Михаил Вейсман - Тайная жизнь тела. Клетка и ее скрытые возможности

Это выходит за рамки одной клетки и становится проблемой пораженной ткани или органа, который больше не может служить образцом отдельным клеткам. Рак действительно является проблемой как окружающей среды, так и отдельной клетки.

На этот счет существует масса теорий. За столетие изучения рака ученые выявили десяток факторов, «ломающих» ДНК и вызывающих необузданное деление раковых клеток. Но в большинстве случаев на роль «взломщиков» ДНК претендуют такие же гены.

Так, оказалось, что некоторые вирусы способны в определенных условиях вызывать образование опухолей. Эти вирусы были названы онкогенными вирусами. Вирусы, как правило, содержат очень мало генов – от нескольких генов до нескольких десятков, тогда как в каждой клетке человека присутствует около 100 000 генов. Впрочем, выяснилось, что из всех генов вируса для превращения клетки в опухолевую достаточно одного. Такие гены были названы онкогенами. Но почему они начинают провоцировать возникновение опухолей?

Один из вариантов «пробуждения» онкогена (который мы уже рассматривали) – это структурная мутация, то есть изменение структуры гена. Например, замена одного из информационных блоков в ДНК, что приводит к замене аминокислоты в белковой цепи и к изменению вида деятельности белка. Другой путь – это усиление активности онкогена. В каких-то определенных условиях ген вируса вдруг начинает усиленное производство матричных РНК. Те в свою очередь усиленно продуцируют «дефективный» белок, который накапливается в клетке.

Есть и другие способы активации онкогена. Но главное, что число известных онкогенов непрерывно растет и уже перевалило за сотню.

С другой стороны, вскоре после открытия первых онкогенов появились сообщения о существовании генов, утрата или подавление активности которых также приводит к развитию опухолей. Иными словами, белковые продукты этих генов необходимы для того, чтобы не дать клетке превратиться в раковую. Эти гены были названы антионкогенами или генами-супрессорами опухолей (ГСО). Число известных ГСО тоже быстро растет, хотя и уступает числу открытых онкогенов.

Итак, есть гены, белковые продукты которых помогают нормальной клетке превратиться в раковую, и гены, белковые продукты которых этому препятствуют.

Есть еще одно соображение по поводу раковых клеток. Для того чтобы клетка начала расти и размножаться, нужны специальные сигналы, вырабатываемые обычно другими клетками, а иногда и самой клеткой. Обычно это белковые молекулы, которые называют факторами роста. Их производство строго регулируется, но если происходит нарушение регуляции, то факторы могут накапливаться в больших количествах. Они начинают сигнализировать клетке о необходимости расти и делиться. Поэтому в роли онкогенов могут выступать и некоторые гены, кодирующие факторы роста.

Далее. Чтобы фактор подействовал, необходим рецептор для данного фактора, расположенный на поверхности клетки-мишени. Когда фактор присоединяется к рецептору, последний активируется и запускает химическую реакцию, стимулирующую деление клетки. Но иногда при некоторых повреждениях рецепторов они обретают свойства «зажигаться» при отсутствии своего фактора роста. Такой рецептор будет непрерывно передавать сигнал о необходимости начинать рост, хотя фактор роста и отсутствует. Поврежденный ген, кодирующий такой измененный фактор роста, может выступать в роли онкогена.

Передача сигнала на рост не ограничивается факторами роста и их рецепторами. В передаче такого сигнала участвует много других белков – передатчиков сигнала. Это своего рода клеточное реле. Такая передача часто идет путем цепной химической реакции. И любой ген, кодирующий участников этой цепи, может выступать в роли онкогена.

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.

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.