Хромосомные перестройки, анеуплоидия . связь с онкогенезом

   Хромосомные перестройки,  анеуплоидия. Связь с онкогенезом.

   Мутации - внезапные наследственные изменения генетического материала, возникают без видимых причин (спонтанно), или могут быть индуцированы внешним воздействием на организм. Процесс возникновения мутаций называют мутагенезом. Факторы, которые вызывают мутации, называют мутагенами.

   Мутации бывают доминантные (проявляются в первом поколении) и рецессивные, полезные и вредные. Если вредная мутация доминантна, то организм может оказаться нежизнеспособным. Мугации, снижающие жизнеспособность, называют полулетальными, например появление рецессивного гена гемофилии у человека. Мутации, не совместимые с жизнью, называют летальными.

   Мутации бывают генеративные (возникают в половых клетках и проявляются в следующем поколении) и соматические(проявляются у данного организма, не передаются по наследству при половом размножении и передаются при бесполом).

   По  уровню возникновения мутации могут быть связаны с изменением: структуры гена - генные; структуры хромосом - хромосомные перестройки; числа хромосом (полиплоидия, гетероплоидия) - геномные.

   Генные (точковые) мутации возникают при изменении химической структуры гена. Происходит нарушение последовательности нуклеотидов в молекуле ДНК. Это приводит к изменению строения белка. Генные мутации возникают при замене, выпадении, вставке пар нуклеотидов. Большинство мутаций - генные (например желтые и зеленые семена гороха).

   Хромосомные перестройки возникают в результате разрыва хромосомы. Есть внутрихромосомные перестройки – делеции (нехватка) - утрата части хромосомы (Рис. 1,а), дупликации (удвоение участка хромосомы) (Рис. 1,б), инверсии (разрыв хромосомы и переворот на 180°) и межхромосомные – транслокации [1].

                                   

   Рисунок-1. Хромосомные перестройки: а) Нехватка участка DE; б) Удвоение участка С. 

   При межхромосомных перестройках негомологичные хромосомы обмениваются участками - происходит транслокация. Транслокацияучастка одной из хромосом (21-й пары) может быть причиной болезни Дауна.

   Геномные  мутации. Совокупность взаимодействующих генов, содержащихся в гаплоидном наборе хромосом, называют геномом. Мутации, связанные с изменением числа хромосом, называют геномными. Изменение числа хромосом вызвано нарушением их распределения по дочерним клеткам во время 1-го и 2-го мейотических делений в гаметогенезе или при первых дроблениях оплодотворенной яйцеклетки. К геномным мутациям относят гаплоидию, полиплоидию, анеуплоидию (гетероплоидию).

• Гаплоидия. Гаплоидные организмы имеют по одной хромосоме каждой гомологичной пары. Все рецессивные гены проявляются в фенотипе. Жизнеспособность организмов снижена.
• Полиплоидия - увеличение диплоидного числа хромосом путем добавления целых хромосомных наборов, что происходит в результате нарушения мейотического деления. Например, организм может иметь (2n+n)=3n (триплоид) или (2n+2n)=4n (тетраплоид). У полиплоидных организмов более крупные клетки. Организмы более устойчивы к неблагоприятным условиям. Полиплоидные растения получаются путем воздействия на них химическими веществами (колхицином), ионизирующим излучением.
• Анеуплоидия (гетероплоидия) -  изменение количества хромосом, не кратное гоплоидному набору - отсутствие (моносомия -2n-1) или наличие дополнительных (трисомия - 2n+1, полисемия - 2n+3,4,5) хромосом. Моносомия по Х-хромосоме приводит к развитию синдрома Шершевского-Тернера у женщин (45 хромосом = 44 аутосомы+ ХО).

   Трисомии описаны по Х-, Y-хромосомам и по аутосомам.

   Лишняя  Х-хромосома у мужчин (XXY) вызывает развитие синдрома Клайнфельтера, а у женщин - синдрома трисомии (XXX). Трисомия по 21-й паре аутосом описана как синдром Дауна. Синдромы у больных включают в себя нарушения в строении и функционировании ряда органов и систем органов.

   Иногда  рождаются дети, в кариотипе которых  может быть 4, 5 Х- или Y-хромосом и более. Например кариотип XXXY, XXXYY. Это полисемии.

   Клинические проявления синдромов у таких  детей усиливаются.

   Если  из диплоидного набора выпадает какая-либо пара гомологичных хромосом, организм называют нулесомиком. Он нежизнеспособен [2,3]. 

     Теории  канцерогенеза 

     Канцерогенез (в переводе с лат. cancerogenesis; cancero — рак, и с греч. genesis, зарождение, развитие) — сложный патофизиологический процесс зарождения и развития опухоли.

     На  данный момент в науке выделяют несколько  теорий канцерогенеза, но основной, общепринятой  является мутационная теория. В большинстве случаев рак (злокачественные новообразования) развиваются из одной опухолевой клетки.

     Мутационная теория происхождения рака.

     Согласно  этой теории рак в организме человека возникает вследствие накопления мутаций в специфических участках клеточной ДНК, которые приводят к образованию дефектных белков.

     Основоположник  теории – немецкий биолог Теодор Бовери. Ещё в 1914 году он высказал предположение о том, что нарушения в хромосомах могут привести к возникновению рака. Также в поддержку этой теории выступали следующие учёные: Герман Мюллер, Альфред Кнудсон, Роберт Уэйнберг, Берт Фогельштейн, Эрик Фэрон, котрые в разное время на протяжение 1914 – 2003 гг. находили подтверждения, доказательства того факта, что рак является следствием генетических мутаций.

