Цепи передачи сигналов заканчиваются в клеточном ядре. Там происходит активация так называемых факторов транскрипции – белки связываются с определенными участками генов в ДНК и провоцируют их усиленное воспроизводство. Точнее, под действием факторов транскрипции на соответствующих генах происходит «сборка» матричных РНК, а на основе их матриц – белков. Это те белки, которые нужны для роста и размножения клеток. И снова среди генов, кодирующих факторы транскрипции, оказываются онкогены. Если соответствующий ген работает «с высокой отдачей», то он способен превратить нормальную клетку в опухолевую.
Итак, многие гены, кодирующие белки передачи сигнала для роста и размножения клеток, являются потенциальными онкогенами. В отлаженной системе нормальной клетки они обеспечивают строго регулируемые рост и размножение, но при повреждении или нерегулируемой активации этих генов клетки превращаются в раковые.
Глава 3. Кто стоит на страже?
Но клетка не так беззащитна, как может показаться на первый взгляд. Превращению нормальной клетки в опухолевую противостоят другие системы. Одна из них – это цепь передачи сигнала для подавления клеточного роста от поверхности клетки к ядру. Она действует по той же схеме, что была описана выше, но как бы со знаком «наоборот». Ее цель не передать сигнал на деление, а подавить деятельность генов, отвечающих за рост и размножение. Некоторые гены, участвующие в таком процессе, были признаны противоопухолевыми – как только их подавляли, как клетка тут же превращалась в опухолевую.
Важный механизм, препятствующий превращению нормальной клетки в «сумасшедшую», – это механизм «проверки в ходе клеточного цикла». Дело в том, что, размножаясь, клетки проходят через несколько фаз клеточного цикла. Важнейшие фазы – это деление клеток или митоз (М); фаза, предшествующая синтезу ДНК (G); фаза репликации или синтеза ДНК (S) (когда происходит удвоение генетического материала); следующая за ней фаза подготовки к делению (G) и снова митоз (M). Кроме того, клетки могут переходить из G не в S, а в фазу GO или фазу покоя, когда деление клеток прекращается.
Оказалось, что переход из одной фазы клеточного цикла в другую – это строго регулируемый процесс. На определенных этапах клеточного цикла существуют «точки проверки», во время которых специальные белки определяют, все ли в клетке в порядке и готова ли она к переходу в следующую фазу цикла.
Например, если в клетке повреждена ДНК, белок-контролер сигнализирует об ошибке и переход в следующую фазу блокируется. Может быть и такое, что в клетке производятся не те белки, которые должны производиться на данном этапе. Опять идет сигнал о блокаде перехода в следующую фазу. Очень важной точкой проверки является точка между G и S, поскольку именно в фазе S происходит удвоение генетического материала ДНК и становится возможным последующее деление клетки.
Для производства белков-контролеров тоже нужны определенные гены. Эти гены могут выступать как в роли агрессоров (если они помогают нездоровой клетке «пройти пост») так и защитников – если вовремя ее останавливают.
Получается, что даже если ген-мутант проник в ДНК и диктует клетке свои сумасшедшие требования о бесконтрольном росте и размножении, ему еще надо умудриться «захватить» посты проверки и посадить туда «своих».
История о клетке-самоубийце
Что же происходит с клеткой, которая остановилась в своем движении по клеточному циклу в точке проверки, например из-за того, что в ней оказалась повреждена ДНК? Первый путь – это устранение повреждений ДНК с помощью специальных ферментов. Если выздоровления ДНК не произойдет, то остановленная в своем продвижении по циклу клетка вступает на путь «программированной смерти», которая обозначается термином «апоптоз». Приходят в действие специальные клеточные системы, которые разрушают ее жизненно важные структуры, в том числе хромосомы, и клетка умирает. Апоптоз играет большую роль в развитии организма, ибо таким путем устраняются ненужные организму клетки. Таким же способом устраняются клетки, которые получили повреждения и резко изменили свои свойства, – различные мутанты. Именно эти механизмы устраняют многие клетки, приобретшие черты раковых. Они сами себя убивают.
Как и другие перечисленные процессы, апоптоз контролируется большим числом белков. Одно из центральных мест занимает ген, кодирующий белок р53, – белок с молекулярным весом около 53 000.
