Tumorszupresszor gének

A Wikipédiából, a szabad enciklopédiából
Ugrás a navigációhoz Ugrás a kereséshez
A BRCA gének tumor - szupresszor gének a képen a saját kromoszómáikon láthatók. BRCA 1-nek a citogenetikai helye a 17q21 vagy a 17-es kromoszóma q karjának 21-es pozíciójában. BRCA 2-nek a citogenetikai helye a 13q12.3 vagy a 13. kromoszóma q karjának 12.3-es pozícióban. Mindkét gén fehérjéket termel, amelyek segítenek javítja a sérült DNS-t, miközben a genetikai anyag a sejtben stabil. A sérült BRCA gén mindkét helyen növelheti a rák kialakulásának kockázatát, különösen a mell- vagy petefészekrák esetében

A tumorszupresszor gének (angol: tumor suppressor genes) vagy antionkogének a sejtek osztódását és a DNS rendes replikációját szabályozó molekuláris biológiai mechanizmusok, melyek közül többen stop jelként hatva, gátolják a sejtek szaporodását, elősegítik a differenciálódásukat, és szükség esetén apoptózist indukálnak.[1][2] A recesszív onkogének normális, vad típusú alléljeinek funkciója tehát az, hogy meggátolja a sejtek malignus proliferációját, nevük ebből a hatásból származik. Ezt többféle mechanizmussal érhetik el: a sejtek G0-fázisba vitelével, terminális differenciáció indukálásával, apoptózis kiváltásával. Szemben a proto-onkogénekkel (melyek funkciónyerő mutációval válnak celluláris onkogénekké), akkor okoznak daganatképződést, ha funkcióvesztő mutációval mindkét kópiájuk inaktiválódik.[3]

Tumor szupresszor gének a gének azon csoportja, amelyek normálisan a sejtek osztódását gátolják. A tumor szupresszor gének termékeit inaktiváló mutációk hatására a sejt növekedése felszabadul a gátlás alól, és fokozott proliferációhoz vezet. A tumor szupresszor gének mindkét alléljének mutációval történő inaktiválása szükséges ahhoz, hogy fokozott proliferáció jöjjön létre (recesszív genetikai manifesztáció). Általában a tumorra való hajlamot örökítő gének. Azért beszélünk hajlamról, mert ezek a gének gyakran recesszív öröklődésmenetűek, s így az egy hibás allélt hordozók tünetmentesek lehetnek. Rendszerint, e gének mindkét kópiájának mutánsnak kell lennie (vagy hiányoznia kell) ahhoz, hogy a rák kialakulhasson. Tehát, a rák előfeltétele egy proto-onkogén egy alléljának és egy tumorszupresszor gén mindkét alléljának a diszfunkciója. Más tumorszupresszor gének a DNS javításban játszanak szerepet. Ha ezek inaktiválódnak, a kijavítatlan DNS mutációk rákhoz vezethetnek. A karcinogenezis bonyolult folyamatában tehát három fő géntípus: a mutátor gének, a protoonkogének és a tumor szuppresszor gének mutációi játsszák a fő szerepet.

A tumorszupresszor gének az emberi daganatképződés szempontjából fontosabbak, mint az onkogének. Míg az onkogének elsősorban a fehérvérűség különféle típusainak kialakulásáért felelősek, addig a többi daganatban a tumorszupresszor gének elváltozásai (mutációi) játsszák a főszerepet. A tumor szuppresszor géneket két fő csoportra osztják. Az első csoport tagjainak elnevezése: ’caretakers’. Ezek alkotják a védelem első vonalát, mivel megakadályozzák az onkogén genomikus mutációk kialakulását. Amennyiben ezeket megkerülik a potenciális daganatsejtek, a védelem második vonalába tartozó ’gatekeeper’ tumor szupresszor gének kiiktatják az onkogén mutációval terhelt sejteket apoptosissal vagy öregedéssel. Ez rögtön kettős szerepet sugall a gatekeeper’ típusú tumor szupresszor gének esetében a daganatok kialakulása és az öregedés folyamata tekintetében, melyet szerencsére csak ritkán tudnak kijátszani daganat-sejtek.

A tumorszuppresszor gének létének kimutatása[szerkesztés]

Az első tumorszupresszor gén (1970) az Rb jelzést kapta, a szem ideghártyáján kifejlődő daganat, a retinoblastoma rövidítéséből. Azóta több daganatelnyomó gént fedeztek fel; legismertebb a p53 jelzésű, amely az emberi daganatok több mint felében mutáns formában van jelen, így sokféle tumor kialakításáért felelős.

A tumorszuppresszor gének kutatása az 1980-as évek közepétől gyorsult fel. Normális és malignus sejtek hibridjei általában nem tumorigén sejtek. Érzékeny egerekbe fecskendezve daganatképződést nem idéznek elő. Ha a hibrid sejteket tenyésztik, a tumorigenitás az utódsejtek egy részében visszatérhet, ezt pedig a normális sejtekből származó egyes kromoszómák elvesztése kíséri.

A sejtfúziós kísérletek eredményeiből arra lehet következtetni, hogy a normális sejtekben vannak olyan gének, melyek elnyomják a tumorsejtek transzformációjáért felelős gének hatását; ezek az onkogének tehát recesszívek, hatásuk csak akkor érvényesül, ha a sejt elveszíti a normális alléleket. Két különböző tumorsejtvonal fúziója esetén is tapasztalták a tumorigenitás elvesztését: ez azt jelenti, hogy többféle recesszív onkogén létezik.

A recesszív onkogének normális, vad típusú alléljeinek funkciója tehát az, hogy meggátolja a sejtek malignus proliferációját, nevük ebből a hatásból származik: tumorszuppresszor gének.

Az első humán tumorszuppresszor gén klónozása[szerkesztés]

A hozzávetőleges kromoszóma-lokalizáció ismeretében 1986-ban Robert Weinberg (aki az első celluláris onkogén klónozásában is részt vett) munkacsoportja a pozíciós klónozás módszerét alkalmazva azonosította és izolálta a humán retinoblastoma (Rb) gént. A hibridizációs próba birtokában végzett Southern blot vizsgálatok teljes mértékben igazolták a Knudson-teóriát, vagyis a herediter retinoblastomás gyermekek fehérvérsejtjeiben az Rb-génpár egyik tagja deletált, a másik érintetlen, a tumorsejtekben azonban, függetlenül attól, hogy a betegség milyen formájából származnak, nincs működőképes Rb-gén.

Hogy valóban tumor szuppresszor génről van szó, később transzfekciós kísérlettel igazolták: az Rb-cDNS bejuttatása retinoblastoma sejtekbe megszüntette azok tumorigenitását. A kísérletben veleszületett immundeficienciában szenvedő kopasz egér törzset használtak. Mivel ezek az állatok normális immunvédekezésre képtelenek, a daganatsejtek gyorsan szaporodnak bennük. Paradoxnak tűnhet, hogy míg a tumor szuppresszor gének – így az Rb-gén is – recesszív onkogének, a retinoblastoma dominánsan öröklődik. Az ellentmondás látszólagos: sejtszinten a transzformáció recesszív öröklődésű: létrejöttéhez a génpár mindkét tagjának funkcióvesztése szükséges. Mivel a második, szomatikus mutáció nagy valószínűséggel létrejön néhány retinasejtben, a heterozigótákban majdnem biztosan kifejlődnek a tumorok: a szervezet szintjén az öröklődés domináns.

A legfontosabb tumorszuppresszor gének és hatásmechanizmusuk[szerkesztés]

Apoptózis és szignáltranszdukció

Meggátolja a sejtek malignus proliferációját, amelyt többféle mechanizmussal érhetik el:

  • sejtek G0-fázisba vitelével
  • terminális differenciáció indukálásával
  • apoptózis kiváltásával

Sejtfelszíni molekulák[szerkesztés]

Warburgh Effect

Számos sejtfelszíni fehérje molekula, - ellentétben a proto-onkogén receptorokkal, - a sejtosztódásra gátló hatással van.

  • TGF-β receptor (Transforming growth factor receptor)

gátló hatását a CDKI-k (CDK inhibítorok) stimulálásával éri el: a gátlás serkentése magasabb szintű gátlást eredményez.

  • DCC (Protein product dein colon carcinoma)a sejtosztódást azáltal szabályozza, hogy integrálja a sejt környezetéből származó jeleket.

CDKI-k (CDK inhibítorok)[szerkesztés]

Kromoszóma puska onkológusoknak
  • p16-fehérje, gén

Több fehérjét azonosítottak, melyek különböző ciklin/Cdk-komplexeket gátolva le tudják állítani a sejtciklust. Közülük a p16-fehérje bizonyítottan tumor szuppresszor hatású: génjének öröklődő mutációja familiáris melanomát okoz; gyakoriak a p16-mutációk sporadikus melanomában, a hasnyálmirigy, a vese, a tüdő daganataiban is.

Intracelluláris szignál transzdukciós proteinek[szerkesztés]

Ezek a molekulák az intracelluláris proto-onkogénekre gátló hatással vannak.

  • neurofibromatózis faktor-1 (NF)-1
  • GTPáz-aktiváló proteinek (GAP-ok) a Ras GTPáz funkcióját aktiválják (a GTP GDP-vé való átalakulásának serkentése).

Adenomatosis polyposis coli (APC)[szerkesztés]

A β-katenin egy sejtosztódás serkentő transzkripciós faktor degradációját segíti elő, sejtadhéziós és jelátviteli fehérje. Az APC-gén (= adenomatosus polyposis coli) mutációjára heterozigóta egyedek vastagbelében több száz kisméretű, jóindulatú daganat, polip fejlődik, A daganatsejtek DNS-e a másik APC-gént is elvesztette. További genetikai léziók malignus sejtburjánzáshoz vezetnek, az APC-gén mutációja tehát colorectális daganatok fontos, korai eseménye.

A gén terméke citoplazmatikus fehérje, mely az epiteliális sejtek adhézióját és jelátviteli folyamatait is szabályozza. Az APC-fehérje a Wnt jelátviteli út fontos alkotórésze: hiányában a szolubilis β-katenin szintje megnő a sejtben, mely a sejtmagba transzlokálódva sejtosztódást serkentő gnek indukciójában vesz részt.

A legfontosabb tumorszuppresszor gének jellemzői
Gén Öröklődő tumor Szomatikus mutáció A géntermék funkciója
Rb retinoblastoma, osteosarcoma különböző tumorok transzkripció szabályozása
p53 multiplex tumorok (Li-Fraumeni szindróma) sokféle tumor transzkripciós faktor
p16 familiáris melanoma többféle tumor Cdk-inhibitor

Transzkripciós faktorok[szerkesztés]

Retinoblasztóma (Rb)gén[szerkesztés]

Protein RB1 PDB 1ad6

Az elsőként felfedezett tumorszupresszor gén, amelynek terméke a transzkripciós szabályozásra hat. Az Rb-gén terméke minden szövetben expresszálódó, létfontos magfehérje. (A mindkét Rb-génjüket elvesztett Rb–/– nullizigóta egerek életképtelenek.) Szokás a restrikciós pont őrének is nevezni: aktivitásával megakadályozza, hogy a sejt átjusson ezen a kritikus szabályozási ponton és végigmenjen a sejtcikluson. Nyugalmi, G0-fázisú sejtekben az Rb-fehérje gyengén foszforilált; ebben a formájában erősen kötődik az E2F transzkripciós faktor család egyes tagjaihoz és inaktiválja azokat.

Mitogén hatásra a Ras/ERK jelátviteli út közvetítésével ciklin/Cdk-komplexek aktiválódnak és többek között az Rb-fehérjét is foszforilálják. A hiperfoszforilált Rb-proteinről felszabadul az E2F transzkripciós faktor és több olyan gént (ún. S-fázis géneket) aktivál, melynek terméke (pl. bizonyos ciklinek, DNS-polimeráz alegységek, c-Myc fehérje) szükséges a G1 → S átmenet indukciójához. Az Rb-funkció kiesése tehát érthető módon tumoros sejtburjánzáshoz vezet (pl. a retinoblastoma, osteosarcoma esetében) vagy más mutációkkal együtt járul hozzá sok más daganat kifejlődéséhez. Az Rb-fehérje inaktiválásán keresztül fejti ki transzformáló hatását több onkogén DNS-vírus (SV40-, polioma-, adenovírus, papillomavírusok) egyes onkoproteinjei is

p53 gén[szerkesztés]

