Трансгеноз в изучении онкогенов, антионкогенов и рака
[ Jaenish, 1989 , Hanahan, 1989 , Verma ea 1995 , Bishop, 1995 , Brandon ea 1995 , Brandon ea 1995 , Adams ea 1991 , Fogelstein ea 1993 , Hu ea 1994 , Johnson ea 1989 , Oliviero ea 1992 , Jain ea 1994 , Clark, 1993 ].
Потенциал трансгеноза вообще и в особенности направленного изменения генов особенно ярко виден при исследовании механизмов таких сложных многостадийных процессов, как рак. Хотя изменение отдельного онкогена может вызывать предрасположенность к раку, для того чтобы опухоль развилась, необходимы последующие мутации, затрагивающие другие онкогены , гены-суппрессоры или гены контролирующие программируемую клеточную смерть . Каждый из генов, принадлежащих к этим трем категориям, выполняет свою роль по разным механизмам. Вопрос в том, как они взаимодействуют в многоступенчатом процессе, приводящем в конечном счете к возникновению раковой клетки и какова их роль в нормальных процессах жизнедеятельности.
Трансгенные животные помогают идентифицировать роль нормальных генов, вовлеченных в опухолеобразование. Это не может быть достигнуто в клеточной культуре. Как обычно, информацию получают путем двух подходов - приобретение функции и потеря функции, которые дополняют друг друга. Первый из них, как вы помните, позволяет видеть, как данный ген может влиять на организм, когда он ненормально экспрессируется. Второй позволяет делать выводы о роли этого гена в норме.
Новая эра в исследованиях механизмов канцерогенеза началась в 1984 году, когда появились мыши с введенными в них онкогенами, и было показано, что они развивают специфические типы рака. Введение копии T-антигена вируса SV-40 вызывали опухоли мозга, а myc-онкоген приводил зачастую к опухолям молочной железы [ Adams ea 1991 ]. Поскольку инъецированная ДНК часто внедрялась в зародышевые линии, были созданы линии мышей, предрасположенные к раку. Возникновение опухоли - многостадийный процесс. Возникший неопластический клон должен:
-начать игнорировать программу жизнедеятельности, предначертанную для данного типа клеток;
-исключить требование ростовых факторов, получаемых от других клеток;
-начать игнорировать сигналы, ограничивающие рост при контактах с соседними клетками (контактное торможение);
-обеспечить свою собственную систему кровеснабжения;
-достигать и внедряться в отдаленные места в организме - метастазировать. Варьируя регуляторные последовательности, присоединяемые к онкогенам, можно было исследовать следствия их экспрессии в различных клетках и тканях. На протяжении пренеопластической фазы можно было непосредственно исследовать влияние введенных генов на пролиферацию и дифференцировку клеток. Более того, можно было исследовать синергизм между парами онкогенов, вводя два разных онкогена в одно животное. До появления технологии нокаутирования большое число онкогенов было введено в трансгенные мыши. Было моделировано свыше двадцати различных типов опухолей. Были сконструированы трансгенные линии, экспрессирующие каждый из типов онкогенов:
Ростовые факторы, например, TGF-a, Wnt-1, Int-2.
Рецепторы цитокинов, например, ErbB2 и Ret.
Молекулы трансдуцирующие внеклеточные сигналы, например, нуклеотидсвязывающие белки, Ras, серин-треонин-киназа Pim-1 и тирозин- киназы Abl, Fps и Lck.
Цитоплазматический белок, вовлеченный в процессы апоптоза, о которых нам предстоит поговорить, Bcl-2.
Множество ядерных белков, являющихся факторами транскрипции или регуляторами репликации: Myc, Fos, Jun, p53, T-антигены вирусов папова и т.д.
Как видите громадная работа, коллосальный объем информации. Из этих опытов стало понятным, что экспрессия онкогенов в трансгенном животном делает его значительно более предрасположенным к опухолям. Более того, потомство этих мышей также наследует эту повышенную предрасположенность. Из этих и других наблюдений над трансгенными мышами следовало, что:
а.Онкогены влияют на регуляцию клеточной пролиферации.
б.Разные онкогены различаются по способности влиять на регуляцию клеток того или другого типа. Например, клетки поджелудочной железы, секретирующие желудочный сок, хорошо трансформировались при экспрессии онкогена ras, но когда в них экспрессировали онкоген myc опухоль не развивалась. Наоборот опухоль молочной железы эффективно индуцировалась при экспрессии myc, но редко возникала при экспрессии ras.
в.И, очень важно, экспрессия онкогена не вызывает немедленной пролиферации клеток. Пролиферация начинается через довольно длительное время после начала экспрессии. Отсюда следовала гипотеза о том, что клетке нужны дополнительные изменения, чтобы она превратилась в иммортализованную, т.е. пролиферирующую бесконтрольно. Оказалось, что трансгены не вызывают опухоль непосредственно, но приводят к высокому уровню предрасположенности к ее возникновению.
Для превращения клетки, экспрессирующей онкоген в опухолевую, требовались дополнительные мутации. Когда онкоген myc вводится в трансгенное животное под контролем промотора мышиного вируса рака молочной железы (MMTV), активного в клетках груди, в конце концов у таких животных развивается опухоль. Это, кстати, пример тканеспецифической экспрессии в трансгенном животном.Но это происходит с очень большой задержкой.
Хотя и с меньшей, но с задержкой, происходит образование опухоли груди и при введении ras под контролем этого же промотора. Но вот скрестили эти две трансгенные линии животных и увидели, что их потомки развивают опухоль гораздо быстрее, чем можно было бы ожидать на основании простой аддитивности действия двух онкогенов. Онкогены проявили синергизм. Это согласовывалось и давало сильную поддержку гипотезе о многоступенчатой природе рака. Синергическое действие онкогенов наблюдали, правда, и на культурах клеток, когда онкогены вводили попарно, например, в фибробласты. Отметим сразу, что хотя коэкспрессия myc и ras ускоряла образование опухоли, для возникновения злокачественной опухоли требовались еще дополнительные события.
Но не все комбинации онкогенов оказались способными к синергизму, и онкогены могут быть сгруппированы по их способности дополнять друг друга в черном деле трансформации нормальной клетки в опухолевую.
Смотрите также:
