Ugrás a tartalomhoz

Genetika és genomika

Falus András, László Valéria, Tóth Sára, Oberfrank Ferenc, Pap Erna, Dr. Szalai Csaba (2014)

Typotex Kiadó

Onkogenetika

Onkogenetika

Bár a karcinogenezis folyamatairól és kialakulásuk okairól számos más tantárgy keretében is hallanak, ebben a fejezetben a daganatképződés főbb genetikai történéseit foglaljuk össze, hiszen sejtszinten a tumorok genetikai betegségnek tekinthetők.

A daganatos betegségek 3-ból 1 embert érintenek világszerte, vagyis egy embernek ~ 33%-os esélye van a daganat kialakulásra. Már ez a nagy gyakoriság is arra utal, hogy a tumorok létrejötte általában nem monogénes eredetű. Kivételt képeznek az olyan ritka monogénes tumorok, mint pl. a retinoblastoma vagy a Li-Fraumeni-szindróma. Kialakulásuk hátterében számos genetikai eredetű hajlamosító tényező (mutációk) és környezeti hatások állnak.

A rákot olyan betegségcsoportként írhatjuk le, amelyet mutáns sejtek korlátlan proliferációja és a szervezetben való szétterjedése jellemez.

A karcinogenezist az alábbi lépések fémjelzik:

  1. A növekedési szignáloktól való függetlenség

  2. A korlátlan proliferációs képesség

  3. A növekedést gátló útvonalak hiánya

  4. Az apoptózis elkerülése

  5. Angiogenezis

  6. Metasztatizáló képesség.

A mutációk mind spontán, mind pedig valamilyen környezeti tényező által indukáltan jöhetnek létre a 2. fejezetben (Mutációk és polimorfizmusok) tárgyalt mechanizmusok révén. A legtöbb mutagén anyag egyben karcinogén is.

A karcinogenezisben három nagy géncsaládot érintő mutációk játszanak kulcsszerepet. Ezek az onkogének, a tumorszuppresszor gének és az ún. mutátorgének. A mutátorgének a DNS-hibajavításban vesznek részt (lásd 2. fejezet), tehát ezek hibás működése révén rögzülhetnek a genomban a tumorképződéshez vezető mutációk.

Onkogének

Az onkogének tulajdonképpen megváltozott funkciójú, normális gének (protoonkogének), amelyek alapvetően a sejtciklus-szabályozásban játszanak szerepet. Az ilyen gének közé tartoznak a növekedési faktorokat (pl. EGF), ezek receptorait (pl. EGFR), a szignáltranszdukciójukban érintett komponenseket (pl. Ras, Raf,) és transzkripciós faktorokat kódoló gének. Ezek mutációi vezethetnek el a növekedési faktoroktól független, korlátlan szaporodáshoz – pl. ez a mutáns receptor tirozin kinázok konstitutív aktivációjának eredménye is. Az onkogének aktiválódását nemcsak a fenti szereplők pontmutációi, hanem génamplifikáció, illetve kromoszóma-transzlokációk (pl. a krónikus mieloid leukémia esetében leírt a Ph1 kromoszóma létrejöttéhez vezető t(9;22) transzlokáció (ld. 3. fejezet), amely egy fokozott tirozin-kináz aktivitású fúziós fehérjét eredményez) is okozhatják.

A klasszikus genetikai változások mellett epigenetikai eltérések – epimutációk – is onkogén aktiválódást válthatnak ki. Ismeretes hogy az életkor előrehaladtával fokozódó genom hipometiláció gyakran érint onkogéneket. Ezzel nemcsak az onkogének nagyobb aktivitását tudjuk magyarázni, hanem azt az ismert jelenséget, hogy bizonyos daganatok gyakorisága az életkorral növekszik. Az onkogének és az epigenetika kapcsolatára egy sajátos példát az imprintált IGF2 (inzulinszerű növekedési faktor 2) ad. Normális vastagbélhámsejtekben csak az anyai allél expresszál, de vastagbéltumorokban az imprinting elvész (LOI = loss of imprinting), az apai allél is kifejeződik, s kialakul a tumor.

Tumorszuppresszor gének

A növekedésgátlás elmaradása a tumorszuppresszor gének mutációjának köszönhető. A normális tumorszuppresszorok a protoonkogénekkel együtt a sejtciklust szabályozzák, illetve őrködnek a genom épsége felett. Amennyiben a genomban sérülést észlelnek, a sejtciklus leállítására és a hibajavításra „utasítják” a sejtet. E két alfunkció szerint szokás „kapuőrőkről” (gate keepers) és „gondnokról” (care takers) beszélni. Az előbbibe tartoznak a klasszikus tumorszuppresszorok pl. a RB és a TP53 gének, az utóbbiba – a más felosztás szerint mutátornak nevezett – DNS-hibajavító gének (pl. a mismatch repair MLH1 és MSH2 génjei).

