Бонсер). Следовательно, основная масса канцерогенных веществ должна образовываться в организме животного и человека из веществ, поступающих извне. Существует несколько механизмов образования канцерогенных веществ в организме.
Во-первых, неактивные в канцерогенном отношении вещества могут активироваться в организме в ходе химических превращений. При этом одни клетки способны активировать канцерогенные вещест ва, а другие нет. Канцерогены, которые могут обходиться без актива ции и которые для проявления своих разрушительных свойств не должны проходить через процессы обмена веществ в клетке, следует рассматривать как исключение. Иногда об активирующих реакциях говорят как о процессе токсикации, поскольку в организме происходит образование подлинных токсинов.
Во-вторых, нарушение реакций детоксикации, в ходе которых происходит обезвреживание токсинов, в том числе и канцерогенных веществ, также будет способствовать канцерогенезу. Но даже и не бу дучи нарушенными, эти реакции могут способствовать канцерогенезу. Например, канцерогены (в частности, ароматические амины) превра щаются в эфиры (гликозиды) глюкуроновой кислоты, а затем выделя ются почками через мочеточник в мочевой пузырь. А моча содержит глюкуронидазу, которая, разрушая глюкуроновую кислоту, способст вует освобождению канцерогенов. Судя по всему, этот механизм игра ет важную роль в возникновении рака мочевого пузыря под воздейст вием ароматических аминов. Глюкуронидаза была обнаружена в моче человека и собаки, но ее нет у мышей и крыс, и, как следствие этого, человек и собака подвержены раку мочевого пузыря, а мыши и крысы
– нет.
Эндогенные канцерогены. В организме человека и животных немало разнообразного «сырья» для возникновения веществ, которые могут обладать канцерогенной активностью, – это и желчные кислоты, и витамин D, и холестерин, и ряд гормонов стероидного строения, в частности половые гормоны. Все это обычные составные части жи вотного организма, в котором они синтезируются, подвергаются зна чительным химическим изменениям, утилизируются тканями, что со провождается изменением их химического строения и выведением из организма остатков их метаболизма. При этом в результате того или иного нарушения обмена веществ вместо нормального, физиологиче ского продукта, скажем, стероидного строения, возникает какой-то весьма близкий, но все же иной продукт, с иным влиянием на ткани – так и возникают эндогенные канцерогенные вещества. Как известно, люди заболевают раком чаще всего в 40–60 лет. Этот возраст имеет
170
биологические особенности – это возраст климактерия в широком смысле этого понятия. В этот период имеет место не столько прекра щение функции половых желез, сколько их дисфункция, приводящая к развитию гормонозависимых опухолей. Особого внимания заслужи вают терапевтические мероприятия с применением гормонов. Описа ны случаи развития злокачественных опухолей молочной железы при неумеренном назначении натуральных и синтетических эстрогенов не только у женщин (при инфантилизме), но и у мужчин. Отсюда вовсе не следует, что вообще нельзя назначать эстрогены, однако показания к их применению в необходимых случаях и особенно дозы вводимых препаратов должны быть хорошо продуманы.
Механизм действия канцерогенных веществ. В настоящее время установлено, что при температуре около 37° C (т.е. температуре тела) постоянно происходят разрывы ДНК. Эти процессы идут с дос таточно большой скоростью. Следовательно, существование клетки даже при благоприятных условиях возможно лишь потому, что систе ма восстановления (репарации) ДНК обычно «успевает» устранять такие повреждения. Однако при определенных состояниях клетки, и прежде всего при ее старении, равновесие между процессами повреж дения и репарации ДНК нарушается, что и является молекулярно генетической основой увеличения с возрастом частоты опухолевых заболеваний. Химические канцерогены могут ускорять развитие про цесса самопроизвольного (спонтанного) повреждения ДНК вследствие увеличения скорости образования разрывов ДНК, подавлять актив ность механизмов, восстанавливающих нормальную структуру ДНК, а также изменять вторичную структуру ДНК и характер ее упаковки в ядре.