     Теория  случайных мутаций. Автор – Лоренс Леб.

     Генетики  утверждают,что в любой клетке за время её жизни случайная мутация возникает в среднем всего в одном гене. По предположению Лоренса Леба иногда под действием канцерогенов, оксидантов, или же в результате нарушения системы репликации и репарации ДНК частота мутаций резко возрастает. Вывод – рак возникает вследствие огромного числа мутаций — от 10 000 до 100 000 на клетку. Но Лоренс Леб признаёт, что подтвердить или опровергнуть это предположение очень трудно.

     Таким образом, канцерогенез – как следствие  возникновения мутаций, обеспечивающих клетке преимущества при делении. Хромосомные  перестройки в рамках этой теории рассматриваются лишь как случайный  побочный продукт канцерогенеза. 
 

     Теория  ранней хромосомной нестабильности.

     Основоположники - Кристоф Лингаур и Берт Фогельштейн. В 1997 г. они обнаружили, что в злокачественной опухоли прямой кишки очень много клеток с изменённым числом хромосом и выдвинули идею, что ранняя хромосомная нестабильность приводит к появлению мутаций в онкогенах и генах-онкосупрессорах.

     Основная  идея теории - нестабильность генома. Этот генетический фактор вместе с давлением  естественного отбора может привести к появлению доброкачественной  опухоли, которая иногда трансформируется в злокачественную опухоль, дающую метастазы.

     Теория  анеуплоидии.

     Автор - Питер Дюсберг (учёный из Калифорнийского университета в Беркли) создал теорию, согласно которой рак является следствием исключительно анеуплоидии, а мутации в специфических генах не играют абсолютно никакой роли в канцерогенезе.

     Анеуплоидия -  изменения, вследствие которых клетки содержат число хромосом, некратное основному набору хромосом.  В последнее время под анеуплоидией понимают также укорочение и удлинение хромосом, перемещение их крупных участков (транслокации).

     Большинство анеуплоидных клеток сразу же погибают, но у немногих выживших доза тысяч  генов оказывается не такой, как  у нормальных клеток. Слаженная команда ферментов, обеспечивающих синтез ДНК и её целостность, распадается, в двойной спирали появляются разрывы, ещё больше дестабилизирующие геном. Чем выше степень анеуплоидии, тем нестабильнее клетка и тем больше вероятность того, что появится клетка, способная расти где угодно.

     Гипотеза  изначальной анеуплоидии в этой теории полагает, что зарождение и  рост опухоли в большей степени  связаны с ошибками в распределении  хромосом, чем с возникновением в  них мутаций.

     Теория  эмбриональных клеток.

     В разные годы разные учёные выдвигали  гипотезы насчёт развития рака из эмбриональных  клеток.

     В 1875 году Конгейм (J.Cohnheim) высказал гипотезу о том, что раковые опухоли развиваются из эмбриональных клеток, оказавшихся ненужными в процессе эмбрионального развития.

     В 1911 году Рипперт (V.Rippert) предположил, что измененная окружающая среда позволяет эмбриональным клеткам ускользать от контроля со стороны организма над их размножением.

     В 1921 году Роттер (W.Rotter) высказал предположение о том, что примитивные зародышевые клетки «поселяются» в других органах в процессе развития организма.

     Тканевая  теория онкогенеза.

     Одним из авторов тканевой теории онкогенеза можно по по праву назвать Ю.М. Васильева.

     Причиной  появления раковых клеток по это  теории являетсянарушение тканевой системы контроля  пролиферации клоногенных клеток, обладающих активизированными онкогенами.

     Основным  фактом, который подтверждает  механизм, основанный на нарушении тканевого гомеостаза,  является способность опухолевых клеток нормализоваться при дифференцировке. Лабоарторные исследования на мышах показали, что даже клетки с хромосомными нарушениями при дифференцировке нормализуются.

     В своих  работах Ю.М.Васильев исследует  обратимость трансформации  на молекулярно-генетическом уровне.  Делая заключение, Ю.М.Васильев (1986) пишет:  «Таким образом, между нормальным и трансформированным фенотипом клетки возможны обратимые переходы, вызываемые внешними факторами.  Достижения последних лет привели к появлению принципиально новых взглядов на механизм автономии опухолевых клеток.  Теперь известно, что такая независимость возникает не как следствие необратимой утраты клеткой способности реагировать на воздействие внешней среды, но как результат чрезмерной стимуляции клетки эндогенными онкобелками,  имитирующими один из нормальных типов клеточной реакции,  а именно реакции мембраны на молекулы - лиганды, не связанной с субстратом».

     При повышенном режиме пролиферации нарушение  структуры тканевого гомеостаза определяет сдвиг в сторону эмбрионализации, что меняет соотношение между стимуляторами и ингибиторами митоза, в результате возникает «сверхстимуляция».  Таким образом в тканевой модели связываются канцерогенный профиль, режим пролиферации, степень омоложения, искажение структуры и функции гомеостаза, а также неконтролируемый рост клоногенных клеток. В конечном итоге это может привести к злокачественным новообразованиям – раковым клеткам [4]. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

Список  использованных источников. 

1. http://bibl.tikva.ru/base/B1774/B1774Part64-123.php

2. Лениджер, А.Л, Основы биохимии в трех томах, том 3/ А.Л. Лениджер. – М.: «МИР», 1985.

3. http://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%90%D0%BD%D0%B5%D1%83%D0 %BF%D0%BB%D0%BE%D0%B8%D0%B4%D0%B8%D1%8F

4. http://podskazok.net/onkologiya-kak-nauka/onkologiya-teorii-kantserogeneza.html 26.05.2010