U podstaw wszystkich zmian nowotworowych leżą mutacje genetyczne. Są one spowodowane czynnikami zewnętrznymi (egzogennymi teratogenami) lub endogennymi, czyli mutacjami odziedziczonymi lub powstałymi na skutek zmian epigenetycznych. Innymi słowy, są to zmiany ekspresji i właściwości genów.
W genetyce klinicznej oraz molekularnej stosuje się klasyfikację zmian genetycznych (oraz genów). Umożliwia ona identyfikację i klasyfikację zarówno czynników pierwotnych, jak i wtórnych, które prowadzą do wystąpienia chorób nowotworowych.
Jakie czynniki genetyczne sprzyjają nowotworom?
Wyróżniamy dwie grupy czynników nowotworowych: onkogeny i protoonkogeny. Są to umowne (oparte tylko na udziale poszczególnych genów w procesach) grupy genów odpowiedzialnych za ewentualne powstawanie lub zapobieganie tworzenia się zmian prowadzących do pojawienia się komórek nowotworowych, a tym samym - do ujawnienia się choroby nowotworowej.
Onkogeny są bardzo liczną i niejednolitą grupą genów. Ich mutacje, inne zmiany w ekspresji lub ewentualnej obróbce produktów końcowych (białek) prowadzą do zaburzenia funkcjonowania komórki.
Większość genów zakwalifikowanych do tej grupy to geny wyciszone (inaczej: nieaktywne) - przynajmniej w większości faz życia komórki.
Onkogeny znajdujące się w komórkach mogą mieć pochodzenie endogenne (w przypadku ludzi i organizmów eukariotycznych określane są c-onc) lub egzogenne, pochodzące spoza organizmu - najczęściej wirusowe określane v-onc.
Protoonkogeny składają się na grupę genów, których ciągłe działanie prowadzi do inaktywacji (utraty aktywności lub określonych właściwości) onkogenów lub do neutralizacji produktów ich działania. Protoonkogeny są aktywnymi genami endogennymi.
Reklama
Czym są onkogeny i jak funkcjonują?
Różnicowanie onkogenów endo- i egzogennych ma szczególne znaczenie przy analizie etiologii obserwowanych u pacjenta zmian.
Te wirusowe pojawiają się w genomie gospodarza w momencie infekcji wirusowej. Kiedy materiał genetyczny wirusa zostaje wbudowany w zarażone DNA jest kilka możliwości aktywacji procesów prowadzących do powstania zmian nowotworowych w tkance:
- materiał genetyczny wirusa zawiera już „aktywny” onkogen;
- w trakcie wbudowywania materiału genetycznego wirusa w infekowane DNA dochodzi do aktywacji nieaktywnych genów;
- w czasie wbudowywania materiału genetycznego wirusa dochodzi do utraty aktywności protoonkogenów gospodarza.
W przypadku onkogenów c-onc, aktywacja dokonywana jest na drodze mutacji (w przypadku zmian monogenowych, czyli dotyczących jednego genu), są to najczęściej mutacje recesywne - a więc takie, w przypadku których obie wersje genu muszą ulec mutacji, aby doszło do dalszych etapów procesu nowotworzenia).
Onkogeny c-onc mogą być genami nieaktywnymi (pseudogenami - które dopiero w momencie zaistnienia mutacji uzyskują ponowną przepisanie informacji z DNA na kod RNA). Do tej grupy zalicza się geny, które w komórce są aktywne (ale o bardzo niskiej sile ekspresji) lub były aktywne w początkowych etapach rozwoju komórki lub nawet całej tkanki.
Większość onkogenów powoduje intensywny wzrost i podziały komórkowe, co jest typowe dla młodych tkanek, także dla tych komórek o charakterze embrionalnym. Co ciekawe, w wielu hipotezach badawczych porównuje się właściwości komórek nowotworowych do właściwości macierzystych komórek zarodkowych.
Reklama
Czym są protoonkogeny i jakie mają znaczenie?
Jak wspomniano wcześniej protoonkogeny (podobnie jak onkogeny) nie są jednolitą grupą genów. W przeciwieństwie do większości onkogenów, protoonkogeny są genami aktywnymi non-stop, co więcej - poziom ich ekspresji (w tym ich białek) wzrasta w przypadkach, kiedy:
- aktywacji ulega onkogen i wzrasta poziom produktów jego ekspresji (aktywnych białek nowotworowych);
- w komórce pojawiają się czynniki mogące aktywować onkogeny.
Najbardziej znanym genem, a zarówno białkiem o charakterze protoonkogennym jest gen p53 oraz białko p53.
Gen p53 jest jednym z głównych protoonkogenów jakimi dysponuje większość organizmów zwierząt wyższych (w tym człowiek). Jego mutacja lub zupełna dysfunkcja produktu białkowego prowadzi do wystąpienia zmian nowotworowych w komórce.
Reklama
Jak wygląda proces nowotworowy?
Do procesu nowotworzenia i powstania komórki nowotworowej dochodzi w momencie zupełnej destabilizacji (załamania równowagi) układu onkogeny-protoonkogeny.
Na początku każdego procesu nowotworowego zauważa się znaczący wzrost ilości aktywnego białka kodowanego przez onkogen (jest on znacznie przewyższający ilość aktywnych białek kodowanych przez protoonkogeny) lub inaktywację bądź drastyczny spadek tych samych białek.
Produkty białkowe kodowane przez onkogeny, w głównej mierze prowadzą do wyciszenia sygnałów komórkowych, takich jak:
- regulacja wzrostu komórki,
- regulacja podziałów komórki,
- zegar biologiczny komórki (inaczej zjawisko określane jest wyciszeniem momentu programowanej śmierci komórki).
