Биохимия злокачественного перерождения клеток Особенности опухолевого роста

Биохимия злокачественного перерождения клеток

Особенности опухолевого роста Изменение дифференцировки клеток n 2. Ослабление контактного торможения n 3. Грубые изменения морфологии органов n 1.

Делящаяся клетка (в центре) изменила форму, превратившись из плоских в округлую

Дифференцировка клеток Оплодотворенная клетка Дробление, деление ------ ЗИГОТА БЛАСТОМЕРА ГАСТРУЛА БЛАСТУЛА дифференцировка клеток эктодерма мезодерма энтодерма

Клонированная лягушка неоплодотворенная яйцеклетка лягушки удаление ядра эпителий кишечника лягушкм перенос ядерного вещества бластула

Укладка длинной цепи ДНК в хроматиновые нити

Работающие гены клетки (выделены синим цветом) и гены пролиферации (выделены красным цветом) ДНК

Блокировка генов метилирование цитозина (блокировка генов) ДНК (блокировка генов) нуклеосома

Блокировка гена репрессором РНК-полимераза репрессор Структурный ген ДНК

У взрослых гены пролиферации включаются при повреждении ткани

Механизм действия факторов активации генов РНК-полимераза репрессор Структурный ген ДНК фактор активации удаление репрессора транскрипция и-РНК биосинтез белков

Факторы активации генов находятся под контролем факторов роста фактор роста рецептор активная протеинкиназа неактивная протеинкиназа активные ферменты неактивные ферменты и-РНК рибосома днк и-РНК Ядро клетки мембрана клетки белки пролиферации

рецептор мембрана клетки неактивная протеинкиназа

Фактор роста рецептор мембрана клетки неактивная протеинкиназа

рецептор мембрана клетки неактивная протеинкиназа

АТФ мембрана клетки неактивная протеинкиназа

АТФ ц. АМФ мембрана клетки неактивная протеинкиназа

АТФ ц. АМФ неактивная протеинкиназа неактивные ферменты

Факторы роста появляются в поврежденной ткани. Их продуцируют стволовые клетки.

Факторы роста необходимы для заживления ран. стволовая клетка ФР дефект ткани

Чем дальше растущие клетки находятся от стволовой клетки, тем слабее к ним идут сигналы Ф. Р. концентрация фатора роста уда лен ие деление клеток Граница органа стволовая клетка

Как будет выглядеть орган, если распределить в пространстве стволовые клетки следующим образом?

Анатомия органов зависит от трехмерного распределения в пространстве стволовых клеток.

Клетки внутри органа теряют способность к делению, так как в них процесс регенерации блокируется механизмом контактного торможения. клетки внутри органа не могут делиться стволовая клетка клетки могут делиться, т. к. одна сторона у них свободна

Понятие о протоонкогенах и онкобелках

Протоонкогены • Процесс деления клеток зависит от работы особой группы генов – протоонкогенов; • Протоонкогены включаются на первых стадиях образования зародыша и функционируют вплоть до формирования взрослого человека; • Работа протоонкогенов контролируется с помощью гормонов • Активность протоонкогенов стимулируется факторами роста; • Активность протоонкогенов ослабляется факторами контактного торможения, кейлонами и гормонами;

Онкогены – это утратившие способность к контролю протоонкогены. Это постоянно работающие гены пролиферации, не реагирующие на сигналы остановки деления клетки.

Онкобелки • Протоонкогены и онкогены осуществляют свою активность через кодируемые ими белки – онкобелки; • Онкобелки это факторы роста, рецепторы, протеинкиназы и ядерные белки, способные включать работу генов, ответственных за подготовку и деление клеток;

Важнейшие онкобелки клетки факторы роста рецепторы активные протеинкиназы неактивная протеинкиназа активные ферменты неактивные ферменты и-РНК рибосома днк и-РНК Ядро клетки мембрана клетки белки пролиферации

Протоонкогены и онкогены протоонкогены функции онкобелка Ген PDGF ростового фактора тромбоцитов Sis – онкоген вируса саркомы обезьян Ростовый фактор, аналог ростового фактора тромбоцитов Ген EGF-R рецептор эпидермального фактора роста Erb B – онкоген вируса эритробластоза птиц “Обезглавленный” рецептор фактора роста, непрерывно посылающий сигналы к пролиферации.