P53 sematikus ábrázolása
AML1-ETO hatása a p53 útvonalra

A rosszindulatú daganatok több, mint fele mutáns p53-at tartalmaz; ez a legnagyobb gyakorisággal mutált gén emberi tumorokban. A mutáns p53 fehérjék elvesztetik azt a képességüket, hogy a fehérjemolekula középső tartományának segítségével specifikus p53-kötőhelyekhez tudjanak kapcsolódni, vagy erősen lecsökken specifikus DNS-kötésük. A p53 mutációk nagy gyakorisága összhangban áll azzal a sokirányú szereppel és funkcióval, amit ez a fehérje a sejtciklus és a programozott sejtelhalás kontrollálásában tölt be. Tumor protein 53 (TP53, vagy egyszerűbben p53 protein; a TP53 (egyszerűbben: p53) gén kódolja). DNS sérülés vagy celluláris stressz (hipoxia, egyéb sejtciklus anomáliák) hatására aktivizálódik, amelynek terméke transzkripciós faktorokat képez.

p53 fehérje kétféle módon fejti ki a hatását[szerkesztés]
p53 útvonal: p53: A normál sejtben a p53 inaktiválódik a negatív regulátor MDM2-től. Amikor a DNS-károsodik, hipoxia vagy egyéb igénybevételnek van kitéve a sejt, különböző utak vezetnek a disszociációjához a p53 és MDM2 kapcsolódásnak. Az aktiválást követően p53 sejtciklus leállását indukálja és a DNS-t javítja, ezután a sejtciklus újraindul vagy az apoptózissal megválik a sérült sejttől. Hogyan teszi ezt a p53, jelenleg nem ismert.

A p53-at a genom "őrangyalának" szokták nevezni. A normális p53 rövid életű fehérje és csak kismértékben termelődik. A DNS sérülése vagy más p53-induktorok a fehérje stabilabbá változtatásával megemelik a p53 szintet. A felhalmozódó p53 leállítja a ciklust. A sejtciklus leállítása A p53 indukálja a p21 transzkripcióját, amely gátolja az Rb foszforilációját a CDK/ciklin által. A foszforilált Rb a G1-ből S fázisba való átmenethez szükséges. A DNS-javító enzimek a növekedés leállásakor időt nyernek és tevékenységükkel kijavíthatják a sérüléseknek egy részét. Ha ez sikerül, a p53-szint csökken és a sejtoszlás folytatódhat. Magas szintű p53 a növekedés leállását indukálhatja és kiválthatja a sejt-öngyilkosságot.

Ha a hibát nem lehet kijavítani, a p53 fehérje apoptózisra ad parancsot. Egy ép sejtben a p53 protein az MDM2 fehérjéhez kapcsolódik (ez a chaperon biztosítja a p53 inaktivitását). P53: javíts vagy ölj! p53 gén tumorszupresszor és egyben pro-apoptotikus gén is. A humán tumorok közel felében nem működik. A p53 feladata tehát az, hogy figyelje a DNS és a sejt sérüléseit, és a károsodás mértékének függvényében a válaszlépéseket dolgozza ki. Ha kicsi a kár, akkor megállítja a sejtciklust, amíg a javítás meg nem történik, ha nagy a károsodás, akkor a p53 az apoptózis útvonalat indítja be.

A fent említett sejtbeli események különféle jelutakat aktiválnak, ami az MDM2 chaperon p53 fehérjéről való disszociációját idézik elő, s ez aktivizálja a p53-at. A hagyományos anti-tumor technikák (kemoterápia és radioterápia) nem közvetlenül károsítják a tumorsejteket, hanem sejtes stresszt és DNS sérüléseket idéznek elő, amely indukálja p53 gén apoptotikus aktivitását. Magyarul, a kemoterápia és a sugárterápia nem közvetlenül, hanem a p53 gén aktivizálása által pusztítja el a tumorsejteteket. Tehát, működőképes p53 gént nem tartalmazó tumorok esetében ezek a technikák nem alkalmazhatóak.

