Тысячи лет онкологические заболевания считались неизлечимыми, а причина оставалась неизвестной. Только в середине XX века после открытия ДНК стало понятно, что рак — следствие нарушений в генах1. Тогда возник вопрос: передается ли рак по наследству? Как понимание генетики опухоли может помочь в лечении?

Что такое гены и как они контролируют жизнь клетки

В апреле 2022 года ученые объявили об окончательной расшифровке генетического кода человека. Он состоит из 3 млрд повторяющихся в определенном порядке символов2. Чтобы понять, какой объем информации зашифрован в ДНК, представьте себе книгу, для написания которой человеку пришлось бы 50 лет печатать на клавиатуре по 8 часов в день, по слову в секунду3. Понять смысл кода без подготовки невозможно. В нем только бесконечно повторяющиеся 4 буквы: А, Т, Г, Ц. Буквы — это нуклеотиды, содержащие аденин, тимин, гуанин и цитозин. Ими прописан каждый процесс в нашем организме4.

post-6-img1.3d32333b.jpg

Рис. 1. Структура ДНК
ДНК человека выглядит как спираль из двух параллельных нитей. Каждая представлена последовательностью блоков-нуклеотидов, состоящих из азотистого основания, сахара дезоксирибозы и остатка фосфорной кислоты. Последовательность нуклеотидов и есть генетический код4.

Генетическим кодом (код ДНК) называют набор комбинаций из трех нуклеотидов, кодирующих определенные аминокислоты. В этом коде зашифрована структура всех белков, которые вырабатываются в наших клетках.

Именно белки осуществляют обмен веществ, передачу информации, регулируют процессы роста, деления, смерти и т. д. Условную книгу «Генетический код» можно разделить на 20 тысяч глав, или генов, каждый из которых описывает строение и функцию определенного белка.

post-6-img2.9a879609.jpg

Рис. 2. ДНК в клетке

Нить ДНК состоит из множества участков, или генов. Чтобы уместиться в ядре, ее длинная молекула плотно упакована в частицы, называемые хромосомами4.

Три буквы составляют своеобразные «трехбуквенные кодовые слова» — кодоны. Каждое кодирует одну из 20 аминокислот, из которых построены белки. Например, отрывки (последовательности нуклеотидов) ААА, АГТ, ГЦГ кодируют аминокислоты фенилаланин, серин, аргинин. Белки человека имеют длину от десятков до тысяч аминокислот, расположенных в точном порядке, изменение которого приводит к нарушению работы всей клетки4.

Регуляция роста и деления клеток

Деление и рост клеток в нашем организме строго регулируются. Для запуска процесса нужны минимум два компонента: сигнальная молекула (фактор роста) и свободное пространство для новой клетки. 

Для примера рассмотрим эпидермальные клетки нашей кожи. На их поверхности белки-рецепторы воспринимают внешние сигналы и запускают процессы роста. 

Условно, Рецептор 1 запускает деление клетки, когда к нему присоединяется фактор роста. Рецептор 2 принимает сигнал от соседней эпидермальной клетки и блокирует работу Рецептора 1. Этот контрольный механизм помогает избежать деления клетки, когда организму это не требуется. Но вот человек порезал палец, пока готовил салат. Рядом с нашей клеткой образовалась пустота, которую срочно нужно закрыть. Соседних клеток нет, и Рецептор 2 молчит. Клетка начинает делиться под действием фактора роста, и рана затягивается за счет «потомства» этой клетки5.

post-6-img3.4ccb79cf.jpg

Почему нарушается жизненный цикл клетки

Информация о том, как устроены и работают Рецептор 1 и Рецептор 2, записана в генетическом коде, в главах Ген 1 и Ген 2. Если по какой-то причине в этих «инструкциях» возникает ошибка, это может нарушить работу белка. 


При изменениях в Гене 1 Рецептор 1 может измениться настолько, что даже без активации фактором роста будет постоянно посылать клетке сигналы о том, что нужно делиться. 


Нарушения в Гене 2 также могут привести к опухоли, поскольку Рецептор 2 не сможет тормозить процессы роста.
Измененные гены, запускающие в организме активный рост и деление клеток, называют онкогенами. Примером может быть мутация ALK при раке легкого, которая приводит к образованию постоянно активного рецептора, стимулирующего бесконтрольное деление клетки

M-RU-00014159 Декабрь, 2023

Список литературы:

  1. Faguet G. B. A brief history of cancer: age‐old milestones underlying our current knowledge database. International journal of cancer. 2015;136(9):2022–2036.
  2. Nurk S. et al. The complete sequence of a human genome. Science. 2022;376(6588):44–53.
  3. Chaffey N. Alberts, B., Johnson, A., Lewis, J., Raff, M., Roberts, K. and Walter, P. Molecular biology of the cell. 4th edn, 2003.
  4. Tyson J. J., Novak B. Control of cell growth, division and death: information processing in living cells //Interface focus. 2014;4(3):20130070.
  5. Du X. et al. ALK‐rearrangement in non‐small‐cell lung cancer (NSCLC). Thoracic cancer. 2018;9(4):423–430.
  6. Donald W Kufe et al. Holland-Frei Cancer Medicine, 6th edition.
  7. Anand P. et al. Cancer is a preventable disease that requires major lifestyle changes. Pharmaceutical research. 2008. 25. 2097-2116.
  8. Abboud C. J. Percivall Pott (1714-1788) Embryo Project Encyclopedia (2017-03-23). – 2017.
  9. Anand P. et al. Cancer is a preventable disease that requires major lifestyle changes. Pharmaceutical research. 2008; 25: 2097-2116.
  10. Morales-Sánchez A., Fuentes-Pananá E. M. Human viruses and cancer. Viruses. – 2014; (10): 4047-4079.
  11. Krush A. J. Contributions of Pierre Paul Broca to cancer genetics. – 1979.
  12. Kotsopoulos J. BRCA mutations and breast cancer prevention Cancers.2018; 10 (12): 524.
  13. McGee R. B., Nichols K. E. Introduction to cancer genetic susceptibility syndromes Hematology 2014, the American Society of Hematology Education Program Book. – 2016; 2016 (1): 293-301.
  14. Riddiford N. et al. Evolution and genomic signatures of spontaneous somatic mutation in Drosophila intestinal stem cells. Genome Research. 2021; 31 (8): 1419-1432.
  15. Rahner N., Steinke V. Hereditary cancer syndromes. Deutsches Ärzteblatt International. 2008; 105 (41): 706.
  16. Koboldt, D.C. Best practices for variant calling in clinical sequencing. Genome Med 12, 91 (2020). https://doi.org/10.1186/s13073-020-00791-w
  17. Colomer R. et al. When should we order a next generation sequencing test in a patient with cancer? EClinicalMedicine. 2020; Т. 25.
  18. Padma, Viswanadha Vijaya. An overview of targeted cancer therapy. BioMedicine 2015