Протоонкогены и онкогены протоонкогены с-RAS – ген белка, входящего в систему передачи сигнала в клетку онкогены Ras – онкоген вируса саркомы опухолей животных и человека функции онкобелка Цитоплазиатическ ий активированный передатчик сигналов в клетку, ведущий к ее пролиферации Активированный c-SRC – ген Src – онкоген тирозинкиназы, вируса саркомы передатчик сигналов в клетку, критического птиц и звена в системе млекопитающих ведущий к ее пролиферации передачи сигнала в клетку

Протоонкогены и онкогены протоонкогены с-MYC - ген ядерного транскрипционного фактора онкогены Myc – онкоген вируса лейкоза птиц и опухолей человека и животных функции онкобелка Ядерный фактор, активность которого ведет к непрерывному делению клеток

Повреждения гена

-Ультрафиолетовое облучение -Ионизирующее излучение - Электромагнитное излучение -Высокая температура -Химические агенты

Механизм делеции в цепи ДНК NH 2 N N О N СН 2 -О – Р-=О ОН O HN NH 2 N N N H О О СН 2 -О – Р-=О ОН H О ионизирую щее излучение

Изменение смысла кодонов после делеции в цепи ДНК (сдвиг рамки считывания) иле гис лиз сер тре асп - -Г-А-Т-Г-Т-Т-Ц-А-Т-Г-А-Ц-Т-Г-А- А - -Г-А-Т-Г-Т-Т-Ц-Т-Г-А-Ц-Т-Г-А- иле гис лиз цис иле тре

Образование димеров в цепи ДНК О НN СН 3 тимин О Н О СН 2 -О– Р- ОН ОН О N ww H О СН 2 - О – Р- ОН ОН О N ww О ww – ультрафиолетовый свет

Образование димеров в цепи ДНК О НN О -СН 3 О N О НN О -СН 3 H Н О СН 2 - О– Р- ОН ОН О N О СН 2 -О– Р- ОН ОН О

Устранение повреждения ДНК димер эндонуклеаза ДНК-полимераза

Пигментная ксеродерма У больных снижена активность ферментов, участвующих в удалении неправильных оснований в ДНК. У людей появляется сверхчувствительность к УФ-свету, что приводит к возникновению красных пятен на коже, переходящих нередко в рак кожи.

Повреждения, вызываемые химическими агентами

Канцерогенные факторы: - полициклические ароматические углеводороды (бензопирен) - ароматические (амины2 -амино-1 нафтол) - нитрозамины (метилдиазоний) - алкилирующие и ацилирующие агенты (циклофосфамид) - вирусы

Дезаминирующие агенты Na. NO 2 (нитрит натрия) Na. NO 3 (нитрат натрия)

дезаминирование аденина ОН NH 2 N N R аденин H 2 O NH 3 N N R гипоксантин

дезаминирование гуанина ОН ОН N NH 2 N N N R гуанин H 2 O НN НО NH 3 N N N R ксантин

дезаминирование цитозина O NH 2 N О H 2 O N R цитозин NH 3 НN О N R урацил

алкилирование нуклеотидов Н 3 С - О S О О диметилсульфат

метилирование гуанина ОН О – СН 3 N NH 2 N N N R гуанин (СН 3)2 SO 2 N NH 2 N N N R метилгуанин

Нарушение комплементарности в цепи ДНК гипоксантин урацил Устранение дефекта - урацила Урацил-ДНКгликозидаза эндонуклеаза вырезание урацила удаление урацила

Устранение дефекта - урацила ДНК - полимераза разрезание эфирной связи присоединение цитозина ДНК - лигаза образование эфирной связи

Наиболее уязвимое место оперона протоонкогена – участок ДНК, называемый оператором.

Структурные компоненты оперона протоонкоген оператор промотор ДНК

Оператор протоонкогена, заблокированный репрессором репрессор ДНКТ-Ц--А-Т-Ц-Т-Г-А-Т-Ц-Ц-А-Г-Т-Цполиме || ||| ||| || ||| А-Г--Т-А- Г-А-Ц-Т-А-Г-Г-Т-Ц-А-Граза оператор

Переход репрессора в неактивное состояние под влиянием посредника фактора роста посредник Ф. Р. модифицированный репрессор ДНКТ-Ц--А-Т-Ц-Т-Г-А-Т-Ц-Ц-А-Г-Т-Цполиме || ||| ||| || ||| А-Г--Т-А- Г-А-Ц-Т-А-Г-Г-Т-Ц-А-Граза оператор

