Mutationsteorin om onkogenes är doktrinen enligt vilken orsaken till maligna tumörer är mutationsförändringar i cellgenomet [1] . Denna teori är nu allmänt accepterad. I de allra flesta fall utvecklas maligna neoplasmer från en enda tumörcell, det vill säga de är av monoklonalt ursprung. Enligt moderna begrepp kan mutationer som leder till utveckling av en tumör förekomma både i sex (ca 5 % av alla fall) och i somatiska celler [2] .
Milstolpar i utvecklingen av mutationsteorin om onkogenes:
Direkta bevis på cancerns mutationsnatur kan betraktas som upptäckten av proto-onkogener och suppressorgener, en förändring i strukturen och uttrycket av vilka på grund av olika mutationshändelser, inklusive punktmutationer , leder till malign transformation.
Upptäckten av cellulära proto-onkogener utfördes först med hjälp av mycket onkogena RNA-innehållande virus ( retrovirus ) som bär transformerande gener som en del av deras genom . Molekylärbiologiska metoder har visat att DNA från normala celler av olika eukaryota arter innehåller sekvenser som är homologa med virala onkogener, kallade proto-onkogener. Omvandlingen av cellulära proto-onkogener till onkogener kan ske som ett resultat av mutationer i den kodande sekvensen av proto-onkogen, vilket kommer att leda till bildandet av en förändrad proteinprodukt, eller som ett resultat av en ökning av uttrycksnivån av proto-onkogenen, som ett resultat av vilken mängden protein i cellen ökar. Proto-onkogener, som är normala cellulära gener, har en hög evolutionär konservatism, vilket indikerar deras deltagande i vitala cellulära funktioner.
Punktmutationer som leder till transformation av proto-onkogener till onkogener har studerats huvudsakligen på exemplet med aktivering av proto-onkogener från ras -familjen . Dessa gener, klonade för första gången från mänskliga tumörceller i blåscancer , spelar en viktig roll för att reglera cellproliferation under både normala och patologiska tillstånd. Ras - familjens gener är en grupp av proto-onkogener som oftast aktiveras under tumörcellstransformation. Mutationer i en av HRAS-, KRAS2- eller NRAS-generna finns i cirka 15 % av cancerformerna hos människor. I 30 % av lungadenokarcinomcellerna och i 80 % av tumörcellerna i bukspottkörteln hittas en mutation i ras- onkogenen , vilket är associerat med en dålig prognos för sjukdomen.
En av de två hotspots där mutationer resulterar i onkogen aktivering är det 12:e kodonet . I experiment på platsriktad mutagenes visades det att ersättningen av glycin i det 12:e kodonet med vilken aminosyra som helst , med undantag av prolin , leder till uppkomsten av en transformerande förmåga i genen. Den andra kritiska regionen är lokaliserad kring det 61:a kodonet. Ersättning av glutamin vid position 61 med någon annan aminosyra än prolin och glutaminsyra resulterar också i onkogen aktivering.
Anti-onkogener, eller tumörsuppressorgener, är gener vars proteinprodukter undertrycker tumörbildning. På 1980- och 1990-talen upptäcktes cellulära gener som utövar en negativ kontroll av cellproliferation, dvs förhindrar celler från att gå in i delning och lämna det differentierade tillståndet. Förlust av funktion hos dessa anti-onkogener orsakar okontrollerad cellproliferation. På grund av deras motsatta funktionella syfte med avseende på onkogener, har de kallats anti-onkogener eller malignitetssuppressorgener. Till skillnad från onkogener är muterade alleler av suppressorgener recessiva. Närvaron av en mutant allel, förutsatt att den andra är normal, leder inte till avlägsnande av hämning av tumörbildning.
Således bildar proto-onkogener och suppressorgener ett komplext system av positiv-negativ kontroll av cellproliferation och differentiering, och malign transformation realiseras genom störningen av detta system.