Вирусный канцерогенез. Изменение структуры ДНК клетки может возникать не только под действием физических и химических факторов, но, что особенно важно, и под влиянием биологических факторов. Хотя на роль канцерогенов претендовало множество биоло гических объектов (микроорганизмы, паразиты, вирусы), только ви русный канцерогенез получил экспериментальное и клиническое под тверждение. Он объясняет изменения структуры ДНК трансформиро ванной опухолевой клетки действием на нее вируса. Теория вирусного канцерогенеза берет начало в работах П. Рауса, установившего вирус ную природу саркомы Рауса, наибольшее же развитие она получила в трудах Л.А. Зильбера, сформулировавшего в 1945 г. вирусогенетиче скую теорию возникновения опухолей.
Имеется два механизма вирусного канцерогенеза.
171
Первый – индуцированный вирусный канцерогенез. Cуть это го механизма состоит в том, что существовавший вне организма вирус попадает в клетку и вызывает опухолевую трансформацию.
Второй – «природный» вирусный канцерогенез. Вирус, вызы вающий опухолевую трансформацию, попадает в клетку не извне, а является продуктом самой этой клетки.
Индуцированный вирусный канцерогенез. В настоящее время известно более 150 онкогенных вирусов, которые подразделяются на две большие группы: ДНК- и РНК-содержащие. Основным общим их свойством является способность трансформировать нормальные клет ки в опухолевые. РНК-содержащие онковирусы (онкорнавирусы) представляют собой более многочисленную уникальную группу.
При попадании вируса в клетку возможны разные варианты их взаимодействия и взаимоотношений между ними.
1.Полное разрушение вируса в клетке – в данном случае ин фекции не будет.
2.Полное воспроизведение в клетке вирусных частиц, т.е. раз множение вируса в клетке. Это явление получило название продук тивной инфекции – с ним чаще всего сталкиваются инфекционисты. Вид животного, в котором в нормальных условиях циркулирует вирус, передаваясь от одного животного другому, получил название природ ного хозяина. Клетки природного хозяина, зараженные вирусом и про дуктивно синтезирующие вирусы, называются пермиссивными клет ками.
3.В результате действия на вирус защитных клеточных меха низмов он воспроизводится не полностью, т.е. клетка не способна пол ностью уничтожить вирус, а вирус не может полностью обеспечить воспроизведение вирусных частиц и уничтожить клетку. Это чаще происходит при попадании вируса в клетки не природного хозяина, а животного другого вида. Такие клетки называют непермиссивными. Следовательно, в клетке одновременно существуют и взаимодейству ют геном клетки и часть вирусного генома, что приводит к изменению свойств клетки и может привести к ее опухолевой трансформации. Установлено, что продуктивная инфекция и трансформация клеток под действием ДНК-содержащих онковирусов обычно взаимоисклю чают друг друга: клетки природного хозяина главным образом про дуктивно инфицируются (пермиссивные клетки), в то время как клет ки другого вида чаще трансформируются (непермиссивные клетки).
Внастоящее время общепризнано, что абортивная инфекция, т.е. прерывание полного цикла репродукции онковируса на любом этапе, является обязательным фактором, обусловливающим опухоле
172
вую трансформацию клетки. Такое прерывание цикла может возник нуть при инфекции полным инфекционным вирусом генетически рези стентных клеток, при инфекции дефективным вирусом пермиссивных клеток и, наконец, при инфекции полным вирусом восприимчивых клеток в необычных (непермиссивных) условиях, например при высо кой температуре (42° C).
Клетки, трансформированные ДНК-содержащими онковиру сами, как правило, не реплицируют (не воспроизводят) инфекционный вирус, но в таких неопластически измененных клетках постоянно реа лизуется определенная функция вирусного генома. Оказалось, что именно такая абортивная форма отношений вируса и клетки создает благоприятные условия для встраивания, включения вирусного генома в клеточный. Для решения вопроса о природе включения генома виру са в ДНК клетки необходимо ответить на вопросы: когда, где и как происходит эта интеграция?