Większość dysfunkcyjnych komórek jest wychwytywanych przez układ immunologiczny (komórki nowotworowe mają nieco odmienny skład białkowy na powierzchni błony komórkowej, przez co stają się widoczne dla systemów obronnych organizmu) lub w wyniku innych procesów np. zaburzenia czepności powierzchniowej ulęgają eliminacji.
Niestety około jedna na sto milionów - do miliarda komórek nowotworowych przeżywa i może stanowić realne zagrożenie rozwinięcia choroby nowotworowej.
Reklama
Dziedziczenie nowotworów - kiedy wzrasta ryzyko zachorowania?
Jak w przypadku każdej zmiany genetycznej, istnieje ryzyko odziedziczenia predyspozycji do wystąpienia choroby nowotworowej od swoich rodziców.
Wcześniej wspomniano, iż w przypadku onkogenów egzogennych jednym z czynników mogą być zmiany punktowe o charakterze mutacji recesywnych. Warto dodać, że istnieją choroby nowotworowe, u podstaw których leżą mutacje dominujące.
Mutacje recesywne stanowią szczególny typ zmian materiału genetycznego, które nie powodują wystąpienia choroby bezpośrednio, aczkolwiek ich obecność sprzyja wzrostowi ryzyka zachorowalności na dany typ nowotworu.
Jak to jest możliwe?
Kiedy dziedziczy się od jednego z rodziców uszkodzony gen, to 50% wszystkich kopii tego genu w każdej komórce ciała (za wyjątkiem komórek rozrodczych - według zasad genetyki mendlowskiej tylko połowa z nich jest uszkodzona) posiada uszkodzony materiał genetyczny.
Wystąpienie dodatkowego czynnika (chemicznego, fizycznego lub biologicznego) może doprowadzić do mutacji drugiej, czyli prawidłowej (zapasowej) kopii genu. W takiej sytuacji dochodzi do „aktywacji” onkogenu i rozpoczęcia procesu, który w perspektywie może prowadzić do nowotworzenia komórkowego.
Sama obecność mutacji oraz czynnika aktywującego nie wystarczają do przekształcenia zdrowej komórki ciała w komórkę nowotworową. Po aktywacji onkogenu lub deaktywacji protoonkogenu, w komórce dochodzi do dalszych procesów transformacyjnych.
Komórka, aby stać się komórka nowotworową, musi zmienić swoje właściwości. Najczęściej transformowane komórki zaczynają produkować białka powierzchniowe, dzięki którym nabierają zdolności swobodnej migracji po układzie.
Dochodzi również do wyciszenia pewnych szlaków komórkowych, które są odpowiedzialne za kontakt komórki ze środowiskiem zewnętrznym (wtedy tez komórki stają się „głuche” na polecenia programowanej śmierci wysyłane przez systemy obronne organizmu). Tak zmieniona komórka może dopiero wejść w fazę intensywnych podziałów komórkowych.
Komórki guza nowotworowego wykazują również wspólną cechę - potrafią produkować czynniki odpowiedzialne za procesy angiogenezy w organizmie ( są to procesy odpowiedzialne za powstawanie nowych naczyń krwionośnych). Dzięki tej strategii guz „uzyskuje” własny system naczyń krwionośnych, którym jest odżywiany.
Reklama
Jakie są nowotwory genetyczne?
Poniżej wymieniono jednostki, których wystąpienie jest determinowane dziedzicznym czynnikiem genetycznym:
- ataksja-telangiektazja - wywołana mutacją genu ATM;
- rak piersi - wywołany najczęściej mutacją genów BRCA1 i BRCA2;
- rak jelita grubego - w chwili obecnej badanych jest kilka genów kandydatów;
- rodzinna polipowatość gruczolakowata - wywołany mutacją genu APC;
- dziedziczny niepolipowaty rak jelita grubego - wywołany mutacją genów z rodziny hMSH;
- zespół Li-Fraumaniego - wywołany mutacją genu p53;
- zespół mnogiej gruczolakowatości wewnątrzwydzielniczej typu 1 - wywołany mutacją genu MEN1;
- neurofibromatoza typu 1 - wywołana mutacją genu NF1;
- neurofibromatoza typu 2 - wywołana mutacją genu NF2;
- retinoblastoma - wywołana mutacją genu RB1;
- stwardnienie guzowate - wywołane mutacją genów z rodziny TSC;
- guz Wilmsa - wywołany mutacją genu WT1.
Istnieją również nowotwory, u podłoża których leżą zmiany obejmujące więcej niż jeden gen czy pojedynczą mutację punktową. Przykładem takiej choroby jest przewlekła białaczka szpikowa.
Przyczyną bezpośrednią jednostki jest rearanżacja chromosomowa prowadząca do fuzji dwóch genów bcr i c-abl. Powstały w wyniku fuzji jeden gen produkuje białko BRC-ABL, które integracje łączy się z białkami cytoszkieletu komórkowego.
Podobnie jak w przypadku innych procesów nowotworzenia, w komórce dochodzi do zaburzeń cyklu komórkowego, podziałów oraz momentu programowanej śmierci.
Obecnie w ośrodkach naukowych prowadzone są badania nad poznaniem dalszych czynników genetycznych warunkujących rozwój chorób nowotworowych.
Takie prace trwają również nad opracowywaniem nowych leków biologicznych (aktywnych białek inhibitujących bądź dezaktywujących białka onkogenne) w przypadku jednostek, których etiologia została dokładnie poznana. Niestety wciąż istnieje grupa chorób nowotworowych, których przyczyny genetycznej można się jedynie domyślać.
