LINEBURG


<< Пред. стр.

страница 8
(всего 28)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

ные нарушения, обозначаемые синдромом канкрофилии, играют
промоторную функцию, т.е. создают лишь условия, истинный же
канцероген по своей природе должен быть генотоксическим.
Ошибочность данного взгляда раскрывается с позиции кон-
цепции канцерогенного профиля, которая объединяет генотокси-
ческие и негенотоксические факторы. Общим у них является
промоторное действие, которое и является канцерогенным при
определенном уровне воздействия.
Таким образом, если предыдущие концепции рака, связанного
со старением, более полно описали механизм возрастных откло-
нений, то оставалась нерешенной проблема, как состыковать эти
возрастные изменения с механизмом трансформации, т.е. какие
из обнаруженного спектра изменений обладают канцерогенно-
стью.
Концепция рака, связанного со старением, так же как теория
гормонального рака, состоит из двух связанных блоков, где пер-
вый описывает логику (принцип) процессов отклонения основ-
ных гомеостатических систем организма, в результате чего разви-
вается гиперстимуляция пролиферации, а второй блок описывает
механизм трансформации. Эту часть в прежних концепциях не
удалось логично связать с промоторным действием гомеостатиче-
ских отклонений в организме. Таким образом, выявленный меха-
низм рака на почве старения показал, что тканевая теория явля-
ется универсальной моделью и позволяет с единых позиций объ-
яснять разные виды опухолеобразования.
ГЛ ? ?? IV

РЕЦЕПТОРЫ И ФАКТОРЫ РОСТА
В МЕХАНИЗМЕ КАНЦЕРОГЕНЕЗА




1. Пути передачи информации в ядро

Большие усилия были направлены на выявление биохимиче-
ских механизмов, с помощью которых внеклеточные пептиды вы-
зывают биологический ответ в клетках мишени. Успехи были до-
стигнуты в изучении влияния факторов роста на пролиферацию
клеток. Были прослежены новые внутриклеточные пути комплек-
сов гормон-рецептор. Удалось показать, что ряд рецепторов гор-
монов представляет собой бифункциональные трансмембранные
молекулы с каталитической функцией (тирозин-протеинкиназной
активностью), которая возрастает, когда с этими молекулами
связывается гормон. До середины 70-х годов ученые не предпо-
лагали, что пептидные гормоны могут попадать внутрь клетки.
Теперь известно, что вслед за связыванием очень многих пептид-
ных гормонов с поверхностными рецепторами происходит их бы-
строе перемещение в клетку в составе пузырьков и разрушение с
помощью лизосом.
Существует два возможных пути действия факторов роста.
Первый реализуется в случае таких факторов роста, как инсулин
и эпидермальный фактор роста (EGF — от англ, epidermal
growth factor), возможно, он начинается на рецепторах, активи-
зирующих фермент тирозинкиназу (т.е. протеинкиназу, фосфо-
рилирующую белки по остатку аминокислоты тирозина). Он
представляет собой каскад последовательного фосфорилирования
нескольких белков. Другой путь связан с такими факторами, как
фактор роста из тромбоцидов (сокращенно PDGF — от англ,
platelet-derived growth factor), видимо, он идентичен тому пути,
который начинается гормонами и нейромедиаторами (Карпентер,
Коэн, 1987). Попадая на поверхность клетки, PDGF стимулиру-
ет гидролиз фосфатидилинозитол-4,5-дифосфата с образованием
вторичных мессенджеров инозитолтрифосфата и диацилглицеро-
ла, которые затем участвуют в процессах фазы GI, подготавлива-
ющих клетку к синтезу ДНК. Инозитолтрифосфат, вероятно,
вызывает мобилизацию внутриклеточного кальция, а диацилгли-
церол активизирует С-киназу, которая в свою очередь приводит
в действие связанный с мембраной механизм обмена ионов. Этот
механизм выкачивает ионы водорода из клетки, повышая внутри-
клеточный pH. Полагают, что мобилизация кальция и повыше-
ние pH вызывают синтез РНК и белков, необходимых для подго-
товки клетки к репликации ДНК.
Становится понятным, что продукты онкогенов образуют что-
то вроде сложной сети, которая обеспечивает передачу информа-
ции от поверхности клетки к ядру. Одни онкогены (например,
sis) кодируют факторы роста. Факторы роста активизируют дру-
гие онкогены (например, туе и fos), продукты которых функци-
онируют в ядре клетки (Берридж, 1985)
Интересная концепция относительно гормонального контроля
ядерной активности появилась в результате наблюдений, соглас-
но которым очищенный ФРЭ-рецептор и очищенная src-киназа
осуществляют АТР-зависимое взаимодействие с ДНК (Карпен-
тер, Коэн, 1987). В присутствии АТР эти белки способны надре-
зать суперспирализованную ДНК, переводя ее в релаксирован-
ную форму. Эта способность фермента к надрезанию и сшива-
нию в чем-то аналогична свойствам ДНК-топоизомераз


