<< Предыдушая Следующая >>

Нарушения в передаче сигнала к делению в раковой клетке: но- вые мишени для уничтожения раковых клеток

Стандартные лекарства против раковых клеток действуют на них через повреждения их ДНК. Но при этом такое же действие их и на здоровые клетки организма пациента. То есть эти лекарства неизбирательные, с тяжелыми побочными эффектами.

Для избежания этого, ученые долго искали новые мишени для лекарств, чтобы уничтожать только раковые клетки. Их нашли в «участниках» передачи сигнала к делению в раковой клетке.

Без сигнала к делению никакая клетка многоклеточного организма делиться, т.е. вступать в клеточный цикл, не может. Каждая функция нормальной клетки любого типа запрограммирована генами для подчинения ее нуждам организма как целого. Такое разделение функций клеток разного типа осуществляется с помощью передачи сигналов между клетками. Сигналом является молекула – лиганд, часто это какой-либо фактор роста: TGF-альфа, эпидермальный фактор роста (EGF) и другие.

Для действия сигнала на клетку необходим рецептор. Рецептор – это молекула белка, интегрированная в цитоплазматическую мембрану клетки. В ней различают три части: внешняя часть – она вне клетки, средняя часть – внутри мембраны клетки и внутренняя часть – она внутри цитоплазмы. Рецептор может связываться только со своей сигнальной молекулой так же, как субстрат взаимодействует со своим ферментом.

В нормальной клетке молекула-лиганд всегда извне. Она выделяется из других клеток и мигрирует к тем клеткам, на поверхности которых имеется рецептор именно к этой молекуле-лиганду. Поэтому нормальная клетка не может быть независимой, т.е. она является частью своей ткани.

Факторы роста в своем действии паракринны, так как секретируются соседними клетками и диффундируют на коротком расстоянии – местное действие.

Раковая клетка возникает из нормальной клетки ткани и при этом утрачивает все контакты: с нормальными клетками своей ткани и с внеклеточным матриксом ткани. Это одна из причин, что превращает раковую клетку в клетку-организм. Нормальная же клетка при утрате таких контактов перестает размножаться и погибает через апоптоз (Ю.А. Ровенский, 2001).

Однако, раковая клетка при утрате таких контактов остается очень жизнеспособной: размножается без конца, ее потомки мигрирует в окружающие ткани и по организму, в половине случаев раковой клетки разного типа она обходит апоптоз.

Причина в том, что в раковой клетке включается аутокринная регуляция деления клетки. Это открытие сделали М. Спорн и Г. Тодаро (M.B. Sporn, G.J.Todaro, 1980).

Оказалось, что молекула-рецептор и молекула-лиганд синтезируются в самой раковой клетке. Для этого в ней включаются сразу два гена. В нормальной клетке взрослого организма эти гены репрессированы.

Один синтезирует фактор роста, а другой – рецептор к нему. Это продукты через копии их генов – иРНК. После синтеза молекула-рецептор встраивается в мембрану раковой клетки, а молекула-лиганд т.е. фактор роста, секретируется в межклеточную среду вблизи от раковой клетки. Молекула-рецептор вылавливает эту молекулу-лиганд и соединяется с ней. Это изменяет конформацию внутренней части молекулы-рецептора. В результате запускается один из биохимических ответов клетки – она включается в клеточный цикл. Это явление ученые назвали аутокринным механизмом размножения клетки (Рис. 1).

Рис. 1.

Аутокринная секреция и механизм превращения нормальной клет- ки в раковую

: а – молекула фактора роста в скрытой форме внутри клетки; б – молекула-рецептор; в – молекулы фактора роста; г – взаимодействие молекулы- рецептора клетки с молекулой фактора роста.

Но главное – другое. М. Спорн и Г. Тодаро (1980) в опытах с культурой клеток доказали, что аутокринный механизм размножения клетки является причиной превращения нормальной клетки в раковую клетку. Они пишут, что меньшая потребность раковой клетки в экзогенных факторах роста может быть без труда объяснена эндогенным синтезом их, т. е. в самой клетке.

В ряде опытов на питательной среде были выращены нормальные клетки. Затем в эту среду добавляли белки из раковых клеток опухолей человека, а также из клеток опухолей животных. Эти белки вызывали превращение нормальных клеток в раковые клетки. Поэтому ученые назвали такие белки – трансформирующими факторами роста – TGFs-альфа. Они были выделены также из питательной среды, в которой выращивали клетки, взятые из опухолей человека. Эти факторы роста имеют свои рецепторы на поверхности раковой клетки и являются стимулом для постоянного размножения раковых клеток.