Míg a protoonkogének egyetlen mutáns allélja elégséges az onkogenezishez, tehát itt domináns mutációkkal kell számolni, addig a tumorszuppresszorok esetében mindkét allél mutációja kell a növekedést gátló funkció elvesztéséhez. Itt tehát recesszív a mutáns. A care taker vagy mutátorgének esetében a haploinszufficiencia jelensége is szerepet játszhat az onkogenezisben, ugyanis az egyik allél mutációja esetén a megmaradó normális allél már csak csökkent funkcióra képes, és sokszor már ez is elégséges a nagyobb számú kijavítatlan mutáció miatt a daganatképződéshez.

Knudson a tumorszuppresszorok (a RB) vizsgálata során állította fel az ún. két-találat hipotézisét (two hit theory). Eszerint bizonyos daganatok kialakulásához a tumorszupresszor géneket érintő, két egymást követő mutációs esemény szükséges. Ebből az egyik általában már öröklötten jelen van (pl. familiáris retinoblasztóma), míg a másik csak bizonyos szervekben alakul ki, így a korábbi heterozigóta állapot elvész, és a homozigóta mutáns tumorszupresszor gén miatt kialakul a daganat. A sporadikus esetekben mindkét mutáció ugyanabban a személyben következik be. A jelenséget a heterozigótaság elvesztésének = loss of heterozygosity = LOH-nak nevezik, s a mai molekuláris biológiai vizsgálómódszerekkel felderítve, alkalmas lehet a rákmegelőző, prekancerózus állapot kimutatására.

Az onkogénekhez hasonlóan a tumorszuppresszor géneknél is szerepet játszik az epigenetika, az epimutációk. Míg a normális tumorszuppresszorok promoterének CpG dinukleotidjai nem metiláltak, ezzel biztosítva gén expresszióját, addig a daganatokban ezek sokszor hipermetiláltak, így a gén transzkripciója gátlódik, s elvész a túlzott sejtproliferáció kivédésének lehetősége. Egy másik epigenetikus kapcsolat a tumorszuppresszor fehérjék és a HDAC (hiszton deacetiláz) komplex kialakulása. A normális szuppresszor fehérjék kapcsolatba lépnek a HDAC-zal, ezáltal elindítják a kromatin remodelleződést, a heterokromatinizációt, amely az érintett terület génjeinek működését korlátozza, ezáltal gátolva a sejtproliferációt. A mutáns szuppresszorok erre nem képesek, az eukromatikus szerkezet megmarad és a proliferáció folytatódhat.

Anti-apoptotikus gének

A TP53 tumorszuppresszor génnek, mint a genom őrzőjének, nemcsak a DNS-károsodást követő sejtciklus leállításában és a DNS-hibajavítás stimulálásában van szerepe, hanem nagyfokú, javíthatatlan károsodás esetében az apoptózis kiváltásában is. Vagyis ennek mutációja miatt nemcsak a sejtciklus folyhat változatlanul tovább, hanem a súlyosan károsodott, mutáns sejtek is túlélnek, tehát a TP53 mutáció két oldalról is hozzájárul a tumorképződéshez. Ezzel is magyarázható az e gén mutációjával járó Li-Fraumeni-szindrómában, a sok különböző szervet egyidejűleg érintő sokféle tumor.

A belső, apoptotikus útvonal hibás működése, pl. a p53 és/vagy a mitokondriális Bcl-2 érintettsége miatt nemcsak az apoptózis elmaradásának, hanem a tumorsejtek kemoterápiával szembeni rezisztenciájának is oka lehet.

Telomeráz

Ismert, hogy az eukarióta-DNS, a replikáció sajátosságai miatt, a szomatikus sejtekben osztódásról osztódásra rövidül. Ez a kromoszómák telomérikus és szubtelomerikus repetitív szakaszain jelentkezik, s kb. 50–70 osztódást követően a sejt elnyugvásához, az osztódás leállásához, öregedéséhez vezet. A csíravonal sejtjeiben a telomeráz enzim, amely egy reverz transzkriptáz részből és egy telomerikus, DNS-komplementer RNS-szakaszból áll, képes a teloméra hosszát visszaállítani. Ez a genom generációról generációra változatlan hosszban történő átadása szempontjából alapvető fontosságú. Ugyanakkor a tumorsejtek is rendelkeznek teloméra-helyreállító képességgel. Ez vagy a telomeráz enzim indukciójával, vagy egy rekombináción alapuló, alternatív telomérahosszabbítással lehetséges.

Ha egy sejt, különböző mutációk miatt, elkerüli az extrém rövid telomérák miatti sejtpusztulást, genomja instabillá válik, ami a korábban már említett mutációkon (amplifikáció, transzlokációk) át a sejt onkogén transzformációjához vezet. Ezt csak tovább erősítheti a mutált gének által indukált telomeráz (pl. c-MYC képes a telomeráz promoteréhez kötődve azt aktiválni!).