Первый вопрос – когда? – касается фазы клеточного цикла, в течение которой возможен процесс интеграции. Это возможно в S фазе клеточного цикла, потому что в этот период синтезируются от дельные фрагменты ДНК, которые затем соединяются в единую нить с помощью фермента ДНК-лигазы. Если среди таких фрагментов кле точной ДНК окажутся и фрагменты ДНК-содержащего онковируса, то и они могут быть включены во вновь синтезируемую молекулу ДНК и она будет обладать новыми свойствами, изменяющими свойства клет ки и приводящими к ее опухолевой трансформации. Возможно, что ДНК онковируса, проникнув в нормальную клетку не в S-фазе, снача ла находится в состоянии «покоя» в ожидании S-фазы, когда она сме шивается с фрагментами синтезируемой клеточной ДНК, чтобы затем включиться в клеточную ДНК с помощью ДНК-лигазы.
Второй вопрос – где? – касается места включения ДНК онко генного вируса в геном клетки. Как показали эксперименты, оно про исходит в регуляторные гены. Включение же онковирусного генома в структурные гены маловероятно.
Третий вопрос – каким образом происходит интеграция? –
логически вытекает из предыдущего. Минимальная структурная еди ница ДНК, с которой происходит считывание информации – транс криптон, – представлена регуляторной и структурной зонами. Считы вание информации ДНК-зависимой РНК-полимеразой начинается с регуляторной зоны и идет в направлении структурной. Точка, с кото рой начинается процесс, получила название промотора. В случае включения ДНК-вируса в транскриптон, в нем оказываются два про
173
мотора – клеточный и вирусный, а считывание информации начинает ся с вирусного промотора.
Вслучае интеграции онковирусной ДНК между регуляторной
иструктурной зонами РНК-полимераза начинает транскрипцию от вирусного промотора, минуя клеточный промотор. В результате обра зуется гетерогенная химеричная матричная РНК, часть которой соот ветствует генам вируса (начиная с вирусного промотора), а другая – структурному гену клетки. Следовательно, структурный ген клетки полностью выходит из-под контроля ее регуляторных генов; регуля ция утрачивается. Если онкогенный ДНК-вирус включается в регуля торную зону, то часть регуляторной зоны все же будет транслировать ся, и тогда утрата регуляции будет частичной. Но в любом случае об разование химеричной РНК, служащей основой для синтеза белка ферментов, приводит к изменению свойств клеток. По имеющимся данным, с клеточной ДНК может интегрироваться до 6–7 вирусных геномов. Все вышесказанное относилось к ДНК-содержащим онкоген ным вирусам, гены которых непосредственно включаются в ДНК клетки. Но они вызывают небольшое число опухолей. Гораздо больше опухолей вызывают РНК-содержащие вирусы, да и количество их больше, чем ДНК-содержащих. В то же время хорошо известно, что РНК сама по себе включаться в ДНК не может, следовательно, канце рогенез, вызванный РНК-содержащими вирусами, должен иметь ряд особенностей. Исходя из невозможности с химической точки зрения включения вирусной РНК онкорнавирусов в клеточную ДНК, амери канский исследователь Темин (H.М. Temin, Нобелевская премия 1975 г.), основываясь на своих экспериментальных данных, предположил, что онкорнавирусы в процессе своей репродукции синтезируют собст венную вирусную ДНК, которая и включается в клеточную ДНК так же, как в случаях ДНК-содержащих вирусов. Эту форму ДНК, синте зируемую на вирусной РНК, Темин назвал провирусом. Вероятно, здесь уместно вспомнить о том, что провирусная гипотеза Темина появилась в 1964 г., когда полностью подтвердилось центральное по ложение молекулярной биологии о том, что передача генетической
информации идет по схеме ДНК РНК белок. Гипотеза Темина вводила в эту схему принципиально новый этап – РНК ДНК. Тео рия эта, встреченная большинством исследователей с явным недове рием и иронией, тем не менее хорошо согласовывалась с основным положением вирусогенетической теории об интеграции клеточного и вирусного геномов, а главное, объясняла его.
Понадобилось шесть лет для того, чтобы гипотеза Темина по лучила экспериментальное подтверждение – благодаря открытию фер
174