После удаления репрессора начинается репликация гена Т-Ц--А-Т-Ц-Т-Г-А-Т-Ц-Ц-А-Г-Т-Ц|| ||| ||| || ||| А-Г--Т-А- Г-А-Ц-Т-А-Г-Г-Т-Ц-А-Г- Репликация гена оператор деление клетки

В нормальной клетке разрушение посредника фактора роста приводит к освобождению репрессора и посадку его на оператор. Ген вновь заблокирован. репрессор Т-Ц--А-Т-Ц-Т-Г-А-Т-Ц-Ц-А-Г-Т-Ц|| ||| ||| || ||| А-Г--Т-А- Г-А-Ц-Т-А-Г-Г-Т-Ц-А-Г- оператор

Повреждение гена химическими агентами и радиацией РНК-полимераза репрессор протоонкоген изменение структуры ДНК под влиянием канцерогенов ДНК и-РНК

В опухолевой клетке, в результате повреждения структуры оператора происходит удаление репрессора. Включается протоонкоген. репрессор Делеция нуклеотида А Т-Ц--А-Т-Ц-Т-Г- -Т-Ц-Ц-А-Г-Т-Ц|| ||| ||| || ||| А-Г--Т-А- Г-А-Ц-Т-А-Г-Г-Т-Ц-А-Г- оператор

После удаления репрессора начинается репликация гена Т-Ц--А-Т-Ц-Т-Г- -Т-Ц-Ц-А-Г-Т-Ц|| ||| ||| || ||| А-Г--Т-А- Г-А-Ц-Т-А-Г-Г-Т-Ц-А-Г- оператор Репликация гена деление клетки

Заражение клетки вирусом

Повреждение оператора протоонкогена вирусом РНК-полимераза репрессор ДНК вируса ВИРУС ДНК и-РНК деление клетки

Вирусы могут «обманывать» клетку и стимулировать митоз.

Геном ретровируса саркомы Рауса gag pol env src антиген обратнбелок- протеая обоинкитранск лочка наза рип- вируса таза

Прямое влияние вируса на процесс пролиферации вирус рецептор активная протеинкиназа неактивная протеинкиназа активные ферменты неактивные ферменты и-РНК рибосома днк и-РНК Ядро клетки мембрана клетки белки пролиферации деление клетки

Встраивание вирусной РНК (ДНК), содержащей поврежденный протоонкоген в геном хозяина РНК-полимераза ДНК вируса ВИРУС ДНК и-РНК онкобелок опухоль

Отличия в строении рецептора протоонкогена от онкогена онкоген v-erb. B протоонкоген c-erb. B

Ген рецептора «здоровой» клетки кодируемый геном рецептор встраивание гена вируса (инфицирование)

Ген вируса Захватываемый вирусом ген вместе с частью гена рецептора трнскрипция кодируемый геном часть рецептора

Опухолевые клетки – бессмертные, в отличие от специализированных, которые могут делиться не более 50 раз.

Расположение теломеров на хромосомах

Укорочение длины теломера при однократной репликации ДНК 3’ лидирующая цепь 5’ ДНК 3’ 3’ 5’ 5’ 3’ 5’ Праймер (РНК) ДНК-полимераза РНК-полимераза ДНК-полимераза фрагменты ДНК отстающая цепь удаление праймеров фрагменты РНК (праймеры) Исходная длина фрагмента ДНК укорочение исходной длины ДНК

Синтез одного теломерного ДНК-повтора теломеразой в опухолевой клетке. хромосома GGGTTAG 5’ GGTTAG AUCCCAAUC d. GTF d. TTF d. ATF Элонгация GGGTTAG 5’ теломеразная РНК достраивание второй цепи AUCCCAAUC Транслокация GGGTTAG AUCCCAAUC 5’ реконструкция теломера

Диагностика рака с помощью опухолевых маркеров

Показания к применению опухолевых маркеров Маркер Кальцитони н нормы < 100 пг/мл Показания к использованию Примечание Медулярная карцинома щитовидной железы Также пригоден для скрининга групп риска и для диагностики Раковый <3 антиген 72 -4 Ед/мл (СА 72— 4) Карцинома желудка, слизеобразующая карцинома яичника В сочетании с РЭА при карциноме желудка. Маркер 2 -ой группы выбора при карциноме яичника β-21, 2— микроглобу- 2, 5 лин (β-2 -м) мг/л Множественная миелома, неходжинские лимфомы Также важен при диагностике заболеваний почек Антиген <2, 5 плоскоклето нг/мл - чной карциномы Мониторинг течения и терапии плоско-клеточной карци-номы шейки Важно: загрязнение элементами кожи и слюны ведет к завышенным результатам

