мента, осуществляющего синтез ДНК на РНК, – обратной транс криптазы. Этот фермент был обнаружен во многих клетках, был он обнаружен и в РНК-содержащих вирусах. Было установлено, что об ратная транскриптаза РНК-содержащих опухолевых вирусов отлична от обычных ДНК-полимераз; информация о ее синтезе закодирована в вирусном геноме; она присутствует только в зараженных вирусом клетках; обратная транскриптаза найдена в опухолевых клетках чело века; она необходима лишь для опухолевой трансформации клетки и не требуется для поддержания опухолевого роста. При проникновении вируса в клетку начинает работать его обратная транскриптаза и про исходит синтез полной копии вирусного генома – ДНК-копия, которая представляет собой провирус. Синтезированный провирус затем вклю чается в геном клетки хозяина, а дальше процесс развивается так же, как и в случае с ДНК-содержащими вирусами. При этом провирус мо жет включаться целиком в одном месте ДНК, а может, распавшись на несколько фрагментов, включаться в различные участки клеточной ДНК. Теперь при активации синтеза клеточной ДНК всегда будет ак тивироваться и синтез вирусов.
В организме природного хозяина с провируса происходит пол ное копирование вирусного генома и синтез полного вируса. В орга низме же неприродного происходит частичная утрата провируса и транскрипция лишь 30–50% полного вирусного генома, что и способ ствует опухолевой трансформации клеток. Следовательно, и в случае РНК-содержащих вирусов опухолевая трансформация связана с абор тивной (прерванной) инфекцией.
До сих пор мы рассматривали вирусный канцерогенез с пози ций классической вирусологии, т.е. исходили из того, что вирус не является нормальной составной частью клетки, а попадает в нее извне и вызывает ее опухолевую трансформацию, т.е. индуцирует формиро вание опухоли, поэтому такой канцерогенез получил название инду цированного вирусного канцерогенеза.
«Природный» вирусный канцерогенез. С конца 60-х гг. мы пе реживаем революцию в вирусологии, которая во многом обусловлена достижениями в изучении вирусного канцерогенеза. В ходе этой рево люции сформулировано понятие «природный» вирусный канцероге нез. До недавнего времени классическая вирусология рассматривала вирусы как экзогенные агенты, проникающие в организм извне, т.е. инфицирующие организм и паразитирующие в нем на молекулярном уровне. За последние годы накопилось достаточно экспериментальных данных, свидетельствующих о том, что нормальная клетка может про дуцировать вирусы, которые, собственно, и являются нормальными
175
продуктами нормальной клетки (или, как их называют, эндогенными вирусами). Эти вирусные частицы обладают всеми признаками, харак терными для онкорнавирусов. Вместе с тем эти эндогенные вирусы, как правило, апатогенны для организма, а часто вообще даже неин фекционны (т.е. не передаются другим животным), лишь некоторые из них обладают слабыми онкогенными свойствами.
К настоящему времени эндогенные вирусы выделены из нор мальных клеток практически всех видов птиц и всех линий мышей, а также крыс, хомяков, морских свинок, кошек, свиней и обезьян. Уста новлено, что любая клетка практически может быть продуцентом ви руса, т.е. такая клетка содержит необходимую информацию для синте за эндогенного вируса. Часть нормального клеточного генома, коди рующая структурные компоненты вируса, получила название вирогена (вирогенов).
Два основных свойства вирогенов присущи всем эндогенным вирусам: 1) повсеместное распространение – более того, в одной нор мальной клетке может содержаться информация для выработки двух и более отличающихся друг от друга эндогенных вирусов; 2) вертикаль ная наследственная передача, т.е. от матери потомству. Вироген может быть включен в клеточный геном не только в виде единого блока, но и отдельные гены или их группы, в целом составляющие вироген, могут быть включены в различные хромосомы. Нетрудно представить (по скольку нет единой функционирующей структуры), что в большинстве случаев нормальные клетки, содержащие в своем составе вироген, полного эндогенного вируса не образуют, хотя могут синтезировать отдельные его компоненты в различных количествах. Все функции эндогенных вирусов в физиологических условиях полностью еще не выяснены, но известно, что с их помощью осуществляется передача информации от клетки клетке.