2. Роль факторов роста
в механизме канцерогенеза

Факторы роста и рецепторы являвляются непосредственными
участниками механизма контроля пролиферации клеток По-
скольку нарушение этого механизма является причиной опухоле-
образования, то круг подозреваемых факторов сужается. Иденти-
фикация причины рака конкретизируется. С другой стороны,
факторы роста и рецепторы являются продуктами онкогенов, ко-
торые, согласно теории онкогена, выходят из-под контроля в ре-
зультате необратимых нарушений. Теперь обратимся к фактам и
проанализируем их
Факторы роста и рецепторы (ФРТР и ЭФР) при длительном
добавлении в среду культивирования некоторых клеток способны
вызывать признаки опухолевого фенотипа, которые исчезают по-
сле прекращения добавок этих митогенов (Иващенко, Быкорез,
1990) Данный феномен получил название «фенотипической
трансформации». Факторы роста стимулируют экспрессию p-fos
и р-тус на нескольких типах клеток Протоонкоген с-тус, коди-
рующий ядерный белок, способный связываться с ДНК, нахо-
дится под контролем факторов роста, поскольку в покоящихся
клетках он практически не экспрессируется. На трансгенных мы-
шах — носителях мышиного с-тус, соединенного с LT MMTV,
было показано, что высокий уровень экспрессии myc-трансгена в
эпителии молочных желез сочетается с высокой частотой (90%)
развития аденокарцином молочных желез.
Факторы роста и их рецепторы имеют высокую степень гомо-
логии с белками, кодируемыми вирусными онкогенами, следова-
тельно, их гены являются клеточными протоонкогенами.
Одна из первых концепций определяла опухолевый рост как
извращение нормальных процессов воспаления и регенерации.
Теория «раздражения» Вирхова также исходила из этой основы.
Это сходство получило подтверждение на молекулярно-генетиче-
ском уровне: выявилось участие в этих процессах полипептид-
ных факторов роста, которые играют ключевую роль в стимуля-
ции роста как нормальных клеток, так и трансформированных.
Однозначная интерпретация роли факторов роста в трансформа-
ции с позиции теории онкогена пока затруднена
Одна из основных идей молекулярно-генетической теории о
механизме трансформации состоит в том, что опухолевые клетки
в отличие от нормальных характеризуются автономией, т.е
аутокринной секрецией факторов роста (Sporn, Roberts, 1986) и
наличием рецепторов к ним. Однако было выявлено, что ауто-
кринная секреция факторов роста наблюдается также в клетках
зародышей, эмбрионов и в некоторых регенерирующих клетках
(артериальные гладкомышечные клетки из трансформированных
артерий синтезируют полипептид, сходный с ФРТр, и реагируют
на него) (Bowen-Pope, Sifer,1985). Эти данные коррелируют с
тем, что в клоногенных стволовых клетках обнаружены активи-
зированные онкогены, которые репрессируются по мере созрева-
ния и дифференцировки. Известно, что аутокринная стимуляция
митоза — одно из основных свойств стволовых клеток.
Определение нуклеотидной последовательности м-РНК, коди-
рующих рецепторы различных полипептидных факторов роста,
позволило установить гомологию между ними и белками, кодиру-
емыми вирусными онкогенами (Waterfield et al., 1984, цит. по:
Тараховский, Винницкий, 1990). В этих работах была установле-
на гомология между белком, кодируемым v-erb В, и рецептором
эпидермального фактора роста. Аналогичная гомология установ-
лена для онкогена v-kit и рецептора фактора роста из тромбоци-
тов, v-fms и рецептора фактора, стимулирующего рост колоний
макрофагов. Таким образом, клеточные аналоги вирусных онко-
генов являются генами, кодирующими рецепторы факторов рос-
та. На этом основании было сделано предположение, что их
структурно-функциональные изменения могут приводить к не-
контролируемому делению и появлению преходящего и стабиль-
ного трансформированного фенотипа.
Существует несколько гипотез относительно участия факторов
роста и рецепторов в механизме трансформации. Так, ряд авто-
ров считает, что извращение системы регуляции деления, выра-
жающееся в приобретении клеткой способности к аутокринной
регуляции пролиферации, является одним из характерных
свойств опухолевой клетки. Возможно, считают другие авторы,
утрата клетками способности к старению (иммортализация) явля-
ется этапом, предшествующим трансформации. С другой сторо-
ны, возможно, структурные изменения белков-рецепторов делают
клетки нечувствительными к внешним воздействиям регуляции,
что и приводит к стабилизации трансформированного фенотипа.
Таким образом, рак определяют на молекулярном уровне как па-
тологию механизма регуляции пролиферации, связанного с нару-
шением рецепторов либо факторов роста, являющихся продукта-
ми патологически измененных онкогенов.


