Skip to main content
LibreTexts - Ukrayinska

7.4: Мутації та рак

  1. Last updated
  2. Save as PDF
  • Page ID
    5928

    • \( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \) \( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)\(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \(\newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\) \( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\) \( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\) \( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)

    Що буде, якщо цей цикл буде протікати за бажанням?
    Ваші клітини можуть рости і ділитися, не виконуючи своїх необхідних функцій, або без повної реплікації їх ДНК, або без копіювання їх органел. Напевно, не так багато хорошого може вийти з цього. Таким чином, клітинний цикл повинен бути високо регульований і жорстко контрольований. І це так.
    Контрольні точки клітинного циклу в годиннику часу
    Малюнок\(\PageIndex{1}\): Клітинний цикл

    Контроль клітинного циклу

    Як клітина знає, коли ділити? Як клітина знає, коли реплікувати свою ДНК? Як клітина знає, коли слід приступати до мітозу або цитокінезу? Відповіді на ці питання мають відношення до контролю клітинного циклу. Але як контролюється або регулюється клітинний цикл? Регуляція клітинного циклу включає процеси, вирішальні для виживання клітини. До них відноситься виявлення і відновлення пошкоджень ДНК, а також профілактика неконтрольованого поділу клітин. Неконтрольований поділ клітин може бути смертельно небезпечним для організму; його профілактика має вирішальне значення для виживання.

    Цикліни і кінази

    Клітинний цикл контролюється рядом контрольованих білками процесів зворотного зв'язку. Два типи білків, які беруть участь в контролі клітинного циклу, - це кінази і цикліни. Цикліни активують кінази шляхом зв'язування з ними, зокрема вони активують циклін-залежні кінази (CDK). Кінази - це ферменти, які каталізують перенесення фосфатної групи з АТФ в іншу молекулу в клітині. Вони функціонують як перемикач управління в багатьох стільникових функціях, включаючи або вимикаючи функцію та регулюючи інші клітинні процеси. Багато разів вони беруть участь в активації каскаду реакцій. Цикліни складають групу білків, які швидко виробляються на ключових стадіях клітинного циклу. Після активації цикліном ферменти CDK активують або інактивують інші молекули-мішені шляхом фосфорилювання. Саме ця точна регуляція білків викликає просування по клітинному циклу. Leland Hartwell, R. Timothy Hunt, і Пол М. медсестра отримали Нобелівську премію 2001 року з фізіології або медицини за відкриття цих критичних білків.

    Що робить ракові клітини?

    Рак - це захворювання, що характеризується популяцією клітин, які ростуть і діляться без дотримання нормальних меж. Ці ракові клітини вторгаються і руйнують сусідні тканини, і вони можуть поширюватися по всьому тілу. Процес, за допомогою якого нормальні клітини перетворюються в ракові клітини, відомий як канцерогенез. Цей процес також відомий як онкогенез або пухлиногенез.

    Майже всі види раку викликані мутаціями в ДНК аномальних клітин. Ці мутації можуть бути викликані впливом канцерогенів, агентів, що викликають рак, таких як тютюновий дим, радіація, хімічні речовини або інфекційні агенти. Ці канцерогени можуть діяти як екологічний «тригер», стимулюючи виникнення раку у певних осіб, а не інших. Чи всі люди, які палять, хворіють на рак? Ні. Чи може палити секонд-хенд збільшити шанс розвитку раку легенів у людини, яка не палить? Так. Це також збільшує некурящих людина 's шанс розвитку серцевих захворювань.

    Складна взаємодія між канцерогенами та геномом людини може пояснити, чому лише деякі люди розвивають рак після впливу екологічного тригера, а інші - ні. Чи всім ракам потрібен екологічний тригер для розвитку? Ні. Мутації, що викликають рак, також можуть бути наслідком помилок, включених в ДНК під час реплікації, або вони можуть бути успадковані. Успадковані мутації присутні у всіх клітині організму.

    Онкогени та гени супресорів пухлини

    Деякі види раку виникають через мутацій в генах, які контролюють клітинний цикл. Мутації, що викликають рак, найчастіше виникають у двох типах регуляторних генів, званих протоонкогенами та генами-супресорами пухлини.

