36
tzw. p ro toon k ogen ów oraz gen ów supresorow ych. P rotoon k ogen y kodują białka, które stym ulują proliferację. D ziałan ie drugiej klasy gen ów określanych jako gen y supreso- row e p olega, jak sam a nazwa wskazuje, na przeciwstawnym , tj. ham ującym od działy w aniu na proliferację. Z reguły bardziej skom plikow ana jest o cen a aktyw ności n ega tywnej. W ydaje się zatem zrozum iałe, że zidentyfikow ano i op isan o zn acznie mniej g en ów supresorow ych niż p rotoon k ogen ów .
O b ecn ie w iad om o, ż e przynajmniej zap oczątkow anie procesu n o w otw orow ego jest w ynikiem aktywacji p rotoon k ogen ów i u nieczynnienia gen ów supresorow ych [1, 21, 24, 25, 27]. Istnieje kilka m ożliwych dróg aktywacji i unieczynn ien ia tych genów : są to m.in. różne form y m utacji2 \ Przyczyny m utacji n ie są w pełni pozn ane.
Postuluje się, ż e m utacje m ogą być indukow ane przez czynniki g en otok syczn e - w tym substancje ch em iczn e, p osiadające zd oln ość do odziaływ ania na D N A i sw oiste g o uszkadzania jeg o struktury [2, 27]. N ależy przypom nieć, ż e u szk od zen ie D N A jest tylko zm ianą prem utacyjną. O tym czy u szk odzen ie stanie się przyczyną mutacji decyduje rodzaj i liczba uszkodzeń, rodzaj naprawy D N A (która m o że być poprawna lub b łęd n a), a także w zrost proliferacji k om órek, p oniew aż w arunkiem utrw alenia się m utacji jest przekazanie u szkodzenia w m ateriale genetycznym k om órce p otom n ej.
P rotoon k ogen y ulegając mutacji stają się rakotwórczymi on k ogen am i, które m ogą p rodukow ać zbyt dużo k od ow an ego przez sieb ie białka lub nadm iernie aktywne jego odm iany: w konsekw encji kom órki otrzymują sygnały stym ulujące w zrost. N atom iast u n ieczyn n ien ie gen ów supresorowych prow adzi do utraty funkcjonalnych b iałek supre sorowych, pozbawiając w ten sposób kom órki głów nych ograniczeń (h am u lców ), które n orm alnie zapobiegają niew łaściw em u ich nam nażaniu się (R ye. 1).
W edług H orsta [24] przew aga rakotwórczych on k ogen ów i n ied ob ór czynników supresorow ych p ow od uje w zrost now otw orow y, natom iast m ała ilość on k ogen ów z przew agą czynników supresorow ych zap ob iega powstaw aniu now otw orów .
D o w yjaśnienia roli on k ogen ów i p rotoon k ogen ów w p rocesie k an cerogen ezy przy czyniły się wyniki badań nad rolą, jaką w k om órce odgrywają praw idłow e od pow iedn iki tych g en ów p o zadziałaniu różnych m itogen ów , w tym czynników w zrostu. P ro to o n k o gen y kodują białka u czestniczące na szlakach transdukcji czyli przekazyw ania sygnału m ito g en n eg o od receptora czynnika w zrostu, p oprzez cytoplazm ę d o jądra kom órki. Produkty tych gen ó w m ogą zatem działać jako czynniki w zrostu, receptory dla czyn ników w zrostu oraz kinazy tyrozynow e zw iązane z czynnikam i w zrostu, jak o białka w iążące G T P (białka G , R as), cytoplazm atyczne enzym y o aktywności kinaz białkowych oraz m ogą p ełn ić rolę czynników transkrypcyjnych na p o zio m ie jądra k om órk ow ego.
N ależy zaznaczyć, ż e zarów no transdukcja sygnału m ito g en n eg o jak i cykl k o m ó rk o wy obejm ują złożon ą sekw encję zdarzeń; co w ięcej n ie istnieje je d e n w spólny m ech a nizm sygnalizacji m itogennej. Z uwagi na ograniczoną ob jętość artykułu transmisja sygnału jak i cykl kom órkowy przedstawione zostały jedynie w ogólnym zarysie (Ryc. 2).
P ostulu je się, że w ięk szość p rotoon k ogen ów koduje białka o aktyw ności tyrozyno- wych kinaz białkowych. Z b ioch em iczn ego zatem punktu w id zen ia regulacja proliferacji k om órek przez p rotoon k ogen y p olega na fosforylacji i defosforylacji b iałek u czestn i czących w przekazyw aniu sygnału m itogen n ego. B adania ostatnich lat dostarczyły
38 Nr 1
Ryc. 2. Uproszczony schemat udziału protoonkogenów w transdukcji sygnału Simplified scheme o f protooncogens participation in signal transduction
i c-jun, które w p ostaci hom od im eru (Jun-Jun) bądź heterodim eru (F os-Ju n ) w iążą się z określoną sekw encją D N A i aktywują zależn e od n iego geny u czestn iczące w cyklu kom órkow ym .