Участие эндогенных вирусов в канцерогенезе опосредуется различными механизмами. В соответствии с концепцией R.J. Huebner и Y.J. Todaro (Хюбнера – Тодаро) вироген содержит ген (или гены), ответственный за опухолевую трансформацию клетки. Этот ген назван онкогеном. В обычных условиях онкоген находится в бездеятельном (репрессированном) состоянии, так как его активность блокируется белками-репрессорами. Канцерогенные агенты (химические соедине ния, радиация и др.) приводят к дерепрессии (активации) соответст вующей генетической информации, в результате чего из содержащего ся в хромосоме предшественника вируса происходит образование ви рионов, способных вызвать трансформацию нормальной клетки в опу холевую. H.M. Temin на основании детальных исследований опухоле
176
вой трансформации клеток вирусом саркомы Рауса постулировал, что вироген не содержит онкогенов, т.е. генов, детерминирующих транс формацию нормальной клетки в опухолевую. Эти гены возникают в результате мутаций некоторых участков клеточной ДНК (протовиру сов) и последующего переноса генетической информации по пути, включающему обратную транскрипцию (ДНК РНК ДНК). Исхо дя из современных представлений о молекулярных механизмах канце рогенеза, можно утверждать, что мутация проонкогена не единствен ный путь его превращения в онкоген. К такому же эффекту могут при вести включение (вставка) промотора (участка ДНК, с которым связы вается РНК-полимераза, инициируя транскрипцию гена) рядом с про тоонкогеном. При этом роль промотора выполняют либо ДНК-копии определенных участков онкорновирусов, либо мобильные генетиче ские структуры или «прыгающие» гены, т.е. сегменты ДНК, способ ные перемещаться и встраиваться в разные участки генома клеток. Трансформация протоонкогена в онкоген может быть обусловлена также амплификацией (лат. amplificatio – распространение, увеличение
– это увеличение числа протоонкогенов, в норме обладающих не большой следовой активностью, в результате чего суммарная актив ность протоонкогенов значительно возрастает) или транслокацией (перемещением) протоонкогена в локус с функционирующим промо тором. За изучение этих механизмов Нобелевскую премию в 1989 г.
получили J.M. Bishop и H.E. Varmus.
Таким образом, теория природного онкогенеза рассматривает вирусные онкогены как гены нормальной клетки. В этом смысле бро ский афоризм Дарлингтона (C.D. Darlington) «Вирус – это взбесив шийся ген» наиболее точно отражает суть природного онкогенеза.
Оказалось, что вирусные онкогены, на существование кото рых указывал еще Л.А. Зильбер, кодируют белки, являющиеся регуля торами клеточного цикла, процессов пролиферации и дифференциров ки клеток, апоптоза. В настоящее время известно более ста онкогенов, которые кодируют компоненты внутриклеточных сигнальных путей: тирозиновые и серин/треониновые протеинкиназы, ГТФ-связывающие белки Ras-MAPK сигнального пути, ядерные белки-регуляторы транс крипции, а также факторы роста и их рецепторы.
Белковый продукт гена v-src вируса саркомы Рауса работает как тирозиновая протеинкиназа, ферментная активность которой оп ределяет онкогенные свойства v-src. Белковые продукты пяти других вирусных онкогенов (fes/fpc, yes, ros, abl, fgr) также оказались тирози новыми протеинкиназами. Тирозиновые протеинкиназы – это фермен ты, фосфорилирующие различные белки (ферменты, регуляторные
177
белки хромосом, мембранные белки и пр.) по остаткам тирозина. Ти розиновые протеинкиназы в настоящее время рассматриваются как важнейшие молекулы, обеспечивающие трансдукцию (передачу) внешнего регуляторного сигнала на внутриклеточный метаболизм, в частности, доказана важная роль этих ферментов в активации и даль нейшем запуске пролиферации и дифференцировки Т- и В лимфоцитов через их антигенраспознающие рецепторы. Складывается впечатление, что эти ферменты и сигнальные каскады, запускаемые ими, интимно вовлечены в регуляцию клеточного цикла, процессов пролиферации и дифференцировки любых клеток.