År 1971 föreslog Alfred Knudson en hypotes, nu känd som den dubbla whammy eller dubbelmutationsteorin, som förklarar mekanismen för uppkomsten av ärftliga och sporadiska former av retinoblastom , en malign tumör i näthinnan [ 3] . Baserat på data från en statistisk analys av manifestationen av olika former av retinoblastom, föreslog han att två på varandra följande mutationer måste inträffa i en cell för att en tumör ska uppträda. Vid ärftligt retinoblastom sker den första mutationen i könscellscellerna (ärftlig mutation), och den andra mutationen (andra stroken) sker i de somatiska cellerna . Sporadiskt retinoblastom är mindre vanligt och är resultatet av två mutationer i en somatisk cell. Sannolikheten för att två på varandra följande mutationer ska inträffa i samma cell är liten, så sporadiskt retinoblastom är mindre vanligt än ärftligt, tumörer bildas senare och i mindre antal. Knudson-hypotesen har varit mycket populär länge, men nu behöver den revideras i samband med upptäckten av nya fakta om tumörsuppressorgener [4] [5] .
Enligt moderna koncept krävs från tre till sex ytterligare genetiska skador (beroende på arten av den initiala eller predisponerande mutationen, som kan förutbestämma sjukdomens utvecklingsväg) för att slutföra processen för uppkomsten av neoplasi (tumör ). bildning) [4] . Data från epidemiologiska, kliniska, experimentella (om transformerade cellkulturer och transgena djur) och molekylärgenetiska studier överensstämmer väl med dessa idéer.
Incidensen av cancer hos människor är mycket högre än teoretiskt förväntat, baserat på antagandet om oberoende och slumpmässig förekomst av mutationer i tumörcellen. För att förklara denna motsägelse föreslås en modell, enligt vilken en tidig händelse av karcinogenes är en förändring i en normal cell, vilket leder till en kraftig ökning av frekvensen av mutationer - uppkomsten av en mutatorfenotyp.
Bildandet av en sådan konstitution sker med ackumulering av onkogener som kodar för proteiner som är involverade i processerna för celldelning och i processerna för att accelerera celldelning och differentiering, i kombination med inaktivering av suppressorgener som är ansvariga för syntesen av proteiner som hämmar celldelning och induktion av apoptos (genetiskt programmerad celldöd). Replikeringsfel kan korrigeras av det postreplikativa reparationssystemet . Den höga nivån av DNA-replikationstrohet upprätthålls av ett komplext kontrollsystem för replikationstrohet – reparationssystem som korrigerar fel som uppstår.
Hos människor är 6 gener för postreplikativ reparation (stabilitetsgener) kända. Celler med en defekt i det postreplikativa reparationssystemet kännetecknas av en ökning av frekvensen av spontana mutationer. Graden av mutatoreffekt varierar från en tvåfaldig ökning av mutabiliteten till en sextiofaldig ökning.
Mutationer i stabilitetsgener är en tidig händelse av karcinogenes, som genererar en serie sekundära mutationer i olika gener och en speciell typ av DNA-strukturinstabilitet i form av hög variabilitet i strukturen hos nukleotidmikrosatelliter , den så kallade mikrosatellitinstabiliteten . Mikrosatellitinstabilitet är en indikator på mutatorfenotypen och ett diagnostiskt tecken på en defekt i postreplikativ reparation, som används för att dela upp tumörer och tumörcellinjer i RER+ och RER- (RER är en förkortning av orden replikationsfel , betonar det. att instabilitet är resultatet av oreparerade replikeringsfel). Mikrosatellitinstabilitet har också hittats i cellinjer utvalda för resistens mot alkyleringsmedel och flera andra läkemedelsklasser. Mikrosatellitinstabilitet som ett resultat av nedsatt DNA- metabolism , dess replikation och reparation är orsaken till tumörutveckling.