PI3K[szerkesztés]

PTEN-t, ezt a tumor szuppresszor fehérjét mint a PI3K-út negatív szabályozóját fedezték fel . A PI3K enzimmel ellentétes reakciót katalizál: a 3. helyzetben foszforilált inozitolfoszfolipidekről (pl. PIP3) hasítja le ezt a foszfátcsoportot, leállítva a PKB enzim által közvetített túlélési jelátvitelt. A PTEN öröklött deléciója olyan kórképet eredményez, melyben megnő az emlő- és pajzsmirigyrák gyakorisága. Szomatikus PTEN-mutációkat illetve a gén promóterének hipermetilációját számos daganatban mutatták ki (56.1. táblázat).

DNS javító gének[szerkesztés]

BRCA1 és BRCA2[szerkesztés]

BRCA 1 (Breast Cancer Type 1 susceptibility protein; 1-es típusú emlőrákra hajlamosító -fehérje) és BRCA2. Az emlőrák egyike a leggyakoribb rosszindulatú daganatoknak, így érthető, hogy patomechanizmusának tisztázására óriási erőfeszítések történnek. Az 1990-es évek közepén klónoztak két gént (BRCA1 és 2 az angol breast cancer kifejezésből), melyek csírasejt mutációja felelős az összes emlőtumor-esetek mintegy 10 százalékát kitevő familiáris emlőrák és petefészek daganat kialakulásáért. A gének nagyméretű fehérjéket kódolnak, pontos szerepük tisztázása jelenleg is folyik. A két fehérje nincs rokonságban egymással, de a legújabb kutatások szerint mindkettő szerepet játszhat a sejtciklus szabályozásában, illetve bizonyos DNS-károsodások, elsősorban a kettősláncú DNS-törések kijavításában. A BRCA1 és BRCA2 fehérjék nagyméretű, multiprotein DNS-reparációs komplexek alkotórészei, funkcióvesztésük strukturális kromoszóma-rendellenességeket eredményez, melyek hozzájárulnak a malignus folyamat kialakulásához. Ezen tulajdonságaik alapján egyesek nem is tumor szuppresszor fehérjéknek, hanem mutátor gének termékeinek tekintik őket. Mindkét gén által termelt fehérje a DNS hibajavításában játszik szerepet. A BRCA1 bizonyos variánsai megnövelik az emlőrák rizikóját. A kutatók több száz olyan mutációt azonosítottak, amelyek megnövekedett kockázatot jelentenek.

  • Xeroderma pigmentosum (XP) gén
Eddig 8 olyan gént találtak, amelyek az XP nevű betegséget okozzák: XPA-tól XPG-ig. Mindegyikük a nukleotid kivágásos DNS javításban vesz részt.

miRNS-ek[szerkesztés]

Nem csak onkogének, hanem tumorszupresszorok is lehetnek. Aa génexpressziós kontroll komplex mechanizmusai. Néhány miRNS-t (pl. miR15) összefüggésbe hoztak a rákkal.

Tumorszupresszor gének és génterápia[szerkesztés]

A génterápia fejlődésével lehetőség nyílik arra, hogy a hibás tumorszupresszor gént tartalmazó daganatos szervezetbe bejuttassuk a gén normális alakját. A bejuttatott gének információja alapján olyan normális fehérjemolekulák gyártása indulhat meg, amelyek a megfelelő sejtosztódást irányítják. A génterápia eredményeit már hatékonyan alkalmazták hámeredetű daganatok (rákok) ellen embereken.

Génterápia[szerkesztés]

A hiányzó funkció pótlása mind a normális, mind a daganatsejtek esetében. A humán génterápia komplex többfázisú folyamat. Beletartozik a betegséget okozó vagy ahhoz kapcsolódó gének azonosítása, a géntranszfer vektorok kifejlesztése, in vitro tesztje és gyártása, a preklinikai teszt és toxikológiai tanulmány állatmodellben, a génterápiás termékek klinikai fejlesztése a többfázisú klinikai teszteléssel.

A génterápia célja[szerkesztés]

A génterápia célja a szabályozási zavar kiküszöbölése.

