Курс Биология опухолевой клетки (201 9 г. ) Лекция 9 Эндогенные и экзогенные

Лазаревич

сигнальных путей, контролирующих размножение, жизнеспособность и миграцию клеток.

Такие изменения могут возникать в результате:

а) мутаций или эпигенетических изменений клеточных генов, кодирующих компоненты таких сигнальных систем (изменения онкогенов, опухолевых супрессоров и др.)

б) экспрессии вирусных генов, продукты которых
- либо имитируют функцию клеточных онкогенов,
- либо активируют клеточные протоонкогены,
- либо связывают и инактивируют клеточные опухолевые супрессоры

контроля за целостностью генома – мутациях генов систем репарации ДНК

и др.;
состояниях, увеличивающих содержание эндогенных мутагенных соединений, в частности кислородных и азотных радикалов – хроническом воспалении и др.;
действии экзогенных мутагенов – УФ-облучении, ионизирующем облучении, воздействии химических мутагенов/канцерогенов.

уменьшает вероятность контакта стволовых клеток с генотоксическими соединениями и шансы

образования неопластических стволовых клеток

опухолей.

опухолей. Большинство из них способны вызывать повреждения ДНК (т.н. генотоксические

эффекты)

Существуют канцерогены:
а) прямого действия
- при растворении в воде образуют соединения, содержащие электрофильную группу. Они связываются с отрицательно заряженными группами ДНК, образуя стабильную ковалентную связь. Возникающие аддукты (N-7-метил-гуанин, О-6-метил-гуанин) при репликации ДНК неправильно считываются ДНК-полимеразой, что приводит к мутациям.
Примеры: нитрозоалкилмочевины, азотистый иприт и др.

превращаются в электрофильные мутагенные соединения в результате ферментативной активации

в ходе метаболизма (цитохром P-450 зависимые монооксигеназы).
Это многие полициклические ароматические угле-водороды (ПАУ), нитрозамины, афлатоксины и др.;
стимулируют образование кислородных радикалов (минеральные волокна – асбест и др., форболовые эфиры и др.).

Химические канцерогены – соединения, контакт с
которыми увеличивает вероятность развития опухолей. Большинство из них способны вызывать повреждения ДНК (т.н. генотоксические эффекты).

(DMBA и др.) – мутагены, промоторы (ТРА и др.) –

не мутагены

однократная
аппликация
инициатора

3 мес.

опухоли
нет

опухоли
нет

однократная
аппликация
инициатора

многократная
аппликация
промотора

многократная
аппликация
промотора

папиллома

Эффект ТРА связан с активацией
PKC-α и индукцией воспаления

Воспаление

Подавление
апоптоза

Пролиферация

мышь

др.) – мутагены, промоторы (ТРА и др.) – не мутагены

развитие рака легкого и др. опухолей вследствие курения
R.Weinberg, The

Biology of Cancer (© Garland Science 2007)

опухолей вследствие курения
В состав табачного дыма входят десятки канцеро-генных

соединений: бенз(а)пирен, нафтиламин, винилхлорид, нитрозамины, фенолы и др.

К-во сигарет
в день

Повышение
риска

Рак легкого (у мужчин)

1-14 7,9
15-24 12,7
>25 25

Курение повышает также риск развития рака гортани, глотки, пищевода, желудка, поджелудочной железы, мочевого пузыря, почки и др.

новообразования
Производство фуксина, аурамина и др. красителей
Рак мочевого пузыря
Производство асбеста
Мезотелиомы, рак

легкого

Производство винилхлорида Ангиосаркомы печени, рак
легкого, опухоли мозга

Обувная промышленность
(бензол)

Лейкозы, лимфомы

обусловлено не способностью индуцировать мутагенез,
а какими-либо другими эффектами (при этом

они могут иметь и мутагенную активность).

Наиболее яркий пример таких канцерогенов – синтетичес-кие эстрогенные гормоны (диэтилстильбестрол) и соединения, мимикрирующие эффекты эндогенных стероидных гормонов (хлорорганические пестициды – ДДТ и др., диоксины и др.).

ДДТ имеет структурное сходство с диэтилстильбестролом.
У мышей вызывает псевдоэструс и ускоряет развитие рака
молочной железы. У людей – корреляция между содержанием
ДДТ в крови и частотой рака молочной железы.

уровня стероидных гормонов
R.Weinberg, The Biology of Cancer (© Garland Science

2007)

стимуляция размножения клеток:
Активирующие

миссенс-мутации в гене ER;

Фосфорилирование ER (следствие активации МАРК, Akt);

Активация CoA (амплификация гена NCOA3)

особенности организма (повышенная продукция эстрогенов),
гормонзаместительная терапия (менопауза и др.),
контакт с ксеноэстрогенами (ДДТ, диоксины и др.)

Для опухолевых клеток характерны:

Увеличивает риск возникновения опухолей
гормон-зависимых тканей

2) Вызывает прогрессию возникших новообразований

риска для развития рака толстой кишки, печени, поджелудочной железы, пищевода.

