Vėžinės ligos ir jų prevencija

Genai, tiesiogiai susiję su ląstelės piktybėjimu ir vėžio vystymusi, vadinami vėžio genais. Atsižvelgiant į funkcijas ir DNR pažaidos poveikį jų aktyvumui skiriamos dvi pagrindinės vėžio genų grupės – onkogenai ir auglį slopinantys genai. Onkogenus mutacijos aktyvuoja, formuojasi netipiškai aktyvūs onkogenų produktai – onkobaltymai. Onkobaltymai skatina nekontroliuojamą ląstelės dauginimąsi ir gali sukelti ląstelės piktybėjimą. Priešingai, auglį slopinantys genai blokuoja ląstelės piktybėjimą. Jie kontroliuoja ląstelės dauginimosi tempus, inicijuoja DNR

pažaidų reparaciją ar ląstelės apoptozę. Mutacijos auglį slopinančius genus inaktyvuoja, o jų koduojamų baltymų raišką arba aktyvumą – sumažina.

Onkogenai.

Pirmieji onkogenai buvo aptikti vėžį sukeliančių virusų genome. Vėliau giminingos sekos buvo atrastos žmogaus ir kitų organizmų ląstelėse. Paaiškėjo, kad onkogenai yra ląstelės genai, integravęsi į viruso genomą infekcijos metu. Nuo normalių ląstelės genų jie skiriasi savo struktūra ir aktyvumais. Pavyzdžiu gali būti MAP kinazių kaskados baltymas Raf (4 pav.). Žmogaus genome baltymą Raf sudaro reguliacinis ir katalizinis domenas. Viruso genome reguliacinį baltymo domeną pakeičia virusinės Gag sekos, dėl to formuojasi pastoviai aktyvi kinazė. Tokiam virusui patekus į normalią ląstelę viruso onkobaltymas aktyvuoja nekontroliuojamą ląstelės dauginimąsi.

Virusų genai, skatinantys ląstelės piktybėjimą, vadinami v-onkogenais, o jiems giminingi ląstelių genai – c-onkogenais. Nemutavę onkogenų pirmtakai ląstelėse vadinami protoonkogenais. Žmogaus organizme vėžį dažniau indukuoja ląstelinių protoonkogenų mutacijos.

Pirmuosius protoonkogenus 1976 m. aptiko Varmusas (H. Varmus) ir Bišopas (J.M. Bishop). Paukščių ląstelių DNR jie nustatė sekas, artimas paukščių sarkomos viruso (angl. k. – Rous sarcoma) onkogeno src sekoms. Vėliau giminingos sekos buvo aptiktos žmogaus ir kitų gyvūnų ląstelėse. Pirmasis c-onkogenas, aptiktas žmogaus vėžinėse ląstelėse – mutavęs genas ras. Įvairaus dydžio DNR fragmentais, išskirtais iš šlapimo pūslės auglio, buvo veikiama imortalizuota pelės ląstelių linija NIH-3T3. Kai kurie DNR fragmentai sukėlė pelės ląstelių piktybėjimą. Šiose DNR sekose ir buvo aptiktas mutantinis genas ras. Geno ras mutacija – tai viena iš dažniausiai aptinkamų mutacijų, būdinga įvairiems vėžio tipams. Greta ras, šiuo metu žinoma dar apie šimtas onkogenų. Būdingiausi žmogaus ląstelių onkogenai pateikiami 1 lentelėje.

1 lentelė. Onkogenai žmogaus augliuose ir jų aktyvavimo mechanizmai

Protoonkogenus aktyvuja įvairios mutacijos. Dažniausiai aptinkama pažaida – geno translokacija arba perkėlimas į kitą lokusą. Kai protoonkogenai perkeliami į aktyviai transkribuojamas chromosomų sritis (pvz., imunoglobulinų lokusą) jų raiška ženkliai padidėja. Be to, perkeltas protoonkogenas gali jungtis su kito geno sekomis ir formuoti naują aktyvų baltymą. Vykstant translokacijai tarp 9os ir 22os chrosomų, protoonkogenas abl jungiasi su bcr, formuodami naują seką, koduojančią pastoviai aktyvią proteinkinazę. Dėl translokacijos pakitusi (sutrumpėjusi) 22oji chromosoma vadinama Filadelfine (Philadelphia) ir tarnauja žymeniu diagnozuojant lėtinę mielogeninę leukemiją (5 pav.). Onkobaltymų funkcijas gali aktyvuoti taškinė mutacija (nedidelė, vieno ar kelių nukleotidų pažaida). Pavyzdžiui, mutacijos ras onkogene formuoja pastoviai aktyvų baltymą Ras, nuolat prisijungusį GTP. Kita mutacija aktyvuojanti protoonkogenus – geno kopijų kiekio padidėjimas (amplifikacija). Dėl šios pažaidos žymiai padidėja onkobaltymų kiekį ląstelėje. Pavyzdžiu gali būti jau minėto receptoriaus ErbB-2 geno amplifikacija, aptinkama daugelyje metastazuojančių krūties ir kiaušidžių karcinomų.