Действие TGFs-альфа на клетки в культуре проявляется следующим образом:

- они для клеток являются сильными митогенами – повышают плотность культур, снижается лимит концентрации сыворотки для пролиферации, вплоть до того, что клетки приобретают способность размножаться в среде без сыворотки;

- при наличии их в среде происходит морфологическая трансформация клеток;

- появление у клеток в их присутствии способности к пролиферации без прикрепления к субстрату в полужидких гелевых средах;

- тест на образование колоний в «мягком агаре» считается одним из наиболее устойчивых «in vitro» признаков способности клеток образовывать опухоли «in vivo»;

- все эффекты TGFs-альфа обратимы: при переносе клеток в среду без этих факторов «клетки возвращаются в исходное состояние» (G.J. Todaro et al.,1981).

Авторы считают, что аутокринные механизмы потенциально очень опасны для выживания организма, если они не находятся под жестким регулированием как только надобность в них отпадает. Эти гены были необходимы клеткам в раннем эмбриогенезе. Поздняя экспрессия их в нормальной клетке превращают ее в раковую клетку.

В заключение ученые подчеркивают, что рак в будущем можно лечить: репрессией этих генов или с помощью специфических веществ, тормозящих синтез и активность этих факторов роста и рецепторов к ним.

Однако, раковые клетки характеризуются не только неограниченным делением, но и способностью к инвазии, т.е. свойством, которое не зависит от факторов роста.

Включение генов аутокринной регуляции деления в раковой клетке делает ее независимой от сигналов извне не только для размножения. Она становится способной жить в организме изолированно от других клеток, но среди них, т.е. становится самостоятельным одноклеточным организмом. Это клетка- организм возникает в организме-хозяине и паразитирует на нем.

В нормальной клетке факторы роста и рецепторы к ним, G-белки, связанные с мембраной клетки, белки-передатчики сигнала в цитоплазме, а в ядре клетки – транскрипционные белки, – это продукты нормальных генов экспрессии. Их экспрессия находится под контролем генов-супрессоров, в частности, гена белка р53.

При отсутствии в клетке такого контроля в результате мутаций в гене- супрессоре белка р53 или репрессии гена-супрессора Rb1 дерепрессия генов факторов роста и рецепторов к ним превращает нормальную клетку в раковую. Но для клинической практики очень важен тот факт, что раковые клетки можно вернуть в исходное состояние, если перенести в среду без TGFs-альфа.

Концепция аутокринного механизма возникновения раковой клетки и его молекулярных причин открывает новые пути воздействий на раковые клетки. Ликвидация раковых клеток может осуществляться двумя путями: 1) уничтожением клеток и 2) возвращением их в нормальное состояние, т.е. реверсией.

В настоящее время онкологи заняты удалением и уничтожением раковых клеток в организме пациента, но реверсия раковых клеток подтверждена во многих экспериментах.

Факторы роста и их рецепторы раковой клетки, G-белки, связанные с мембраной клетки, белки-передатчики сигнала в цитоплазме, белки транскрипции в ядре клетки – это новые мишени для создания избирательно действующих средств и лекарств против раковых клеток.
Большой вклад в это внесли ученые нашей страны и их материалы мы здесь цитируем – Н.Е. Кушлинский, Е.С. Герштейн (1996), С.А. Тюляндин (1999), Н.Е. Кушлинский (1999), Д.А. Носов (2001).

1. В раковой клетке чрезмерная экспрессия рецептора факторов роста. Например, рецептор эпидермального фактора роста – EGFR. Он продукт гена c-erbB1. За счет амплификации гена, т.е. избытка его иРНК, синтез рецептора чрезмерен.

Для подавления чрезмерной экспрессии рецептора, можно подавлять этот ген разными способами, например, интерферирующей РНК (РНКи) к иРНК этого гена. Можно избирательно связать белок-рецептор моноклональным антителом или синтезировать по его пространственной структуре избирательно действующее химическое соединение. Молекула этого соединения будет комплементарна активным участкам молекулы-рецептора. В результате будет прекращена передача сигнала к делению в раковой клетке, что затем может вести к регрессу рака.

