Onkogen je gen, který podporuje buněčné dělení. Normální buňky se dělí podle buněčného cyklu, což je řízený proces, který koordinuje buněčný růst a množení v živé tkáni.
Poté, co se buňka rozdělí, vstoupí do mezifázové fáze, během níž se může buď připravit na nové dělení, nebo přestat dělit.
Onkogeny jsou vadný nebo mutované geny které řídí dělení buněk, i když to není nutné.
Proto onkogeny a normální buňky
V normální buňce volali prekurzory onkogenu proto onkogeny kontrolovat růst buněk, zatímco supresorové geny zabraňte dělení buněk, když růst není nutný. V závislosti na buňce jsou protoonkogeny buď aktivní a buňka se dělí, nebo se vypne a buňka se přestane dělit. U procesů, jako je růst nebo oprava poškození tkáně, se buňky musí rychle dělit a proto onkogeny musí být aktivní.
Buňky jako např mozkové buňky jsou vysoce specializovaní a nerozdělují se. V těchto buňkách jsou protoonkogeny vypnut.
Někdy je protoonkogen poškozen nebo jeho DNA je replikována nesprávně. Takové mutace jej mohou trvale zapnout nebo jej změnit tak, aby intenzivněji poháněl dělení buněk. Tyto změněné geny se stávají onkogeny a za určitých podmínek pomáhají způsobit růst uprchlých buněk, což vede k nádorům a rakovině.
Kromě přítomnosti onkogenů jsou pro rakovinu nezbytné i další faktory, ale onkogeny jsou jednou z hlavních příčin.
Normální buněčné dělení
V buněčný cyklus, normální buňky se dělí během mitózy a poté přecházejí do mezifáze etapa. Během mezifáze se buňky buď připravují na další dělení, nebo vstupují do G0 fáze, ve které se přestanou dělit.
Pokud se má buňka rozdělit, prochází dalším buněčným cyklem a produkuje dvě identické dceřiné buňky. Normální proto onkogeny jsou aktivní a udržují dělení buněk.
Tento druh buněčného dělení je důležitý pro nahrazení buněk, které uhynuly, a pro růst mladých organismů. Například, kožní buňky neustále dělí a nahrazují buňky ve vnějších vrstvách kůže. Buňky kojenců se rychle dělí a umožňují dítěti dorůst do dospělosti. Proto onkogeny reagují na signály, které říkají, že jsou potřeba nové buňky nebo více buněk, a udržují dělení buněk, aby vyhověly signalizované potřebě.
Onkogeny a buněčné dělení
Když buňka dokončí buněčný cyklus, prochází třemi kontrolní body. V těchto bodech se hodnotí stav buňky. Pokud vše probíhá normálně, proces dělení buněk pokračuje. Pokud dojde k problému, jako je nesprávná DNA nebo nedostatek buněčného materiálu pro dvě nové buňky, proces se zastaví.
Onkogeny narušují činnost těchto kontrolních bodů. Aby se přerušil buněčný cyklus, mohou se proto onkogeny deaktivovat nebo může převzít supresorový gen. Pokud proto onkogen zmutoval na onkogen, může buňce říct, aby se i přes problémy dále dělila. Výsledkem může být a hmotnost vadných buněk.
Onkogeny, poškození DNA a buněčná smrt
Obzvláště důležitý kontrolní bod přichází na konci mezifáze, než se buňka začne dělit ve fázi mitózy. V tomto okamžiku buňka zkontroluje, zda je DNA zcela duplikována a zda v řetězcích DNA nejsou žádné chyby. Typickými chybami jsou poškození DNA nebo nesprávně replikované geny.
Pokud dojde k poškození DNA, příslušné proto onkogeny by měly být deaktivovány a buňka by měla zastavit proces dělení, když se pokouší opravit svůj DNA. Pokud je přítomen onkogen, může buňce pomoci ignorovat stop signály a pokračovat v dělení.
Nové buňky budou mít vadná DNA a nebude schopen správně fungovat. V některých případech bude růst buněk pokračovat a dceřiné buňky vytvoří nádor.
Někdy kontroly v kontrolním bodě zjistí, že poškození buněčné DNA je příliš závažné na opravu. V tomto případě má buňka odumřít v procesu zvaném apoptóza. Jsou-li přítomny onkogeny, mohou pomoci buňce obejít apoptózu a pokračovat v dělení. Nové buňky zdědí vadnou DNA i onkogeny a mohou pokračovat v dělení v neomezeném buněčném růstu.