Dauguma protoonkogenų koduoja baltymus, dalyvaujančius įvairiuose dauginimosi signalų perdavimo etapuose. Protoonkogenai koduoja ląstelių augimo veiksnius ar jų receptorius, įvairius citozolinius signalo perdavimo baltymus. Pavyzdžiui, sis koduoja plataus veikimo

augimo veiksnį PDGF, ras – monomerinį G baltymą, raf – MAP kinazių kaskados baltymą. Dalis protoonkogenų, kaip myc, koduoja transkripcijos veiksnius. Taip pat onkogenais gali tapti mutavę apoptozės ar ląstelės ciklo reguliatorių genai (bcl-2 ar ciklino D1 genas CCND1).

Kaip minėjome, protoonkogenus mutacijos aktyvuoja. Be to, aktyvavimui pakanka genetinės pažaidos vienoje iš homologinių chromosomų, t.y. mutacija yra dominuojanti. Mutacijos protoonkogenuose net ir heterozigotinėje būsenoje pasireiškia embrioniniu letalumu. Dėl šios priežasties onkogeninės mutacijos dažniausiai vyksta somatinėse ląstelėse ir nėra paveldimos.

Auglį slopinantys genai.

 Auglį slopinantys genai (angl. k. – tumor suppressor genes) koduoja baltymus, slopinančius ląstelės dauginimąsi, o kartu ir vėžio atsiradimą. Akivaizdu, kad piktybėjanti ląstelė visais būdais stengiasi inaktyvuoti šiuos genus. Apie auglį slopinančių genų egzistavimą sužinota dar 1969 m. atliekant vėžinės ir normalios ląstelės suliejimo eksperimentus. Neretai hibridinė ląstelė prarasdavo vėžinės ląstelės bruožus ir daugindavosi normaliu tempu. Tai leido daryti išvadą, kad normali ląstelė turi baltymus slopinančius vėžio atsiradimą.

Pirmasis auglį slopinantis genas buvo aptiktas, tiriant retinoblastomą, retą šeiminį (paveldimą) akies tinklainės vėžį, pasireiškiantį dar ankstyvoje vaikystėje. Genas, atsakingas už šią ligą, koduoja baltymą Rb, ląstelės ciklo reguliatorių ir transkripcijos inhibitorių. Ligonių ląstelėse mutacija (delecija) dažniausiai pašalina visą geno lokusą 13oje chromosomoje (6 pav.). Ši mutacija aptinkama visose paciento ląstelėse, ne tik tinklainėje, nes yra paveldėta. Tik vėlesniuose tyrimuose buvo nustatyta, kad retinoblastomos ląstelėse pažeidimai aptinkami abiejose geno kopijose. Aiškinant retinoblastomos genetinę kilmę, buvo pasiūlyta Knudsono (A. Knudson) dviejų “smūgių” kancerogenezės teorija. Ši teorija teigia, kad auglį slopinantį geną inaktyvuoti gali tik pažaidos abiejose geno kopijose. Pirmoji pažaida yra paveldima ir aptinkama visose organizmo ląstelėse (pirmasis “smūgis”). Antroji pažaida įgyjama gyvenimo eigoje dėl žalingo kancerogenų poveikio. Pažaida antrojoje geno kopijoje aptinkama tik auglio ląstelėse (antrasis “smūgis”). Geno Rb mutacijos aptiktos ne tik paveldimose vėžio formose, jų gausu ir nepaveldimuose (sporadiniuose) augliuose, pav., krūties, priešinės liaukos ar plaučių.

Kitas gerai žinomas auglį slopinantis genas yra p53. Geno mutacija sukelia retą paveldimą ligą – Li-Fraumenio (Li-Fraumeni) sindromą. Ligoniai dažnai serga vėžiu, visų pirma krūties bei smegenų karcinomomis. Kaip ir retinoblastomos atveju, pacientai paveldi tik vieną p53 mutaciją, o kitą indukuoja kancerogeniniai veiksniai. Taip pat, geno p53 mutacijos dažnai aptinkamos sporadiniuse vėžiniuose susirgimuose, ypač greitai progresuojančiuose augliuose. Mutacijos dažniausiai pažeidžia sąveikos su DNR domeną ir taip inaktyvuoja šio transkripcijos veiksnio aktyvumus.

