Эпигенетика. Управляй своими генами - Михаил Гаврилов

• усиление активного транспорта сахаров – опухоли любят простые сахара. Глюкоза поступает в клетки путем облегченной диффузии с помощью глюкозных переносчиков (ГЛЮТ 1-12). В раковых клетках повышается количество ряда ГЛЮТ (ГЛЮТ 1,3 и 12), причем в тех клетках, которые испытывают гипоксию (кислородное голодание), существенно возрастает роль ГЛЮТ1. Обнаружение этого эффекта послужило основой для разработки принципов диагностики – визуализации раковых опухолей и их метастазов в клинической практике c использованием фторированного аналога глюкозы при позитронно-эмиссионной томографии. Опухолевые очаги, метастазы, в этом случае быстро накапливают фторированную глюкозу и ярко светятся. Для привлечения большего количества глюкозы опухолевые клетки также имеют большее количество рецепторов к инсулину, чем нормальные клетки;

• анаэробный (без кислорода) гликолиз — в большинстве раковых клеток доля энергии, получаемой от аэробного гликолиза, составляет 50 % от общего уровня ее продукции, а остальное приходится на обычное митохондриальное окислительное фосфорилирование. Как минимум в 70 % всех раковых опухолей человека обнаружено повышение экспрессии генов, кодирующих ферменты гликолиза;

• изменение состава поверхностных гликопротеинов и липидов;

• отсутствие специализации – раковая клетка не становится специализированной и не выполняет полезные для организма функции. Процесс клеточной специализации называется дифференцировкой. Чем ниже степень дифференцировки, тем агрессивнее ведет себя рак;

• отсутствие ремонта собственной ДНК — в опухолевых клетках накапливается все больше мутаций, они становятся менее дифференцированными и быстрее размножаются;

• бессмертие — без этого свойства опухолевые клетки не могли бы формировать опухоль. Они не подвержены апоптозу – запрограммированной клеточной гибели;

• способность к промоции на второй стадии канцерогенеза — отбор возможности преодолевать противоопухолевую защиту и приобретать новые свойства (например, метастазирование), которые могут и не зависеть от канцерогена, вызвавшего появление исходной опухолевой клетки.

Понятия «измененная» и «опухолевая» клетки не идентичны. Трансформированные, измененные клетки на первом этапе инициации не проявляют такие признаки злокачественности, как инвазивный рост и метастазирование. Вместе с тем для возникновения настоящей злокачественной клетки одной инициации недостаточно, необходимы дополнительные стимулы (промоторы), что и происходит на следующей стадии канцерогенеза.

Вторая стадия канцерогенеза – промоция, а канцерогенные факторы называются промоторами[26] (или митогенами).

Измененная на первой стадии клетка начинает взаимодействовать с промоторами, в результате этого образуется достаточно много измененных клеток, у которых появляются первые внешние признаки опухоли. Считается, что на этом этапе первичный опухолевый узел, или скопление клеток, не способны к дальнейшему распространению – инфильтрации и метастазированию[27].

Большинство промоторов имеют слабые канцерогенные свойства или даже вообще их не проявляют. В качестве промоторов могут выступать химические соединения, которые поступают извне или образуются внутри организма. Промоторами могут быть некоторые лекарственные препараты, поваренная соль, гормоны, желчные кислоты, факторы роста и т. д. Промоторы способны также быть инициаторами, если их применять в высоких дозах и достаточно долго, а большинство «сильных» канцерогенов обладают и инициирующими, и промоторными свойствами. Однако результат от комбинации «инициатор-промотор» в десятки и сотни раз превышает канцерогенные воздействия каждого из факторов, взятых в отдельности. Эффект канцерогенов-мутагенов иногда называют инициирующим, а промоторов – активирующим. Для определенных видов рака существуют специфические промоторы, так, например, для рака молочной железы и матки ими являются эстрогены.

Мутации ДНК в инициированных (измененных) клетках должны стать фиксированными, закрепиться, то есть должны воспроизвестись в клетках-потомках и размножиться. Поэтому для закреплений инициации клетка, измененная канцерогеном, должна совершить хотя бы один цикл пролиферации (деление клеток, за счет которого происходит увеличение объема ткани). В этой быстрорастущей ткани появляется закрепление существующих и резко возрастающих в процессе деления новых мутаций в последующих поколениях клеток. Этот процесс отражает суть стадии промоции.

Вторая стадия является обратимой, то есть рак может отступить, как и на первой стадии.

В поздний период промоции в качестве действующих агентов, кроме промоторов, могут быть и другие механизмы регуляции пролиферации клеток, такие как иммунный надзор, агенты, стимулирующие прогрессию (третью стадию канцерогенеза), и др.

Подытожим, что происходит на первых двух стадиях канцерогенеза: воздействие инициатора вызывает мутационную активацию онкогена и/или «выключение» антионкогена, а последующий затем эффект промоторов приводит к усилению пролиферации и интенсивному размножению таких клеток-мутантов. Для этого необходимо длительное и относительно непрерывное воздействие в строго последовательном сочетании – вначале инициирующих, а затем промотирующих факторов. В случае применения промотора до инициации или когда пауза между воздействием инциатора и промотора слишком велика, опухоль не возникает.

Третья стадия канцерогенеза – прогрессия. Прогрессия характеризуется тем, что в изменившихся в результате мутации клетках возникают дополнительные изменения в структуре генома. Также возникает специфический отбор групп клеток, которые проявляют наибольшую агрессию в отношении организма хозяина, а также имеют большую приспособленность к меняющимся условиям существования. Все это приводит к тому, что на этой стадии опухоль наделена сверхзлокачественными свойствами – она способна к инфильтрации и метастазированию.

Несмотря на то, что все клетки опухоли могут образоваться из одной единственной трансформированной стволовой клетки, они могут на третьей стадии канцерогенеза отличаться друг от друга сильнее, чем дифференцированные клетки соответствующей нормальной ткани.

В ходе роста опухолевые клетки, с одной стороны, автономизируются от организма, но с другой – находятся под постоянным давлением различных факторов отбора, то есть эволюционируют как одноклеточный организм. Именно эволюция клонов, приводящая к их разнообразию и увеличению приспособительной жизнеспособности, а не просто рост и расселение и составляет суть понятия «опухолевая прогрессия».