2. Тирозинкиназа С. Она составляет цитоплазматическую часть белка- рецептора для многих факторов роста – эпидермальный фактор роста (EGF) и TGFs-альфа, фактор роста эндотелия сосудов (VEGF-1) и другие. Присоединяя фосфатную группу, этот фермент становится активным и затем фосфорилирует молекулы-передатчики сигналов. Для подавления тирозинкиназы С уже синтезированы химические соединения, которые ингибируют фосфорилизацию ее, что исключает сигнал от этого фермента к молекулам-передатчикам сигналов в раковой клетке.

3. Эпидермальный фактор роста (EGF) и трансформирующий фактор роста (TGFs-aльфа). Они имеют общий рецептор на раковой клетке. Эти молекулы-лиганды при связывании с рецептором на раковой клетке, вызывают ее деление. В раковой клетке их синтез чрезмерен. Здесь могут быть два воздействия: подавление синтеза и секреции факторов роста в раковой клетке и блокада связывания его с молекулой-рецептором на раковой клетке. Для этого создаются химические соединения. Но проще создать интерферирующую РНК к иРНК гена фактора роста и/или то же к гену белка-рецептора этого фактора роста.

4. Белок гена семейства ras. Из-за мутации в этом гене белок Ras не способен терять фосфатную группу, поэтому постоянно активен, стимулируя раковую клетку к делению.

Белок гена ras для выполнения своего действия должен прежде приобрести необходимую для него пространственную структуру и прикрепиться к внутренней поверхности мембраны раковой клетки. Для этого ему требуется фермент – фарнезилтрансфераза. Без него белок гена ras не может присоединять к себе фосфатные группы, а значит передавать сигналы от белка-рецептора к ядру раковой клетки. Для подавления фермента создаются ингибиторы его, что будет тормозить пролиферацию раковой клетки.

5. Раковая клетка-мишень для лекарств и других средств. На раковой клетке имеются белки-рецепторы к эпидермальному фактору роста, к эмбриональному белку альфа-фетопротеину. На этой основе можно создать гибридный белок из этого фактора роста или альфа-фетопротеина, к нему химически присоединить молекулу цитотоксического препарата. При этом молекула белка служит средством адресной доставки, т.е. только в раковые клетки, не затрагивая здоровые клетки, и так уничтожать их.

Можно создать моноклональное антитело к р-гликопротеину – он на раковой клетке любого типа. Его химически соединить с цитотоксическим препаратом и также адресно доставить в раковые клетки. Побочного эффекта у паци- ента может не быть совсем или будет минимальным, так как на раковой клетке экспрессия р-гликопротеина намного больше, чем на нормальной клетке.

6. Внедрение нормальной копии гена белка р53 в раковые клетки.

При наличии мутаций в гене этого белка, в раковые клетки можно вводить с помощью вирусного вектора, в том числе вируса Т4, нормальную копию гена р53. Это восстановит апоптоз в раковых клетках у пациента, что и уничтожит их.

Наличие мутаций в гене р53 – ценный маркер для ранней диагностики раковых клеток в организме пациента по анализу образца плазмы крови от него.

Итак, лекарства стандартной химиотерапии направлены для уничтожения всех раковых клеток в организме пациента. Но это не удается достичь, так как сами лекарства не могут отличить раковую клетку от нормальной клетки. Мишенью для них является ДНК раковых клеток, она же оказывается мишенью в той же степени и для нормальных клеток.

Лекарства, действующие на факторы роста и молекулы – передатчики сигналов в раковых клетках, «больше подавляют пролиферацию раковых клеток, но не убивают их». Но в отличие от химиотерапии, их действие избирательное – на раковые клетки. Это новый метод, для которого необходимо выявлять в раковой клетке от конкретного пациента генетические и биохимические

«отклонения» (С.А. Тюляндин, 1999).

В разделе 3.2. мы рассматривали GPCR и G-белок в передаче сигналов в нормальной клетке.

Т. Кенакин (T. Kenakin, 2006) отмечает, что GPCR-рецепторы имеют еще одно свойство – «конститутивную активность». То есть «иногда они активируют G-белки без всякой видимой причины, т.е. в отсутствие лиганда».

Ученый подчеркивает, что на раковых клетках «необычно много конститутивных рецепторов» и предполагает, что с этим может быть связана «их способность к бесконтрольному делению». Такой «сбой в поведении раковой клетки от конститутивных рецепторов не удается устранить никакими известными сегодня лекарственными средствами» (Рис. 2).