Onkogeny a růst nádorů
Když onkogeny pomáhají buňkám dělit se navzdory přítomnosti stop signálů, mohou buňky velmi rychle dorůst do malého nádoru. Tyto nádory samy o sobě nejsou nebezpečné, protože nemají nezávislé zásobování krví a nádorové buňky nemohou migrovat a napadat sousední tkáně. Růst nádoru a migrace buněk způsobující metastázy vyžadují pokračování dalších faktorů.
Kromě proto onkogenů, které pomáhají regulovat růst buněk, mají buňky také tumor supresorové geny, které omezují nekontrolované dělení buněk a zbytečný růst krevních cév. Rozvoj krevního zásobení pro rostoucí tkáň se nazývá angiogeneze.
Oba proto onkogeny a supresor nádoru geny kontrolujte angiogenezi a ujistěte se, že nepodporuje neomezený růst buněk. Když proto onkogeny mutují na onkogeny, narušují účinky tumor supresorových genů, zatímco podporují angiogenezi. Nádor se pak může zvětšit s vlastním zásobením krví.
Někdy onkogeny nejen podporují růst buněk, ale také aktivují určité funkce buněk. Pro metastáza k tomu musí buňky migrovat krevními cévami na nová místa a začít se tam množit. Onkogeny mohou aktivovat migrační chování buněk.
Nyní se nádor může stát nebezpečným a může způsobit rakovinový růst, protože má vlastní zásobení krví a nádorové buňky mohou migrovat novými krevními cévami.
Příklady onkogenů
-
TRK: Gen kinázy receptoru pro tropomyosin reguluje chování buněk v nervovém systému. Když je aktivován odpovídající onkogen, ovlivňuje to buněčný růst a mobilitu. Tyto účinky mohou přispět k růstu rakoviny.
- RAS: Rodina proteinů RAS aktivuje geny, které řídí růst, diferenciaci a přežití buněk v těle. Odpovídající onkogeny trvale aktivují aktivaci proteinu RAS, což vede k nekontrolovanému buněčnému růstu.
- ERK: Kinázy regulované extracelulárním signálem pomáhají řídit mitózu buněk a funkce buněk na začátku mezifáze. Odpovídající onkogeny pomáhají buňkám s replikací DNA a někdy spolupracují s onkogeny RAS.
- MOJE C: Rodina genů MYC jsou proto oktogeny, které regulují transkripci DNA na RNA. Když jsou aktivovány jako onkogeny, zapínají mnoho genů, včetně těch, které podporují růst buněk, a mohou přispívat k tvorbě nádorů.
Vznik rakovinných nádorů
Tvorba onkogenů z mutovaných protoonkogenů je pouze jedním faktorem při tvorbě maligních rakovinných nádorů. Různé onkogeny musí spolupracovat, aby podpořily růst buněk a tvorbu nového nádoru cévy.
Geny potlačující nádory musí být buď vypnuty, nebo mohou samy mutovat do formy, kde podporují růst nádorů. Nakonec je třeba překonat přirozenou buněčnou smrt nebo apoptózu buněk s poškozenou DNA.
Když se všechny tyto faktory spojí, onkogeny nejprve pomáhají růst defektních buněk do malých nádorů. Poté podporují tvorbu krevních cév prostřednictvím angiogeneze a umožňují další růst nádoru. V tomto okamžiku je rakovina stále lokalizována a nerozšířila se do sousední tkáně nebo krevními cévami.
Aby se vyvinula maligní rakovina, mají nádorové buňky zapnutou migrační funkci odpovídajícími onkogeny. Nyní mohou nádorové buňky migrovat do sousední tkáně a metastázovat v celém těle za vzniku nových nádorů. V této fázi pomohly onkogeny produkovat případ maligní rakoviny.
Výskyt lidské rakoviny
Lidské onkogeny mohou způsobit rakovinu mutací normálních genů. Mezi běžné rakoviny patří rakovina plic, rakovina prsu, rakovina tlustého střeva a konečníku a rakovina prostaty. Lidské rakovinové buňky se šíří buněčnou proliferací, zatímco rakovinová terapie se snaží omezit růst nádorů a metastázovat chemoterapie a radiační léčba.
Výzkum rakoviny je zaměřen na přizpůsobení léčby k usmrcení konkrétních rakovinných buněk nádoru pacienta. Studium molekulární biologie na úrovni rakovinných buněk a pohled na to, jak genová exprese vede k rakovině každého jednotlivého pacienta umožňuje přizpůsobení léčby specifické pro rakovinu pacienta a snížení vedlejších účinků.
V důsledku těchto léčebných strategií poklesla úmrtnost na rakovinu u lidí, i když se lidské rakoviny staly častějšími.