3. Биология рецепторов и их участие
в контроле пролиферации
Согласно современному воззрению, рецептором является ком-
понент, который помимо специфического связывания с лигандом
обеспечивает передачу сигнала, т.е. запускает рецепторный про-
цесс, завершающийся биологическим эффектом.
Большинство поверхностных рецепторов, активизируемых
внеклеточными сигналами-лигандами, создают внутриклеточные
сигналы. Они либо изменяют активность связанного с мембраной
фермента, который изменяет концентрацию внутриклеточного ме-
диатора, либо влияют на проницаемость ионных каналов, что
приводит к изменению мембранного потенциала, внутриклеточ-
ной концентрации того или иного иона (Кац, Лаврецкая, 1986).
Многие поверхностные рецепторы связаны с аденилатцикла-
зой. Присоединение лиганда запускает цепь реакций, приводя-
щих к увеличению (иногда к уменьшению) синтеза с АМФ аде-
нилатциклазой.
Когда специфическое связывание лиганда не сопровождается
трансдукцией сигнала, говорят о связывающих лиганд белках,
внерецепторном связывании, акцепторах. В ряде случаев показа-
но, что акцепторы по своей первичной структуре могут быть или
полностью идентичны рецепторам, или представлять обломки по-
следних, т.е. иметь структуру, идентичную структуре одного из
участков рецептора. Представляет интерес происхождение акцеп-
торов за счет частичной деградации рецепторных белков.
Уже давно известно сопряжение многих рецепторов с протеа-
зами. Функциональное значение протеолиза рецепторных моле-
кул разнообразно. Таким путем могут регулироваться взаимоот-
ношения с белками — участниками рецепторного процесса, число
рецепторов, сродство к лиганду (Aroustam, Grunbaum, 1986).
Кроме протеолиза рецепторов, установлена и возможность проте-
олитической деградации лигандов. Эти данные получены для ин-
сулина, глюкагона и других лигандов. Этот процесс рассматрива-
ется как один из возможных механизмов, обусловливающих
окончание действия стимула, или как способ регуляции биологи-
ческого эффекта, осуществляемого на уровне взаимодействия ре-
цептора с лигандом (Duckoworth et al., 1988).
Для большинства рецепторов, помимо обычных путей переда-
чи сигнала, имеются альтернативные механизмы. Многообразны
пути трансдукции сигналов у рецепторов, изменяющих активно-
сти ферментов, что воздействует на степень фосфорилирования
белков (рецепторы инсулина, эпидермальный фактор роста, со-
матостагин и др.).
Имеются данные (Garbers, 1989) о том, что один из типов
рецепторов натрийуретического фактора сам обладает фермента-
тивной активностью гуанилатциклазы. Такое совмещение функ-
ций рецептора и фермента обнаружено еще у ряда рецепторов.
При взаимодействии факторов роста (лигандов) с рецептора-
ми на поверхности клеток-мишеней рецепторы претерпевают
конформационные изменения, генерирующие внутриклеточный
сигнал. Структурно видоизмененная молекула называется вто-
ричным мессенджером. К первичным мессенджерам относятся
три группы факторов: местные химические медиаторы, действу-
ющие непосредственно на окружающие клетки; гормоны, секре-
тируемые эндокринными клетками и взаимодействующие с клет-
ками-мишенями; нейротрансмитеры, продуцируемые нервными
клетками и служащие химическими медиаторами, которые дей-
ствуют только на соседние клетки-мишени. Главными вторичны-
ми мессенджерами являются цАМФ и Са2+. Большая группа
протеаз активизируются ионом Са2+, который является участни-
