Молекулярный онкогенез

ВСТУПЛЕНИЕ

Опухоли
- патологический процесс, при котором изменения генетического аппарата клетки приводят к нарушению регуляции их роста и дифференцировки

КЛЮЧЕВЫЕ ПРИЗНАКИ ОПУХОЛЕВОЙ КЛЕТКИ

Самообеспеченность митогенными сигналами
Избегание апоптоза
Неограниченное деление
(иммортализация)
1
2
6
4
5
3
Индуцирование ангиогенеза
Избегание супрессии клеточного роста
Активация инвазии и метастазирования

КЛЕТОЧНЫЙ ЦИКЛ

Пролиферация - это размножение клеток, т.е. увеличение числа клеток, происходящее путем митотических делений
Регуляция пролиферации в нормальных клетках

Аутокринная - самой клеткой
(регуляция клеточного цикла, прекращение или замедление синтеза аутокринных ростовых факторов и их рецепторов)
Паракринная - микроокружением
(отсутствие стимулирующих контактов с соседними клетками и матриксом, прекращение секреции и/или синтеза паракринных ростовых факторов)
Регуляция пролиферации в нормальных клетках

Пусковое звено
– мембрана клетки
Воспринимает митогенные сигналы:
контакты между клетками,
между клеткой и матриксом,
взаимодействие клеток с факторами роста
Клетка, получившая митогенный сигнал на пролиферацию,
запускает процесс деления.
Регуляция пролиферации в нормальных клетках

Внеклеточные сигналы
Цель регуляции:
обеспечение безошибочного распределения наследственного материала в процессе репродукции клеток.
В основе регуляции размножения клеток лежит смена состояний активной пролиферации и пролиферативного покоя.
Регуляция пролиферации в нормальных клетках

Мутации
- стойкое преобразование генотипа, происходящее под влиянием внешней или внутренней среды

Мутации

Мутации

Мутации
Изображение: эпителиальная ткань дрозофилы (крыло, балансирующий орган и диск лапки), зафиксированная с помощью лазерного сканирующего конфокального микроскопа Zeiss LSM 510. Мутантные клетки экспрессируют GFP (зеленые); окраска ядер с помощью красителя DAPI (красные).
в гене LLGL
в гене LLGL+Ras
=> опухоль

изменение внеклеточных сигналов роста,
трансмембранных проводников этих сигналов
внутриклеточных путей, которые приводят сигналы в действие.
Регуляция пролиферации опухолевых клеток
На молекулярном уровне можно выделить три основных способа обеспечения пролиферативной независимости опухолевых клеток:

Регуляция пролиферации опухолевых клеток
Потеря нормального контроля роста
Деление нормальных клеток
Деление опухолевых клеток
Повреждение клетки – Нет репарации
Апоптоз
Неконтролируемый рост
Мутации

Самообеспеченность в пролиферативных сигналах
Протоонкоген — это обычный ген, который может стать онкогеном из-за мутаций или повышения экспрессии.
В норме: кодируют белки, которые регулируют клеточный рост и дифференцировку, вовлечены в пути передачи сигнала и в регуляцию митоза

Самообеспеченность в пролиферативных сигналах
Способность постоянно генерировать внутри себя сигналы к размножению:
В опухолевых клетках есть
В нормальных клетках нет

Самообеспеченность в пролиферативных сигналах

Избегание супрессии клеточного роста
Нечувствительность к ингибирующим сигналам:
Контактное торможение
В нормальных клетках есть
В опухолевых клетках нет
В нормальных клетках есть
В опухолевых клетках нет
Щелевидные контакты между клетками

Избегание супрессии клеточного роста
Р21 ингибирует активность комплекса циклинD-киназны
Rb остается нефосфорилированным и E2F ингибирует вход в S-фазу клеточного цикла
Стимулирует экспресию р21
Стимуляция экспрессии генов ДНК-репарации
Дисфункция опухолевых супрессоров
Реоранжировка
Разрыв двух цепей
Репликация ДНК
Разрыв одной цепи
Мутантный р53
В норме под влиянием неблагоприятных факторов белок р53 активируется и направляет клетку по одному из трех путей:
Остановка клеточного цикла
Старение
Апоптоз
Нормальный р53
Дефект в контрольной точке перехода G1-S. Репликация продолжается. Р53 не активный и р21 не стимулируется
Мутантный р53 не может стимулировать р21 и клетка входит в S-фазу

Избегание супрессии клеточного роста

Избегание апоптоза
Не физион

Избегание апоптоза
В нормальных клетках есть
В опухолевых клетках нет
Клеточная смерть
На поверхности опухолевой клетки перестает экспрессироваться рецептор клеточной смерти Fas