6 pav. Genas Rb nepažeistas sveikų žmonių ląstelėse (A), delecija nustatoma tik sergančiųjų retinoblastoma ląstelėse (B). Kitą geno alelį inaktyvina taškinė mutacija, aptinkama ligonių tinklainės ląstelėse.

Auglį slopinantys genai koduoja baltymus, reguliuojančius ląstelės slinktį ciklu, kontrolės taškų atsaką ar reparacijos procesus. Šiuo metu žinoma per 30 auglį slopinančių genų, dalis jų pateikiama 2 lentelėje.

2 lentelė. Auglį slopinantys genai

Pagrindinės pažaidos, inaktyvuojančios auglį slopinančius genus, yra taškinės mutacijos, sutrikdančios geno nukleotidų seką, arba delecijos, pašalinančios dalį ar net visą geno lokusą. Pastarųjų metų tyrimai parodė, kad epigenetinės pažaidos taip pat įtakoja kancerogenezės procesus. Neretai vėžį slopinančių genų promotoriuose DNR būna intensyviai metilinta, tai slopina geno transkripciją bei sumažina baltymo kiekį ląstelėse. Pavyzdžiui, plaučių karcinomose reguliacinio baltymo p16 raiška gali sumažėti ne tik dėl struktūrinės geno pažaidos, bet ir dėl intensyvaus DNR metilinimo geno promotoriaus ir pirmojo egzono srityje.

4. VĖŽIO GYDYMAS
   

Vėžio gydymas – tai dažniausiai kompleksinis poveikis įvairiausiomis priemonėmis. Operacinis auglio pašalinimas – tai bene pati efektyviausia gydymo priemonė kompaktiškiems augliams. Norint išvengti ligos recidyvų ar aptikus metastazes neretai taikoma lokalizuota radioterapija arba chemoterapija. Dauguma priešvėžinių vaistų slopina vėžinių ląstelių DNR sintezę arba sukelia mutacijas. Deja, organizme dauginasi ne tik vėžinės ląstelės. Priešvėžiniai vaistai patenka ir į normalias organizmo ląsteles (epidermį, kaulų čiulpus) sukeldami tokius nepageidaujamus reiškinius, kaip plaukų slinkimas ar mažakraujystė.

Šiuolaikinis mokslas siūlo naujos kartos priešvėžinius vaistus, kurie atrankiai kovoja su vėžinėmis ląstelėmis. Kuriami vaistai, kurie blokuoja auglio angiogenezę, skatina organizmo priešvėžinį imunitetą, atstato pažeistus auglį slopinančius genus ar blokuoja onkogenų veiklą. Krūties vėžio gydymui neseniai pradėtas naudoti monokloninis antikūnas Herceptinas. Tai vaistas, kuris tiesiogiai sąveikauja su onkobaltymu ErbB-2, aptinkamu vėžinių ląstelių paviršiuje, ir efektyviai slopina šių ląstelių dauginimąsi. Kinazės inhibitorius STI571 sėkmingai naudojamas gydant lėtinę mielogeninę leukemiją. Šis inhibitorius atrankiai blokuoja jau minėto onkobaltymo Bcr-Abl kinazinius aktyvumus. Taip pat kuriami junginiai, blokuojantys kitų onkobaltymų (Ras, Bcl-2) aktyvumus. Genų terapijos pagalba į vėžines ląsteles gali būti įvedami nepažeisti auglį slopinantys genai. Jau vyksta retrovirusų raiškos vektorių, nešančių normalų geną p53, klinikiniai tyrimai. Svarbu, kad nepažeisto geno p53 įterpimas į vėžines ląsteles ne tik blokuoja ląstelės piktybėjimą, bet gali sustiprinti chemoterapijos sukeltą vėžinių ląstelių apoptozę. Neseniai pasiūlytas įdomus metodas, atrankiai kovojantis su vėžinėmis ląstelėmis. Modifikuotas adenovirusas ONYX-015 sukurtas taip, kad infekuoja ir lizuoja tik tas ląsteles, kurios turi mutantinį geną p53. Šiuolaikinių vėžio gydymo metodų diegimas į praktiką neatsiejamas nuo molekulinės vėžio diagnostikos bei genetinės auglio analizės. Naujosios kartos vėžio gydymo metodai efektyvūs yra tik tada, kai tiksliai žinomi molekuliniai pokyčiai įvykę auglio ląstelėse ir į juos atrankiai nukreipiamos gydymo priemonės. Artimiausioje ateityje molekulinės biologijos metodai turėtų tapti neatsiejama vėžio prevencijos, diagnozavimo bei gydymo dalimi ir paspartinti žmonijos kovą su vėžiu.