ком рецепторных процессов. Внутриклеточным рецептором для
Са2+ служит белок кальмодулин, играющий важную роль в ми-
тогенетическом цикле клеток. В покоящихся клетках главные
резервы Са2+ заключены в эндоплазматической сети и митохон-
дриях. Концентрация Са2+ вне клетки в 104 раз больше, чем в
2+
клетке. Увеличение в клетках концентрации Са происходит
при клеточной активации, осуществляемой внешними стимула-
ми. Активность многих цитоплазматических белков (например,
кальмодулина) регулируется внутриклеточным Са2* и коррели-
рует с повышенным содержанием этого компонента в клетках.
Связывание Са2+ с кальмодулином приводит к его конформаци-
онному изменению, связанному с регулированием большого коли-
чества ферментов, включая фосфолиплазу Aj (Stobo, 1988). От
комплекса кальмодулин-Са24 зависят такие ферменты, как цикли-
ческая нуклеотид-фосфодиэстераза, аденилатциклаза, АТФаза,
фосфолипазная киназа и др.
Функциональная активность многих белков регулируется фос-
форилированием. Состояние активности этих белков осуществля-
ется совместным действием белковой киназы и белковой фосфо-
тазы, катализирующих соответственно фосфорилирование и де-
фосфорилирование.
Активность белковой киназы С ассоциируется с мембранным
рецептором (например, рецептором инсулина) или вторичными
мессенджерами (цАМФ, диаглицерином, ИФз, Са2* и др.). Бел-
ковое фосфорилирование и дефосфорилирование играют важную
роль в регуляции клеточной активности, являясь основными ме-
ханизмами контроля клеточной функции.
Для глюкокортикоидов характерно непосредственное взаимо-
действие с ДНК (Moore, 1985, цит. по: Кульберг, 1987). Данные
показали, что глкжокортикоидный рецептор взаимодействует с
тем участком полного гена гормона роста, который выполняет
функцию регулятора транскрипции этого гена. Модель комплек-
са ДНК-глюкокортикоидный рецептор напоминает структуру
прокариотических репрессоров lac, Xcl, Xcro с центрами бактери-
альной ДНК. Таким образом, механизм реализации эффектор-
ных функций глюкокортикоидного рецептора, очевидно, имеет
древнее филогенетическое происхождение.
Данные, полученные при изучении мутантов млекопитающих,
у которых изменен рецептор стероидного гормона, показывают,
что дефект в рецепторе мужского полового гормона тестостерона
приводит к тому, что особи с мужским генотипом выглядят как
самки. Все млекопитающие, не 'подвергшиеся в эмбриональный
период воздействию тестостерона, развиваются по женскому пу-
ти. Мутанты-самцы имеют нормальные семенники, но ткани этих
самцов не реагируют на гормоны из-за дефектности рецепторов.
В результате у таких самцов развиваются все вторичные половые
признаки самок и их семенники не опускаются в мошонку, а ос-
таются в брюшной полости. Этот синдром тестпкулярной феми-
низации встречается у мышей, крыс, крупного рогатого скота и у
человека (Альберте и др., 1987).
В настоящее время бурно развивается направление практиче-
ского приложения исследования рецепторов. Например, установ-
лено, что 50 — 65% женщин, больных раком молочной железы и
имеющих рецепторы эстрогена, поддаются эндокринной терапии;
женщины, лишенные таких рецепторов, излечиваются только в
10% случаев. Еще лучшими индикаторами эффективности гормо-
нальной терапии служат рецепторы прогестерона — конечного
продукта действия эстрогена: корреляция между наличием рецеп-
торов прогестерона в опухолевых клетках и эффектом эстрогена
близка к 80% (Manni, 1983).