Рис. 2.

Конститутивный GPCR-рецептор в активной форме в отсутствие лиганда

(рис. и цит. по: Т. Кенакин, 2006).

Для этого необходимы лекарства «совершенно иного действия, которые фиксировали бы конститутивные GPCR-рецепторы в неактивной конформации».

Автор предлагает для достижения этой цели ингибитор – обратный ингибитор или агонист, который связывается с этим рецептором и инактивирует его, устраняя его контакт с G-белком, и прерывая этим сигнал (Рис. 3).

Рис. 3.

Инактивация GPCR-рецептора и прерывание сигнала присоединением обратного агониста к рецептору

(рис. и цит. по: Т. Кенакин, 2006).

Проф. Джон Дэйви, – факультет биологии Варвикского университета и компания «Септеген» (Англия) в 2003 г. разработали технологию быстрого испытания лекарств для лечения различных болезней, в том числе и рака.

Мишени этих лекарств – рецепторы, связанные с G-белками (GPCR), которые обеспечивают передачу сигналов между клетками в организме. Дефекты этих белков ведут ко многим болезням и к возникновению раковой клетки. Это причина того, что связанные с ними рецепторы стали той мишенью, на которую должны воздействовать новые лекарства.

Секвенирование генома человека дало специалистам информацию о функции нескольких сотен рецепторов, многие из которых могут стать мишенями лекарственного воздействия. Однако, говорит проф. Джон Дэйви, «знать, что эти мишени или цели существуют – это одно, а способность воздействовать на них – совсем другое».

Проф. Джон Дэйви разработал новый метод, который позволяет выявить возможное воздействие лекарств на эти рецепторы.

По технологии GPCR человека помещают в живую клетку простых дрожжей и наблюдают за действием лекарства. По мнению автора, новая технология позволяет «определять мельчайшие различия между рецепторами разных людей, что дает возможность выявить лекарства, наиболее эффективные для каждого пациента».
<< Предыдушая Следующая >>
= Перейти к содержанию учебника =

Нарушения в передаче сигнала к делению в раковой клетке: но- вые мишени для уничтожения раковых клеток