Z przytoczonych informacji wynika, że głównym ogniw em om aw ian ego m echanizm u są n iskocząsteczkow e białka, produkty p rotoon k ogen ów z rodziny c-ras. Białka te wiążą G T P i wykazują aktyw ność G TPazy. Aktywacja białek R as zachod zi p op rzez w ym ianę zw iązanego z nim i G D P na GTP; natom iast inaktywacja jest w ynikiem hydrolizy GTP, zachodzącej dzięki wykazywanej przez białka R as aktyw ność G T Pazy. B iałka R as są zatem d o sk o n a le przystosow ane do p ełn ien ia swej funkcji z uwagi na szybkie reago
40 Nr 1
row ego. Istotną rolę w p rocesie now otw orow ym przypisuje się zm ianom efektyw n ości działania C D K na skutek zaburzeń syntezy p od jed n ostek regulatorow ych kinaz - cyklin, a także w wyniku braku lub u p ośled zen ia syntezy białkowych inhibitorów C D K , ha m ujących aktyw ność kom pleksu cyklina-C D K [18, 19, 64, 65]. Z d o ln o ść d o przejścia k om órek przez p o szczeg ó ln e fazy cyklu ograniczają dodatkow o in n e białka ham ujące - w tym m.in. produkty najlepiej poznanych i opisanych gen ó w supresorow ych: białko R B i p53 [24, 25, 35, 36]. N ieu fosforylow an e białko R B spełnia funkcję ham ującą, blokując cykl kom órkow y w fazie G i, dzięki wychwytywaniu czynników transkrypcyj- nych. G en R B zostaje „w łączony” p o dodaniu do białek Rb od pow iedn iej ilości reszt fosforanow ych, zn osząc jeg o ham ujący efekt i um ożliw iając k om órce w ejście w fazę G i, a n astęp n ie w fazę S. Tak w ięc białko Rb jed ynie w p ostaci n ieufosforylow anej w ykazuje aktyw ność przeciw now otw orow ą.
N iezw ykle ciekaw ą cząsteczką regulatorow ą o w łaściw ościach supresorow ych jest produkt genu su presorow ego - białko p53, często nazywane strażnikiem gen om u [36], p on iew aż w norm alnych warunkach m onitoruje “stan zdrow ia” kom órki, in tegralność ch rom osom aln ego D N A oraz pom yślne zak oń czen ie p oszczególnych faz cyklu k om ór kow ego. W przypadku, gdy D N A u lega u szkodzeniu gen p53 grom adzi się i b lokuje cykl w fa zie G , za p ew n ia ją c k o m ó r ce czas na u su n ięc ie i n ap raw ę u szk o d z eń . W w ięk sz o ści przypadków u szk odzen ia D N A są szybko korygow ane p rzez sprawnie działające układy naprawcze o b ecn e w każdej k om órce. Jeżeli jed nak system naprawy m yli się lub nie potrafi usunąć u szkodzenia D N A , białko p53 urucham ia p roces zaprogram ow anej śm ierci kom órki tzw. ap op tozę, która elim inuje niepraw idłow ą k om órkę z e środow iska [47]. W adliw e (zm utow ane) cząsteczki p53 um ożliw iają za rów no przeżycie k om órek z uszkodzonym D N A , jak i je g o replikację; w k onsekw encji u szk od zen ie m ateriału gen etyczn ego jest przekazyw ane kom órkom p otom nym jako trwała mutacja. W w ielu ludzkich now otw orach w ystępuje nadm ierna aktyw ność białek stymulujących - cyklin, kinaz C D K [18, 64]. U d o w o d n io n o też w ystęp ow an ie unieczyn- n io n e g o białka R B i p53, co elim inuje dwa p odstaw ow e czynniki ham ujące cykl kom órkow y; w konsekw encji kom órka n ie reaguje na zew nętrzn e sygnały ham ujące i zaczyna d zielić się b ez przerwy [23, 24, 25, 64, 65].
W tym m iejscu należy w spom n ieć, że kom órki praw idłow e mają jesz cz e jed en gen etyczn ie zaprogram owany system , który zab ezpiecza przed niek ontrolow an ą, nad m ierną proliferacją [28]. System ten liczy i ogranicza liczbę wszystkich p odziałów , jakie kom órka p rzechodzi w ciągu sw ojego życia. Są to odcinki D N A na końcu ch rom o som ów , zw ane telom eram i, które decydują o liczbie p odziałów . T elom ery n iezn aczn ie się skracają p odczas k ażd ego podw ajania się ch rom osom ów w fazie S cyklu k om órk o w ego. S krócen ie się telom erów poniżej pew nej wartości progow ej nakazuje k om órce w ejście w okres starzenia się. Jednakże p odczas rozwoju w iększości k om órek n o w o tworowych następu je aktywacja genu kodu jącego enzym , zw an ego telom erazą, który n iw eczy n adzieje na sk uteczn ość tej ostatniej obrony. T elom eraza od bu dow uje bow iem segm enty telom erów ; w konsekw encji kom órki zaczynają się d zielić w n iesk oń czon ość i stają się n ieśm ierteln e. N ieśm ierteln e kom órki n ie m ają jednak cech złośliw ych.