  • aktivált protoonkogének (onkogének) gátlása
  • nem működő (mutáns vagy hiányzó) szupresszorgének pótlása

Génterápia megvalósítása[szerkesztés]

  • Kiválasztott célsejtbe a kívánt gén bevitelével (génátvitel, géntranszfer, génterápia)
  • A célsejtben a nem kívánt génműködés gátlásával, komplementer nukleotid szekvenciákkal érhető el (oligonukleotid vagy antiszenz terápia)
Oligonukleotid/ antiszenz terápia[szerkesztés]

A szenz = fehérjék aminosav sorrendjét kódoló nukleotid szekvenciát hordozó DNS- vagy RNS-szál. Az antiszenz = szenz komplementere (DNS másik szála). A szenz szálhoz, annak valamely szakaszához, azaz génhez, génrészlethez kötődő antiszenz szálat, szakaszt különösebb nehézség nélkül lehet szintetizálni nagy specificitással, ha ismerjük a célszekvenciát, azaz a gátolni kívánt gén vagy mRNS bázissorrendjét. Ezek az antiszenz oligonukleotidok a megfelelő DNS- vagy RNS- szakasszal komplexet képezve fel tudják függeszteni azok működését, azaz képesek egy nem kívánt génaktivitást gátolni, akár emlős szomatikus sejtben, akár vírusban, akár egyéb fertőző ágensben. A terápiásan alkalmazott antiszenz nukleotidok lehetnek:

  • oligonukleotidok
  • expresszált nukleotidok

Az oligonukleotidok (oligok) rövid, egyszálú DNS- darabok, rendszerint 15-20 bázisból állnak ez az a szekvencia hosszúság, amely a genomban- általában- csak egyszer fordul elő, azaz biztosítja a nagyfokú specificitást). Ma már automata DNS-szintetizátorokkal állítható elő. Az expresszált nukleotidokat a génterápiához használt expressziós vektorokba bevitt gének „készíttetik el”. Az antiszenz lehet RNS (hossza néhány tucattól több ezer bázisig).

Génterápia módosított vírussal[szerkesztés]

A meghűlést okozó vírus (ONYX-015 jelzéssel) genetikailag módosított változatát egyenesen a feji, illetve nyaki daganatokba injekcióztak. Ahol már több daganat is kialakult, ott csak a legnagyobb méretű tumorokba juttatták be a hatóanyagot. A mesterségesen átalakított vírus képes volt azoknak sejteknek a megkülönböztetésére, amelyekben egy igen fontos daganatelnyomó gén (a p53) hiányzott vagy hibásan működött, s szelektíven elpusztította azokat. A p53 működése igen fontos a normális sejtosztódási folyamatok fenntartásában, így a daganatos sejtek jelentős részében hibás változata található meg (a feji és nyaki daganatos sejteknél például 45-70%-ban).

Jegyzetek[szerkesztés]

  1. The Cell, 2nd edition A Molecular Approach Geoffrey M Cooper. Boston University Sunderland (MA): Sinauer Associates; 2000. ISBN 0-87893-106-6 Copyright and Permission
  2. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21662/
  3. Molekuláris sejtbiológia Szeberényi József Publication date 2014 Szerzői jog © 2014 Dialóg Campus Kiadó

Források[szerkesztés]

További információk[szerkesztés]

  • Cooper, G. M., Hausman, R.E. (2009): The Cell – A Molecular Approach. ASM Press, Washington, D.C., USA, 752–759.
  • Esteller, M. (2008): Epigenetics in cancer. N. Engl. J. Med. 358, 1148–1158.
  • Fridman, J. S., Lowe, S. W. (2003): Control of apoptosis by p53. Oncogene 22, 9030–9040.
  • Weinberg, R. A. (2007): The Biology of Cancer. Garland Science, Taylor & Francis Group. 209–241, 273–333.
  • Welcsh, P. L., Owens, K. N., King, M. C. (2000): Insights into the functions of BRCA1 and BRCA2. Trends Genet. 16, 69–74.
  • White, R. L. (1998): Tumor suppressing pathways. Cell 92, 591–592.

Kapcsolódó szócikkek[szerkesztés]