Оказалось, что в нормальных, незараженных ретровирусами клетках находятся нормальные гены клеток, родственные онкогенам вирусов. Это родство первоначально установлено в результате откры тия гомологичности в нуклеотидных последовательностях трансфор мирующего онкогена вируса саркомы Рауса v-src (вирусного src) и нормального гена цыпленка c-src (клеточного src). Очевидно, вирус саркомы Рауса явился результатом рекомбинаций между с-src и древ ним стандартным ретровирусом птиц. Такой механизм – рекомбина ция между вирусным геном и геном хозяина – служит очевидным объяснением образования трансформирующих вирусов. По этой при чине функции нормальных генов и их роль в невирусных новообразо ваниях вызывают повышенный интерес исследователей. В природе нормальные формы онкогенов весьма консервативны. Для каждого из них существуют человеческие гомологи, некоторые из них присутст вуют во всех эукариотических организмах до беспозвоночных и дрожжей включительно. Такой консерватизм свидетельствует о том, что эти гены выполняют в нормальных клетках жизненно важные функции, а онкогенный потенциал приобретается генами только после функционально значимых изменений (таких, например, какие проис ходят при рекомбинации с ретровирусом). О таких генах говорят как о протоонкогенах.
Некоторые из этих генов, объединяемые в семейство клеточ ных онкогенов ras, были обнаружены путем трансфекции клеток с помощью ДНК, взятой из клеток опухолей человека. Активация генов ras обычна для некоторых химически индуцированных эпителиаль ных карцином у грызунов, что предполагает активацию этих генов химическими канцерогенами. Доказана важная роль генов ras в регу ляции активации, пролиферации и дифференцировки нормальных, не опухолевых клеток, в частности, Т-лимфоцитов. Выявлены и другие протоонкогены человека, выполняющие важнейшие функции в нор мальных неопухолевых клетках. Изучение белков, кодируемых вирус
178
ными онкогенами и их нормальными клеточными гомологами, прояс няет механизмы функционирования этих генов. Белки, кодируемые протоонкогеном ras, ассоциированы с внутренней поверхностью кле точной мембраны. Их функциональная активность, состоящая в свя зывании ГТФ, является проявлением функциональной активности ГТФ-связывающих или G-белков. Гены ras являются филогенетически древними, они представлены не только в клетках млекопитающих и других животных, но и в дрожжах. Основная функция их продуктов состоит в запуске митогенактивированного сигнального пути, непо средственно вовлеченного в регуляцию пролиферации клеток и вклю чающего последовательную каскадную активацию MAPKKK (киназа, фосфорилирующая MAPKK; у позвоночных – серин-треониновая про теинкиназа Raf), MAPKK (киназа, фосфорилирующая MAPK; у позво ночных – протеинкиназа MEK; от англ. mitogen-activated and extracellularly activated kinase) и MAPK (от англ. mitogen-activated protein kinase; у позвоночных – протеинкиназа ERK; от англ. extracellular signal-regulated kinase) протеинкиназ. Следовательно, мо жет оказаться, что трансформирующие белки Ras относятся к классу измененных G-белков, передающих конститутивный сигнал роста.
Белки, кодируемые тремя другими онкогенами – myb, myc, fos, размещаются в клеточном ядре. В некоторых, но не во всех клетках нормальный гомолог myb экспрессируется в фазе Gl клеточного цикла. Функционирование двух других генов представляется тесно связан ным с механизмами действия фактора роста. Если фибробласты с остановленным ростом подвергнуть воздействию тромбоцитарного фактора роста, то начинается экспрессия специфического набора генов (по оценкам, от 10 до 30), включая протоонкогены с-fos и с-myc, и уровни клеточной мРНК этих генов нарастают. Экспрессия с-myc cти мулируется также в покоящихся Т- и В-лимфоцитах после воздействия соответствующими митогенами. После вхождения клетки в цикл роста экспрессия c-myc остается практически постоянной. После того как клетка утрачивает способность делиться (например, в случае постми тотических дифференцированных клеток), экспрессия с-myc прекра щается.
Примером протоонкогенов, выполняющих функцию рецепто ров факторов роста, являются гены, кодирующие рецепторы эпидер мального фактора роста. У человека эти рецепторы представлены 4 белками, обозначаемыми как HER1, HER2, HER3 и HER4 (от англ. human epidermal growth factor receptor). Все варианты рецептора имеют сходную структуру и состоят из трех доменов: внеклеточного лиган дсвязывающего, трансмембранного липофильного и внутриклеточно
179