Posiadam y zatem ogrom n ą w ied zę na tem at genetycznych uwarunkowań n iek o n tro low anej, nadm iernej proliferacji kom órek; nadal jednak n iew iele w iad om o o m utacjach gen ów uczestniczących w ostatnim etap ie rozwoju now otw orów (inwazji).
41
R o l a s u b s t a n c j i c h e m i c z n y c h w p r o c e s i e k a n c e r o g e n e z y .
D la zobrazow ania roli substancji chem icznych w k an cerogen ezie, należy szczegółow o om ów ić w ieloetap ow y charakter rozwoju now otw orów [60].
42
d o destabilizacji (rozchw iania) funkcji gen ów i do powstaw ania k lonów kom órek najbardziej przystosow anych do au tom atyczn ego wzrostu.
B adania na zw ierzętach potw ierdzają, że w śród chem icznych k an cerogen ów m ożna wyróżnić:
1. k ancerogeny n iek om p letn e, tj. związki m utagen ne p osiadające zd o ln o ść do inicjacji p rocesu now otw orow ego,
2 . czynniki w spom agające, tj. n iegen otok syczn e i n iem u tagen n e związki, tzw. prom o- tory w zrostu n ow otw orow ego, które w spom agają i przyspieszają p roces n o w otw oro wy,
3. k ancerogeny k om p letn e, które posiadają zd oln ość do inicjacji p rocesu n ow otw oro w eg o i d opełniają go na d rodze prom ocji.
A by chem iczn y kancerogen genotoksyczny lub niegenotoksyczn y u czestniczył w rozwoju procesu n ow otw orow ego - m usi być zachow ana pew na k olejn ość zdarzeń. O bejm uje on a n arażenie na czynnik chem iczny, jeg o absorpcję i transport do d ocelow ej tkanki. G en otok syczn e kancerogeny m ogą b ezp ośred n io uszkadzać D N A ; szereg je d nak genotoksycznych związków , tzw. p rokancerogeny, wymagają w ustroju aktywacji m etabolicznej d o reaktywnych m etabolitów , które uszkadzają D N A i w wyniku błędnej naprawy lub braku naprawy D N A - indukują m utacje w d ocelow ych kom órkach (Ryc.
4).
P ostuluje się, ż e głównym m echan izm em , przez który środow iskow e gen otok syczn e k ancerogeny wywołują p roces now otw orow y jest aktywacja p ro toon k ogen ów i u nieczyn n ien ie gen ów supresorow ych. W tabeli I przedstaw iono m utacje tych g en ów w n o w o tw orach indukow anych przez wybrane k ancerogeny ch em iczn e. Z inform acji tych wynika, ż e gen otok syczn e związki m .in. typu w ielopierścieniow ych w ęglow od orów aro m atycznych i N -nitrozozw iązki indukują m utacje p unktow e (typu transwersji i tranzycji) w p rotoon k ogen ach K-ras i H -ras, głów n ie u myszy i rzadziej u szczura. U n ieczyn n ien ie genu su p resorow ego p53 na d rodze mutacji stw ierdzono w now otw orach myszy, szczura i człow ieka p o narażeniu m .in. na b en zo(a)p iren , m etyloch olan tren , butadien i afla- toksynę Bi. P rzed staw ione dow ody eksperym entalne przem awiają na rzecz gen ety czn e go p od łoża choroby now otw orow ej. Tym czasem wzrasta lista substancji chem icznych obejm ujących zan ieczyszczenia przem ysłow e, rozpuszczalniki, leki oraz środki ochrony roślin, które n ie uszkadzają D N A i nie indukują mutacji, n atom iast w długookresow ych badaniach żyw ieniowych wywołują nowotw ory u zwierząt laboratoryjnych. W dw u stop niow ym m odelu kancerogenezy, inicjowanej czynnikam i genotoksycznym i, szereg nie- genotoksycznych k ancerogenów oddziaływ uje na etap ie prom ocji (prom otory wzrostu n ow otw orow ego) (tab ela II) [15, 16, 42, 43].
43
Ry°. 4. Przebieg zdarzeń warunkujących działanie chemicznych kancerogenów The pathway o f the chemical carcinogens action
T a b e l a I . Mutacje protoonkogenów i genów supresorowych w nowotworach indukowa nych przez wybrane kancerogeny chemiczne
45
46
47 T a b e l a I I . Wykaz wybranych niegenotoksycznych kancerogenów i/lub promotorów wzrostu
nowotworowego
54
carcinomas o f NON/Shi mice treated with N-butyl-N-(4-hydroxy-butyl)-nitrosoamine. Carcino genesis 1995, 16, 2363. 131.
