержания равновесия между этими системами регуляции, нарушение его приводит к опухолевому росту.
К позитивным регуляторам можно отнести протоонкогены - это здоровые гены, они есть у всех и наиболее активны в эмбриональном периоде, т к именно в это время деление клеток должно находиться под очень строгим контролем. Протоонкогены кодируют важные белки, приносящие, принимающие и передающие сигналы извне (факторы роста и рецепторы клеточной поверхности), белки, которые «включают» гены (транскрипционные факторы) и другие белки, которые делают еще очень много полезной работы.
Мутация способна превратить протоонкоген в онкоген. Такие мутации проявляются уже при повреждении одной копии гена (в гетерозиготном состоянии) т.е. являются активизирующими и доминантными. Активация происходит 3-мя путями, которые можно условно обозначит, как:
- Мутировать. Если в результате мутации изменяется кодирующая последовательность гена, то он может начать синтезировать сверхактивный видоизмененный белок, что через цепочку реакций приведет к стимуляция деления клетки.
- Копировать. Если в результате мутации кодирующий участок гена амплифицируется (появляется много копий), то такой онкоген синтезирует нормальный белок, но в больших количествах.
- Перемещаться. Если в результате мутации ген перемещается в другое место генома и начинает активнее работать, стимулируемый новым окружением, то он синтезирует, либо нормальный белок в больших количествах, либо сверхактивный видоизмененный белок.
Негативных регуляторов известно несколько больше. Они называются гены-супрессоры опухолевого роста (еще иногда их называют анти-онкогенами). Канцерогенный эффект этих генов проявляется только при полной инактивации их функции, т. е в гомозиготном состоянии. Следовательно, мутации в этих генах рецессивные. Эти гены имеют несколько отличительных характеристик, важнейшей из которых является то, что можно унаследовать одну мутантную копию гена-супрессора опухолевого роста и быть гетерозиготой по аллелям данного гена. Такие люди имеют повышенную наследственную предрасположенность к опухолям. Гены-супрессоры очень разнородны, условно их разделяют на группы:
- Хранители клеточного цикла (ХКЦ) - регулируют клеточный цикл. Самые известные гены этой группы RB1 (ген ретинобластомы) и TP53 («страж генома»)
- Гены-«дворники» - участвуют в репарации поломок ДНК. Мутации в обеих аллелях этих генов приводят к раку «косвенно», за счет накопления вторичных мутаций. К этой группе относятся BRCA1, BRCA2 (рак груди и яичников). Однако, злокачественная трансформация клетки- это сложный, многоступенчатый процесс, предполагающий накопление, как мутаций, так и других функциональных нарушений. На сегодняшний день используется «двухударная» модель канцерогенеза. Она предполагает, что для перехода нормальной клетки в опухолевую необходимо 2 последовательных события («удара»):
- 1 Удар: мутация, повышающая риск опухолевой трансформации, которая может быть, как герминальной, так и соматической.
- 2 Удар: соматическая мутация или утрата функции гена в результате химической инактивации (например, метилирования), т е из-за эпигенетических событий. Эпигенетическое подавление экспрессии (активности) генов это нормальный механизм «включения-выключения» генов, однако, случившись невовремя, расценивается как функциональная мутация.
Это очень общая модель, однако, она составляет основу для понимания механизмов болезни и для поиска путей лечения.
Мутация - не равно болезнь!
К счастью, мутации не обязательно приводят к патологии, многие из них никак себя не проявляют и называются нейтральными, «молчащими» или генетическим полиморфизмом. Т.е в большинстве случаев изменение гена не делает его хуже, а делает его другим. Простым примером, подтверждающим это, может служить тот факт, что разный цвет глаз, волос и кожи - это проявление мутаций в соответствующих генах. Однако, никому не приходит в голову объявлять голубоглазых или рыжеволосых больными.
Поэтому, надо четко понимать, что мутация и генетическое заболевание - это не одно и то же! Гены не для того, что бы вызывать заболевание!
Употребление термина «мутация» с четкой привязкой к патологическому процессу, уравнивание понятий «мутация-болезнь» - это чисто медицинский сленг, принятый для удобства сообщения и усвоения информации, потому как медицина занимается изучением болезней и поиском путей их лечения.
На сегодняшний день, например, благодаря накопленным знаниям, уже удалось создать препараты таргетной («прицельной») терапии для некоторых видов рака. Это препараты, которые направленно уничтожают мутантные, больные клетки, максимально бережно относясь к здоровым. Создание таких препаратов произвело революцию в лечении онкологических заболеваний, значительно увеличилась безрецидивная выживаемость и качество жизни больных людей. Именно систематизация накопленных знаний позволила успешно внедрять в клиническую практику методы ранней диагностики, которые способствуют как постановке диагноза, так и точному прогнозу и оптимизации терапии. Семимильными шагами развивающаяся онкофармакогеномика широко использует методы генетического тестирования для еще большей индивидуализации лечения. Так что в современном мире рак - это НЕ приговор. Читайте нас дальше и будьте здоровы!
Список литературы:
- «Наследственные болезни» Национальное руководство/ под ред. акад. РАМН НП Бочкова, акад. РАМН ЕК Гинтера, акад. РАМН ВП Пузырева, Москва, издательская группа «ГЭОТАР-Медиа» 2012г-936с.
- Медицинская генетика: учебное пособие/Роберт Л. Ньюссбаум, Родерик Р. Мак-Иннес, Хантингтон Ф. Виллард ; пер. с англ. АШ Латыпова; под ред. НП Бочкова, Москва, издательская группа «ГЭОТАР-Медиа» 2010г-624с.
- Дэвид Кларк, Лонни Рассел «Молекулярная биология: простой и занимательный подход»/ пер. с англ., издание 2-е, Москва, ЗАО «Компания КОНД», 2004г-472с.
- Геномика-медицине. Научное издание/ под ред. акад. РАМН ВИ Иванова и акад. РАН ЛЛ Киселева, Москва, ИКЦ «Академкнига», 2005г-392с.
- Клаг Уильям С., Каммингс Майкл Р. «Основы генетики»/ пер. с англ. АА Лушниковой, СС мусаткина, Москва, ТЕХНОСФЕРА, 2007г-896с.