По данным ВОЗ, в 2016 г. ожирением страдали 650 миллиона человек.

I. Vucenik, J. P. Stains, 2012 DOI: 10.1111/j.1749-6632.2012.06750.x.

сигнальных путей, контролирующих размножение, жизнеспособность и миграцию клеток.

Такие изменения

могут возникать в результате:

а) мутаций или эпигенетических изменений генов, кодирующих компоненты таких сигнальных систем
(изменения онкогенов, опухолевых супрессоров и др.)

б) экспрессии вирусных генов, продукты которых
либо имитируют функцию клеточных онкогенов, либо активируют клеточные протоонкогены,
либо связывают и инактивируют клеточные опухолевые супрессоры

за развитие
15-20% опухолей у людей и большинства ново-

образований у сельскохозяйственных животных;
2) Исследование экспериментального вирусного
канцерогенеза внесло огромный вклад в понима-
ние молекулярных механизмов неопластической
трансформации (открытие вирусных и клеточных
онкогенов и т.д.)

– П. Раус (Payton Rous) доказал этиологическую

роль вирусов в развитии ряда природных
новообразований кур (Нобелевская премия 1965 г.)

(бородавки), вызываемые у кроликов вирусом Шоупа,

могут не рассасываться, а превращаться при
воздействии химических канцерогенов или гормонов в
злокачественные саркомы. Введены понятия многосту-
пенчатого канцерогенеза и прогрессии опухолей (П. Раус)

Вирусный канцерогенез

Исторические вехи:

1907 г. – П. Раус (Payton Rous) доказал этиологическую
роль вирусов в развитии ряда природных
новообразований кур (Нобелевская премия 1965 г.)

1946 г. – Вирусо-генетическая теория
Л.А. Зильбера: “Геном онкогенного вируса
внедряется в генетический аппарат клетки,
что превращает ее в опухолевую; в
размножении клеток вирус уже участия не
принимает”

– Доказательство интеграции генома онкогенных

вирусов в геном клетки и ключевой роли присутствия
вирусной ДНК в трансформации (работы Темина и
Рубина в лаб. Дульбекко; Нобелевская премия 1975 г.
P. Дульбекко за «открытие взаимодействия онкогенных
вирусов с геномом клетки» и Х. Темину и Д. Балтимору
за открытие обратной транскриптазы)

1970-1980 гг – Обнаружение в ДНК- и РНК-содержащих
онкогенных вирусах специфических генов – онкогенов,
белковые продукты которых ответственны за транс-
формацию клетки.
Доказательство клеточного происхождения
онкогенов ретровирусов (Нобелевская премия 1989 г.
М. Бишопу и Х. Вармусу)

1980-наст. время – Выяснение роли вирусов в развитии
опухолей у человека. Доказательство причинной роли
вирусов папиллом человека (HPV) в развитии рака
шейки матки (Нобелевская премия 2008 г. Х. Цур-Хаузену)

изменяя ее
наследственный потенциал

Инфицирование клетки вирусом ведет к

ее
усиленному размножению

Особенности онкогенных вирусов

АМФИБИИ

ПТИЦЫ

птиц)
β-Retrovirus (вирус рака молочной железы мышей и др.)
γ-Retrovirus

(вирусы лейкоза/саркомы мышей, кошек, обезьян)
δ-Retrovirus (вирус Т-клеточного лейкоза людей, вирус
бычьего лейкоза)

- род Hepacivirus сем. Flaviviridae (вирус гепатита С)

цикл онкогенных ретровирусов

до 12 мес.)
Транс-активирующие (HTLV-1)
(длительный латентный период:
у человека от года

до нескольких лет)

Остро трансформирующие
(короткий латентный период:
у мышей и птиц – 2-3 недели)

_

+

+

_

_

+

Группы

др.)
Транс-активирующий
Остро трансформирующие
env
ST:FeSV
onc
(fes)
pol

CycD3, E2F)
Экспрессия
вирусных
онкогенов
LTR
c-myc
LTR
v-src
env
env
Обратная транскрипция
ALV
RSV
HTLV1
Tax
Размножение инфицированных клеток
Стратегии онкогенных ретровирусов

хозяина. Их прототипы – прото-онкогены, кодируют белки, передающие митогенные сигналы.