Избегание апоптоза
Гомеостаз
Опухоль
Опухоль
Нормальное деление клеток
Нормальный апоптоз
Нормальное деление клеток
Нормальный апоптоз
Уменьшенный апоптоз
Увеличенное деление клеток

Неограниченное деление
Рост культур клеток
Опухолевые клетки
Нормальные клетки

Неограниченное деление

Неограниченное деление

Индуцирование ангиогенеза

Индуцирование ангиогенеза
Изображение: Крио-электронная микроскопия кровеносного сосуда, вросшего в меланому и поставляющего для нее питательные вещества. Многочисленные красные кровяные клетки видны внутри сосуда.

Индуцирование ангиогенеза

Индуцирование ангиогенеза
Изображение: растущая фибросаркома HT1080 в дерме мыши вызывает неоангиогенез, часто в виде сосудов странной, неправильной формы с неполноценной проницаемостью. Кровеносные сосуды и внесосудистый отек мечены зелено-желтым красителем FITC-меченным декстраном; ядра и тела клеток опухоли окрашены в желтый и красный соответственно. Коллагеновые нити окрашены в синий.

Активация инвазии и метастазирования
Повышение активности ГТФ-аз семейства Rho

Активация инвазии и метастазирования

Активация инвазии и метастазирования
Изображение: Обзор клеток меланомы, распространяющихся в дерму мыши, при этом клетки опухоли (зеленые) инвазируют в тканевые структуры как по одиночке, так и коллективно. Клетки опухоли, экспрессирующие E2-Crimson окрашены (по ошибке) в зеленый цвет, а мышечные волокна, экспрессирующие GFP, - в оранжевый. Нервные волокна и коллаген окрашены в синий (третья гармоника) и серый (вторая гармоника) цвета соответственно. AlexaFluor660-декстран окрашен в красный цвет.

клетка рака легких, прорастающая в кровеносный сосуд

Активация инвазии и метастазирования

Активация инвазии и метастазирования
каскад инвазии и метастазирования

Активация инвазии и метастазирования
Изображение: Сканирующий электронный микроскоп. Циркулирующая клетка опухоли, захваченная на микрочип, увеличение 430х, мощность 10 кВ.
Тонер, Габер и коллеги разработали микрожидкостное устройство, которое может захватывать живые циркулирующие клетки опухоли (желтые) на микрочип (синий) с высокой эффективностью.

ОПУХОЛЕВОЕ МИКРООКРУЖЕНИЕ

Опухолевые клетки
- фундамент заболевания; дают начало опухолям и запускают опухолевую прогрессию, заключая в себе мутации онкогенов и опухолевых супрессоров, что определяет рак как генетическое заболевание
Нормальные клетки
Опухолевые клетки
Цитоплазма
Ядро
Ядрышко
Хроматин

Опухолевые стволовые клетки
- субпопуляции неопластических клеток с усиленной способностью давать начало новым опухолям после имплантации в иммунодефицитных мышах
являются составной частью многих, если не большинства, опухолей, хоть и представлены в них в сильно варьирующих количествах

Опухолевые стволовые клетки

Опухолевые стволовые клетки

Эндотелиальные клетки
Важнейшими среди компонентов стромы являются клетки, формирующие опухолевую сосудистую сеть.
Эндотелиальные клетки (красные), образующие сеть капилляров. Конфокальная микроскопия.
Автор изображения: Кир Гаджар, Фред Хатчинсон. Центр по изучению злокачественных опухолей.

Индуцирование ангиогенеза
Перициты как важные составляющие новообразованных сосудов
перициты ассоциированы с сосудами большинства, если не всех, опухолей

Индуцирование ангиогенеза
исследования свидетельствуют о том, что перициты необходимы для сохранения и обновления функциональной сосудистой сети опухолей (functional tumor neovasculature).

Ассоциированные с опухолью фибробласты

Стволовые и прогениторные клетки опухолевой стромы
источником опухолевых стромальных клеток считается костный мозг
Мезенхимальная стволовая клетка человека

Опухолевое микроокружение
Паренхима и строма опухолей содержит разные клеточные типы и подтипы, которые вместе активируют опухолевые рост и прогрессию
иммунные клетки воспаления, представленные в опухолях, могут включать в себя и стимулирующие, и уничтожающие опухоль подклассы

Опухолевое микроокружение

Опухолевое микроокружение

ПЕРСПЕКТИВЫ ЛЕЧЕНИЯ