Но наряду с белками, включающими апоптоз, есть белки, препятствующие «самоубийству» клетки. Между теми и другими существует тонкий баланс. Апоптоз выступает в роли мощного защитника от превращения нормальной клетки в раковую. Гены, способствующие апоптозу, относятся к ГСО, а гены, ему препятствующие, – к онкогенам.
Поломка процесса апоптоза резко облегчает клетке превращение в раковую. В не способных к апоптозу клетках легко будут накапливаться различные повреждения ДНК, ведущие к появлению мутаций. Среди этих мутаций будут встречаться мутации, активирующие онкогены и подавляющие ГСО. Клетки с такими мутациями приобретут преимущества в отношении роста и размножения перед своими собратьями и начнут разрастаться.
На их пути к окончательному приобретению независимости и превращению в раковые клетки стоит еще одна преграда – ограничение числа клеточных делений в нормальных клетках в связи с укорочением концов хромосом или теломеров.
На концах хромосом расположены особым образом устроенные отрезки ДНК, или теломеры. При каждом делении длина теломера уменьшается. Когда их длина падает до критической величины, начинаются слипание концов хромосом, дезорганизация генома и гибель клеток. Поэтому если посеять на чашках клетки человека, то они примерно через 50 делений погибают – иными словами, в культуре клеток существует предел для размножения клеток, зависящий от утраты теломеров.
Таким образом, большая часть клеток человека и животных смертны. Однако есть клетки, функцией которых является размножение и поддержание нужного уровня числа клеток в организме. У этих клеток потеря теломеров не происходит благодаря тому, что в них есть фермент теломераза, восстанавливающий исходные размеры теломеров. В более зрелых клетках, из которых обычно происходят опухолевые клетки, теломераза утрачивается. При этом ген для нее сохраняется, но он молчит.
Большинство опухолевых клеток в культуре клеток не погибает, а продолжает расти в течение бесконечно длительного времени, пока им предоставляется свежая среда. Они становятся бессмертными. Одновременно эти клетки содержат активный фермент теломеразу, то есть в них ген теломеразы работает. Следовательно, ген теломеразы выступает в роли еще одного онкогена, позволяющего опухолевым клеткам благодаря его активации приобретать бессмертие. Следует отметить, что в некоторых опухолевых клетках существуют и другие механизмы приобретения бессмертия.
Это основные, хотя и не все, классы онкогенов и ГСО, участвующие в превращении нормальной клетки в опухолевую. Кроме перечисленных генов и их белковых продуктов, для которых установлена функция, открыто еще много онкогенов, и особенно ГСО, для которых функция еще не установлена. Поэтому можно ожидать появления новых функциональных групп среди ГСО и онкогенов. Как бы то ни было, видно, что громадное число генов, тем или иным способом связанных с контролем роста и размножения клеток, при своих изменениях (мутациях) могут способствовать превращению нормальной клетки в опухолевую.
С другой стороны, мы увидели, что один онкоген и нарушение одного процесса не в состоянии перепрограммировать клетку – для того чтобы она окончательно «свихнулась», надо преодолеть с десяток различных барьеров и преград и «перетянуть» на свою сторону такое же количество генов.
Поскольку онкогенов и ГСО чрезвычайно много, то и набор мутаций в различных опухолях человека весьма разнообразен. В одних опухолях активированы или подавлены одни гены, в других – другие. Каждая опухоль, таким образом, имеет свой генетический портрет, который и определяет ее свойства. Более того, опухоль часто гетерогенна, то есть в ней есть клетки с разным набором генетических изменений.
Это создает крайне сложную и запутанную картину, когда речь заходит об анализе механизма возникновения какой-либо конкретной опухоли человека. Возможно, именно из-за этого какого-либо надежного и универсального средства от рака доя сих пор не изобретено. Но попытки эти не останавливаются.
Глава 4. Кто виноват?
А теперь самое время попытаться понять, что ломает стройный и многократно защищенный механизм клетки в организме человека. Почему в одних и тех же условиях кто-то становится жертвой этой страшной болезни, а кто-то даже не задумывается о ее существовании? Какие внешние факторы ослабляют клетку и сдают ее на милость врага?