4. Связь факторов роста
с регуляцией митотического цикла

В последнее время получены новые данные, которые конкрети-
зируют представление о связи факторов роста с регуляцией митоти-
ческого цикла клеток. Было показано, что у эукариот клеточный
цикл в значительной степени определяется изменениями активно-
сти одного белка, обозначаемого cdc2 (Мюррей, Киршнер, 1991).
Для клеточного цикла характерна весьма совершенная регуля-
ция: контролируются размеры и время — клетка приступает к
делению в тот момент, когда масса ее удвоилась; клетка должна
также координировать различные стадии цикла.
В 1971 г. И.Масуи (Йельский университет, США) и Л.Смит
(Аргоннская национальная лаборатория, США) независимо друг
от друга сделали открытие. Они идентифицировали в яйцеклетках
лягушки вещество, от которого зависит начало митоза и мейоза и
которое они назвали фактором созревания (сокращенно MPF — от
англ, maturation promoting factor). Позже этот фактор был обнару-
жен во всех митотических клетках. MPF, который выделили в
1988 г., является главным регулятором митоза и мейоза. Оказа-
лось, что клеточный цикл в яйцеклетке не зависит от событий, про-
исходящих в ядре, а управляется автономным осциллятором — на-
бором химических реакций в цитоплазме. Этот осциллятор, напо-
добие часового механизма, определяет активность MPF. Актив-
ность MPF флуктуирует: постоянно обнаруживается во время ми-
тоза и отсутствует в интерфазе (Мюррей, Киршнер, 1991).
Началом генетических исследований клеточного цикла считают-
ся работы Л.Хартуэлла (Вашингтонский университет). В конце 60-
х — начале 70-х годов им были идентифицированы мутации генов,
при которых наблюдается задержка той или иной стадии клеточно-
го цикла. Эти гены известны под общим названием cdc (от англ,
cell-division cycle). Белок cdc2 играет ключевую роль в митозе всех
эукариот. Он относится к протеинкиназам, т.е. ферментам, перено-
сящим фосфатные группы от АТР на молекулы белков. Присоеди-
нение или удаление фосфора является основным средством регуля-
ции активности клеточных белков. Дальнейшие исследования по-
казали, что циклин является вторым компонентом MPF и участвует
в активизации белка cdc2 и, следовательно, MPF. Деградация цик-
лина важна для прохождения митоза, и каждый раз этот белок дол-
жен синтезироваться заново во время активизации MPF, т.е. он ин-
дуцирует митоз, определяя общий ритм цикла. Самого по себе при-
соединения циклина к белку cdc2 недостаточно для активизации
этого комплекса. Для функционирования MPF необходимо, чтобы
cdc2 и циклин подверглись определенным модификациям. Эту
функцию выполняют другие белки, один из которых обозначают
cdc25, и именно он, а не циклин, определяет начало митоза в неко-
торых клетках.
В одних случаях активизация комплекса cdc2-un^HH осуще-
ствляется белком cdc25, а в других — самим циклином, в треть-
их — каким-то еще неизвестным модулятором.
В соматических клетках эмбриона на поздних стадиях его
развития начало репликации ДНК в интерфазе строго регулиру-
ется. Этот важнейший контрольный момент установил Хартуэлл,
назвав его стартовым переходом. На стартовый переход влияют
питательные вещества, гормоны и факторы роста, участвующие в
регуляции накопления циклина в период до стартового перехода.
Таким образом, регуляторы клеточного цикла — белок cdc2,
циклин и модуляторы вроде cdc25, как выяснилось, являются ос-
новными регуляторами клеточного цикла у всех эукариотических
организмов. Новые данные о механизме регуляции митотическо-
го цикла показали, что факторы роста определяют стартовый пе-
реход в интерфазе, инициируя начало репликации ДНК. Этот
процесс является дозозависимым.