Такие онкогены ретровирусов
(v-onc) являются перестроенными конститутивно активными версиями протоонкогенов

в мире
5
10
15
Рак печени
Рак носоглотки
Рак пениса
Лимфома
Бэркитта
T-клеточный
лейкоз взрослых
6,2
%
%
1,0
0,8
0,1
0,1
15,8
2,6
0,8
0,5
0,1
0,1
Мужчины
Женщины
Доля смертности от рака в

мире

Рак шейки матки

Рак печени

Рак влагалища

Рак носоглотки

Лимфома
Бэркитта

T-клеточный
лейкоз взрослых

условия, ведущие к отбору опухолевого клона клеток
Опухоль у инфицированных

лиц возникает, как правило, редко, примерно 1 случай заболевания на десятки, сотни, а иногда и тысячи инфицированных лиц
После инфицирования до возникновения опухоли проходит длительный латентный период, длящийся годами и даже десятилетиями
У большинства инфицированных лиц возникновение опухоли не является обязательным событием, но они входят в группу риска

Особенности вирусного канцерогенеза у людей

Новообразования
Вирус гепатита В (HBV)

Рак печени
Вирус папилломы (HPV) Рак шейки матки
Вирус Эпштейна-Барр (EBV) Лимфома Беркитта, рак носо-
глотки, лимфогранулематоз
Герпесвирус-8 (HHV-8/KSHV) Саркома Капоши и др.
Полиомавирус клеток Меркеля Карцинома Меркеля
(MCPyV/HPyV5)

РНК-содержащие Новообразования
HTLV-1 Т-клеточный лейкоз взрослых
Вирус гепатита С (HСV) Рак печени

Онкогенные вирусы человека

al., 2014. Cell Host Microbe. 15(3):266-82

вирус Т-клеточного лейкоза взрослых людей
Инфицированность HTLV-1 в большинстве

регионов мира составляет 0,2-2% населения. В эпидемических районах Японии, Ближнего Востока, Южной и Центральной Америки вирусом заражены 2-15% индивидуумов.
HTLV-1 персистирует в кроветворных клетках (в основном в Т-лимфоцитах).
Лейкоз возникает через 20-30 лет после заражения у ~4% носителей вируса. Он развивается из инфицированных зрелых CD4+ Т-клеток-хэлперов. Длительный латентный период и низкая частота возникновения заболевания свидетельствуют о необходимости накопления в инфицированных клетках дополнительных мутаций, совокупность которых и вызывает неопластическую трансформацию.

происхождения:
вирус Т-клеточного лейкоза взрослых людей (HTLV-1)
U3 R U5
LTR

D3
FOS, JUN, JUNB
р53, p16Ink4a,
Topo-1
TRANCRIPTION
ACTIVATION
ПОДАВЛЕНИЕ
ТРАНСКРИПЦИИ
DNApolβ

Взаимодействуя с клеточными сиквенс-специфическими
транскрипционными факторами (CREB/ATF, SRF, NFkB
и др.), активирует транскрипцию ряда клеточных генов;
Cвязывая и секвестрируя СBP/p300, pCAF, репрессирует
транскрипцию ряда других клеточных генов;
За счет белок-белковых взаимодействий подавляет
функцию некоторых клеточных белков

TRANCRIPTION

ACTIVATION

Стимуляция
деления,
подавление
апотоза

TRANCRIPTION

ACTIVATION

Отмена рост-
ингибирующих
сигналов

TRANCRIPTION

ACTIVATION

Нестабильность
генома

p15Ink4b,

p18Ink4c,

p19Ink4d,

p27Kip1,

развитии рака печени
Смертность от различных
форм рака в мире
1000
800
600
400
200
0
Число смертей (х

1000)

Рак печени

Рак легкого

Рак желудка

Рак молочной
железы

Рак толстой
кишки

Инфицированность в мире
HBV – 257 млн.
HCV – 140 млн.

+ терминальный белок для минус-нити ДНК
2. ORF C – структурный

белок нуклеокапсида (HBc)
3. ORF S/preS – гликопротеиды оболочки вириона, включая L и M
4. ORF X – белок HBx (17 kDa), обладающий транс-активационными свойствами

Частично двунитевая ДНК, 3220 п.о. Полноразмерной является
минус-нить. Репликация через прегеномную РНК-матрицу с участием обратной транскриптазы.

2

В опухолевых клетках: интеграция перестроенной ДНК вируса (86%). Частые места интеграции – гены TERT, PDGFR, циклин A2, RARβ

594-604.

нуклеотидов, принадлежащий к семейству флавиавирусов и не имеющий обратно-транскриптазной активности.

Единственная открытая рамка считывания HСV кодирует полипротеин размером 3000 а.о.

Levrero M. Oncogene. 2006; 25(27): 3834-47

других типов опухолей
Pol et al., 2018; doi:10.1038/nrgastro.2017.172.

NFkB
β-катенин
MAPK

p53
DDB1 (XPE)

Специфические эффекты

Белки HСV:
DNApol z
DNApol i
ROS
PI3K, Wnt
p53, pRb

мутагенез;
стимуляция
размножения;
подавление
апоптоза

стимуляция
размножения;
подавление
апоптоза;
ослабление
чекпойнтов;
мутагенез

Воспаление:
ROS, NOS
Цитокины
Перфорины
Гранзимы

Цирроз печени:
Изменение мик-
роокружения,
нарушение меж-
межклеточных
и фокальных
контактов

нарушение
регуляции
размножения
клеток

мутагенез

Неспецифические эффекты

Лазаревич
Ускользание опухолей от иммунологического надзора