Показания к применению опухолевых маркеров Фрагмент цитокератин а 19 (CYFRA 21 -1) <3, 3 нг/мл Немелкоклето Важно: загрязнение чная элементами слюны ведет к карцинома завышенным результатам легких Раковый антиген 15 -3 (СА 15— 3) <28 Ед/мл Мониторинг терапии карциномы молочной железы Углеводный антиген 19 -9 (СА 19— 9) < 37 Ед/мл Карцинома Маркер 2 -ой группы выбора поджелудочно при колоректальных й железы опухолях Раковый антиген 125 (СА 125) <35 Ел/мл (< 65 Ед/мл) Мониторинг течения и терапии карциномы яичника В сочетании с РЭА Дифференцировочный антиген из дериватов целомического эпителия (эпителий Мюллерового протока), низкая специфичность

Показания к применению опухолевых маркеров Нейрон специфическая енолаза (НСЕ) < Мелкоклеточная 12, 5 карцинома легких, нг/мл нейробластома, апудома (например, инсулмнома, феохромоцитома, карциноидные опухоли) Хориогонический гонадотропин человека (ХГ) Мужч 0— 5 Мед/ мл Тканевой < 80 полипептидный - Ед/л антиген (ТРА) Образцы крови не должны храниться долго (ложноположительные результаты). Центрифугировать не позднее 1 ч после взятия образца. В сочетании с РЭА при мелкоклеточной карциноме легких Несеминоматозны е герминомы (4886%); хорионкарци номы яичка или плаценты (100%); хорионаденома (97%); семиномы (комбинированные опухоли) (7— 14%) Карцинома мочевого пузыря Значение > 80: карцинома мочевого пузыря, бронхов, яичника, желудка, возможны заболевания печени, почек,

Показания к применению опухолевых маркеров Раковый <3 эмбриональ нг/мл -ный антиген (РЭА) Мониторинг течения и терапии карцином: колоректальной, бронхиальной и желудочной 5% курильщиков имеют уровень маркера 2, 5 — 5 нг/мл; 3% — 5— 10 нг/мл; 1% — 10— 20 нг/мл Альфа< 15 фетопротеи нг/мл н (АФП) Мониторинг беременности, диагностика и мониторинг течения и терапии первичной гепатоцеллюлярно й карциномы и термином Преходящие повышения уровня АФП при заболеваниях печени Простата<3. 7 специфичес нг/мл кий антитген (PSA) Карцинома простаты Тканеспецифический, но опухоленеспецифнческнй. При карциноме престаты. как правило, уровень выше 10 нг/мл

Особенности обмена в опухолевой клетке непрерывная стимуляция к делению клетки сопровождается: -активацией процесса синтеза нуклеотидов; --активацией транскрипции и репликации; -- непрерывным синтезом белков и полисахаридов; --значительным расходованием энергетических ресурсов.

В опухолевых клетках основным механизмом выработки энергии является гликолиз, поскольку быстрый рост опухоли опережает рост кровеносных сосудов.

В этой связи опухолевая ткань становится главным потребителем глюкозы. Для сохранения нормального уровня глюкозы в крови в организме включается система глюконеогенеза. При этом начинают разрушаться белковые вещества и липиды всех тканей организма. Наступает кахексия (падение веса тела).

Синтез глюкозы из жиров и аминокислот (глюконеогенез) Глюкоза Фруктозо-6 -фосфат АТФ Фруктозо-1, 6 -дифосфат фосфо- глицериновый альдегид фосфоенолпируват АТФ обходная реакция АТФ пируват СН 3 СО –S-Ко. А жирные кислоты аминокислоты Глюкокортикоиды

Биохимические методы лечения опухолей: 1. гипертермия; 2. создание гипергликемии; 3. ингибирование натрий-протонного обмена; 4. направленный транспорт цитостатиков.

Удаление протонов из клетки путем Na-Н обмена глюкоза КРОВЬ Н+ Н-лактат Н+ + лактат-анион-Na+ К+ АТФ Na-К-насос

Регуляция ретинолом активности протоонкогена РЕТИНОЛ НЕАКТИВНЫЙ РЕПРЕССОР ПРОТООНКОГЕН ДНК

Блокировка ретинолом протоонкогена пролиферации клеток ДНК