5. Пороговый характер биологического эффекта ФР.
Тригерный механизм
Следующий вопрос связан с количественным аспектом регуля-
ции пролиферации посредством факторов роста. В работе
С.Д.Казьмина (1991) было показано, что механизм регуляции
внутриклеточной концентрации белка, фосфорилируемого на
мембранах, имеет тригерный характер. Чувствительность клеток
к факторам роста определяется не только аффинностью или чис-
лом рецепторов на мембранах, но и параметрами тех реакций,
которые индуцируются в клетках после лиганд-рецепторного вза-
имодействия. Эти данные коррелируются с данными о дозозави-
симом эффекте кейлонного воздействия, осуществляющего обрат-
ную связь между дифференцированными клетками и стволовыми
клоногенными клетками.
Активизация протеинкиназы приводит к фосфорилированию
внутриклеточных белков — мишеней. Стационарная концентрация
этих фосфорилированных сигнальных белков определяет уровень
и значимость сигнала. Анализ позволил выявить пороговый харак-
тер зависимости пролиферации от концентрации факторов роста.
Как показал С.Д.Казьмин (1991), такая система регуляции облада-
ет многими необычными свойствами, она может неограниченно дол-
го поддерживать один из альтернативных режимов: либо режим с
минимальной концентрацией фосфорилированных белков, либо —
с максимальной. Переход с первого режима на второй может про-
изойти тогда, когда концентрация факторов роста, а следовательно,
и скорость фосфорилирования на мембранах превысят некоторое
пороговое значение (V). Возврат клеток со второго режима снова
на первый возможен тогда, когда концентрация факторов роста и
соответственно скорость фосфорилирования на мембранах снизят-
ся настолько, что станут ниже пороговой величины (V"). При этом
V>V". Выявление количественных кинетических закономерностей
(на уровне тканевого гомеостаза) действия ФР, а также белков, не-
посредственно регулирующих митотический цикл клетки, подтвер-
ждает тканевую теорию опухолеобразования, в частности показы-
вает, что различие между «фенотипической» трансформацией и
«устойчивой» трансформацией не связано с генетическими повреж-
дениями онкогенов, а носит характер тканевой разбалансировки го-
меостаза, что происходит при длительных повышенных режимах
пролиферации, разрушающих структуру гомеостаза. Именно о та-
ком характере природы трансформации свидетельствуют данные,

<< Пред. стр.

страница 8
(всего 28)

ОГЛАВЛЕНИЕ

След. стр. >>

Copyright © Design by: Sunlight webdesign