  1. Участие гемопоэтических клеток костного мозга в процессе мета- стазирования: новые мишени диагностики метастазов раковых клеток и их уничтожения
    Причины, по которым раковые клетки могут покидать первичный очаг рака и мигрировать в другие части тела, до конца не изучены. Многие жизни можно будет спасти, если удастся останавливать этот процесс. До сих пор считалось, что место образования метастаза определяется тем, в какой орган или органы с потоком крови попадает раковая клетка или клетки из первичного очага рака. Из нее за счет деления
  2. Передача сигнала извне для деления нормальной клетки
    Организм взрослого человека из 5.1013-14 клеток (В.Н. Сойфер, 1998 и др.). По признакам структуры и функции эти клетки разделены на типы, – их более 200. Функции любого типа клетки в многоклеточном организме определяются генами через их продукты – белки. В разных клетках имеет место экспрессия разных генов, остальные гены «молчат». Клетка в организме – его часть; своими функциями она
  3. Стволовые клетки – естественное средство поиска и уничтожения раковых клеток
    При раке его клетки способны проникать в окружающие здоровые ткани и распространяться по различным органам, где создают новые очаги рака – ме- тастазы. Если рак возникает из одной раковой стволовой клетки, то излечение его немыслимо без уничтожения всех его раковых стволовых клеток- потомков в организме пациента. Для уничтожения каждой раковой клетки прежде требуется ее найти среди
  4. Вакцина на основе дендритных клеток для поиска и уничтожения раковых клеток
    Даже солидный рак с размера узелка 2 мм или даже 1 мм в ткани для пациента уже является болезнью всего организма. Так как каждая его клетка – это клетка-организм, то для излечения от рака необходимо уничтожение всех раковых клеток. Но прежде надо найти каждую раковую клетку в организме среди нормальных клеток. Этого можно добиться с помощью вакцины. Рак – не одно целое, а незримое
  5. Вакцина на основе «гена tag7» для уничтожения раковых клеток и профилактики их возникновения
    При любой инфекции человека возбудитель – бактерия или вирус извне. Бактерия – прокариот, а раковая клетка – это клетка своего организма и эукариот. Эти резкие отличия вызывают иммунный ответ организма против возбудителей: В- и Т-лимфоциты распознают их по белкам-антигенам и уничтожают. При повторном инфицировании организма эти возбудители будут сразу уничтожены, так как их уже «запомнила»
  6. Вирусы – естественное средство для уничтожения раковых клеток любого типа
    Для излечения от рака необходимо уничтожить все раковые клетки, где бы они ни оказались в организме пациента. Для этого нужен такой способ лечения, который позволяет решить две задачи: 1) разыскать раковые клетки среди нормальных клеток организма и 2) уничтожить каждую раковую клетку, и при этом не повредить здоровые, т.е. нормальные клетки. Оказалось, что есть вирусы – «онколитические». Они
  7. Апоптоз и пути его применения для уничтожения раковых клеток
    Это необычное явление впервые заметил древний врач К. Гален (131-203гг. н.э.). Он наблюдал листопад с деревьев осенью: листья опадают с живой ветки, а если ее сломать, то листопад прекратится. Из этого К. Гален сделал выводы: 1) листопад – это преднамеренное самоубийство; 2) листья убивают сами себя, так как при наличии их зимой, снег сломает ветки. Это явление он обозначил термином апоптоз.
  8. Вакцины – основное средство поиска и уничтожения раковых клеток
    Рак – не одно целое, а расселяющиеся по всему организму пациента потомки раковой клетки-организма с образованием метастазов. Это причины того, что для уничтожения раковых клеток необходим иммунный вариант лечения, т.е. системное воздействие. Раковая клетка несет на своей наружной мембране антигены, по которым ее может распознавать иммунная система и уничтожать. Основным средством иммунного
  9. ДНК-вакцина – новый способ поиска и уничтожения раковых клеток
    Идея использования иммунных средств для излечения от рака и попытки ее реализации принадлежат американскому хирургу У. Коли (W. Coley) и отно- сятся к концу XIX века. Однако интерес к иммунным средствам угас на многие десятилетия, так как начали применяться: хирургический метод лечения солидного рака, а позже – лучевое лечение и с 1940 г. – химиотерапия. Проф. А.Ю. Барышников (2004)
  10. Ксеновакцина – метод профилактики возникновения раковых клеток и их уничтожения
    Термин ксеновакцина (от греч. xenos – чужой + вакцина – от лат. vaccinus – коровий) означает препарат, применяемый для профилактики и лечения, в данном случае рака. Для излечения любого типа рака необходимо уничтожение всех раковых клеток в организме пациента. Но достичь этого традиционными методами лечения – хирургия, лучевая терапия и химиотерапия – не удается, так как эти методы неадекватны
  11. РНК-вакцина – новый способ поиска и уничтожения раковых клеток
    Стандартная лучевая терапия и химиотерапия рака не различают раковые клетки от нормальных клеток, что приводит к гибели последних. То есть оба вида лечения с тяжелыми побочными эффектами и не уничтожают все раковые клетки в организме пациента. Раковая клетка отличается от нормальной клетки наличием на своей поверхности белков-антигенов. При сравнении белков, синтезируемых раковой и нормальной
  12. Методы уничтожения раковых клеток
    Методы уничтожения раковых
  13. Протеом клетки – значение для медицины, ранней диагностики раковой клетки и излечения рака
    Скоро нынешняя медицина уйдет в прошлое. Давняя мечта П. Эрлиха – иметь лекарство без нанесения вреда пациенту – «волшебную пулю», станет реальностью. Оно будет уничтожать: при инфекциях – возбудителей, при раке – раковую стволовую клетку, не повреждая здоровых клеток, действуя на белок, вызывающий болезнь. Для каждого пациента будут создаваться индивидуальные лекарства. Это началось после
  14. Клеточный цикл. Молекулы-регуляторы клеточного цикла открывают пути к диагностике и уничтожению раковых клеток
    В организме взрослого человека 5•1013 (В.Н.Сойфер, 1998) или 5•1014 (В.Тарантул, 2003) клеток. Каждая клетка любого типа – это часть своей ткани и организма в целом. Раковая клетка в организме человека – это уже не часть ткани и своего организма, а самостоятельная клетка, отделившаяся от них. Это клетка- организм. Деление клетки – это основное свойство и признак того, что она
Медицинский портал "MedguideBook" © 2014-2019
info@medicine-guidebook.com