    • Протоонкогени - це гени, які в нормі допомагають клітинам ділитися. Коли протоонкоген мутує, щоб стати онкогеном, він постійно активний, навіть коли цього не передбачається. Це схоже на педаль акселератора автомобіля, що застрягла на повному дроселі. Автомобіль тримає гонки на максимальній швидкості. У випадку з клітиною клітина продовжує ділитися з-під контролю, що може призвести до раку.
    • Гени супресорів пухлини - це гени, які в нормі уповільнюють або зупиняють поділ клітин. Коли мутація відбувається в гені супресора пухлини, він більше не може контролювати поділ клітин. Це як автомобіль без гальм. Автомобіль не можна уповільнити або зупинити. У випадку з клітиною клітина продовжує ділитися з-під контролю, що може призвести до раку.

    Кілька мутацій, щоб викликати
    онкогени раку     можуть бути фактори росту, білкові кінази, GTPases або фактори транскрипції. Фактори росту є природним речовин, як правило, білка або стероїдних гормонів, здатний стимулювати клітинний ріст, проліферації, і диференціювання. Вони важливі для регулювання різноманітних клітинних процесів. Зазвичай вони повинні зв'язуватися з позаклітинним або внутрішньоклітинним рецептором, щоб ініціювати клітинну реакцію.

    Як правило, для перетворення нормальної клітини в ракову клітину потрібна серія з декількох мутацій, які конституційно активують онкогени і інактивують гени супресорів пухлини (рис.\(\PageIndex{2}\)). Клітини розробили ряд механізмів контролю для подолання мутацій в протоонкогенах. Тому клітина потребує декількох мутацій, щоб трансформуватися в ракову клітину. Мутація в одному протоонкогені не спричинить рак, оскільки наслідки мутації маскуються нормальним контролем клітинного циклу та діями генів-супресорів пухлини. Так само мутація в одному гені супресора пухлини також не спричинить рак через наявність багатьох «резервних» генів, які дублюють його функції. Тільки тоді, коли достатня кількість протоонкогенів мутували в онкогени і деактивовано достатню кількість генів-супресорів пухлини, може початися ракова трансформація. Сигнали для росту клітин переповнюють сигнали для регулювання росту, і клітина швидко виходить з-під контролю. Часто, оскільки багато хто з цих генів регулюють процеси, які запобігають найбільшому пошкодженню самих генів, пошкодження ДНК накопичується з віком.

    блок-схема показує, як розвивається рак після багатьох мутацій
    Малюнок\(\PageIndex{2}\): Як розвивається рак. Мутації в гені супресора пухлини дозволяють проліферацію клітин. Скільки разів клітини діляться, вони набувають більше мутації. Деякі мутації можуть призвести до інактивації генів відновлення ДНК. Також протоонкогени можуть перетворюватися в онкогени через мутацій. Кілька інших мутацій інактивують багато генів-супресорів пухлини. Зрештою, низка мутацій генів-супресорів пухлини та протоонкогенів призводить до раку

    Зазвичай онкогени є домінуючими алелями, оскільки вони містять мутації посилення функцій. Дії генного продукту мутантного аллеля, багато разів призводять до конституційно активованого білка, домінують до генного продукту, що виробляється «нормальним» алелем. Тим часом мутовані супресори пухлини, як правило, є рецесивними алелями, оскільки вони містять мутації втрати функції. Протоонкогену потрібна лише мутація в одній копії гена, щоб генерувати онкоген; ген-супресор пухлини потребує мутації в обох копіях гена, щоб зробити обидва продукти дефектними. Є випадки, коли, однак, один мутований алель гена-супресора пухлини може зробити іншу копію нефункціональною. Ці випадки призводять до того, що відомо як домінантний негативний ефект.

    Рецензія

    1. Визначте рак.
    2. Що таке циклін-залежні кінази? Яка їхня роль?
    3. Обговорити роль онкогенів і генів-супресорів пухлини в канцерогенезі.
    4. Чому потрібні множинні мутації для перетворення в ракову клітину?
    5. Визначте всі категорії онкогенів і опишіть дві категорії.

    Атрибуції

    1. Клітинний цикл за допомогою WassermanLab, CC BY-SA 4.0, через Вікісховище
    2. Рак вимагає багаторазових мутацій Національного інституту раку, публічного надбання через Wikimedia Commons
    3. Текст адаптований з біології людини CK-12 ліцензований CC BY-NC 3.0