Som ett resultat av en defekt i postreplikativ reparation uppstår ackumulering av mutationer i generna av kritiska punkter, vilket är en förutsättning för cellprogression till fullständig malignitet. Inaktivering av receptorsystemet på grund av en ramförskjutningsmutation i upprepningarna av den kodande sekvensen observeras endast i tumörceller och detekteras inte utan mikrosatellitinstabilitet.
Karcinogenes på grund av brist på postreplikativ reparation sker i minst tre steg:
Den klassiska mutationsteorin som beskrivs ovan har gett åtminstone tre alternativa grenar. Detta är en modifierad traditionell teori, teorin om tidig instabilitet och teorin om aneuploidi.
Den första är en återupplivad idé av Lawrence A. Loeb från University of Washington , uttryckt av honom redan 1974. Enligt genetiker, i vilken cell som helst under dess liv, sker en slumpmässig mutation i genomsnitt i bara en gen. Men enligt Loeb, ibland av en eller annan anledning (under påverkan av cancerframkallande ämnen eller oxidanter , eller som ett resultat av en kränkning av DNA-replikations- och reparationssystemet), ökar frekvensen av mutationer dramatiskt. Han tror att ursprunget till karcinogenes är uppkomsten av ett stort antal mutationer - från 10 000 till 100 000 per cell. Han medger dock att det är väldigt svårt att bekräfta eller dementera detta. Sålunda förblir nyckelpunkten i den nya versionen av den traditionella teorin om karcinogenes uppkomsten av mutationer som ger cellen fördelar i division. Kromosomförändringar inom ramen för denna teori betraktas endast som en slumpmässig biprodukt av karcinogenes.
1997 upptäckte Christoph Lingaur och Bert Vogelstein att det finns många celler med ett förändrat antal kromosomer i en malign tumör i ändtarmen. De föreslog att tidig kromosomal instabilitet orsakar uppkomsten av mutationer i onkogener och tumörsuppressorgener. De föreslog en alternativ teori om karcinogenes, enligt vilken processen är baserad på instabiliteten i genomet. Denna genetiska faktor, tillsammans med trycket från naturligt urval, kan leda till uppkomsten av en godartad tumör, som ibland förvandlas till en malign, vilket ger metastaser.
1999 skapade Peter Duesberg från University of California i Berkeley en teori enligt vilken cancer är resultatet av uteslutande aneuploidi, och mutationer i specifika gener har ingenting att göra med det. Termen " aneuploidi " har använts för att beskriva förändringar som resulterar i celler som innehåller ett antal kromosomer som inte är en multipel av kärnuppsättningen, men på senare tid har det kommit att användas i en bredare mening. Nu förstås aneuploidi också som förkortning och förlängning av kromosomer, rörelsen av deras stora sektioner (translokation). De flesta aneuploida celler dör omedelbart, men de få överlevande har inte samma dos av tusentals gener som normala celler. Ett välkoordinerat team av enzymer som säkerställer att DNA-syntesen och dess integritet bryts ner, avbrott uppstår i dubbelhelixen, vilket ytterligare destabiliserar genomet. Ju högre grad av aneuploidi, desto mer instabil är cellen och desto mer sannolikt är det att det så småningom kommer upp en cell som kan växa var som helst. Till skillnad från de tre föregående teorierna antyder den ursprungliga aneuploidihypotesen att en tumörs ursprung och tillväxt är mer relaterad till fel i fördelningen av kromosomer än till förekomsten av mutationer i dem.
År 1875 antog J. Cohnheim att maligna tumörer utvecklas från embryonala celler som var onödiga i processen för embryonal utveckling.
1911 föreslog Rippert (V. Rippert) att den förändrade miljön tillåter embryonala celler att fly från organismens kontroll över sin reproduktion.
1921 föreslog W. Rotter att primitiva könsceller "bosätter sig" i andra organ under organismens utveckling. Alla dessa hypoteser om orsakerna till utvecklingen av cancertumörer har länge glömts bort, och först nyligen började de uppmärksammas [Stem Cells Handbook /Redigerad av: S. Sell. Humana press Inc., Totowa, NJ. 2004].