Onkogeen on geen, mis soodustab raku pooldumine. Normaalsed rakud jagunevad vastavalt rakutsüklile - kontrollitud protsessile, mis koordineerib rakkude kasvu ja paljunemist eluskoes.
Pärast raku jagunemist siseneb see faasidevahelisse staadiumi, mille jooksul saab kas valmistuda uueks jagunemiseks või lõpetada jagunemise.
Onkogeenid on defektne või muteerunud geenid see ajab rakkude jagunemist ka siis, kui seda pole vaja.
Protokoonid ja normaalsed rakud
Tavalises rakus nn onkogeeni eellased proto-onkogeenid kontrolli rakkude kasvu ajal pärssivad geenid hoidke rakke jagunemast, kui kasvu pole vaja. Sõltuvalt rakust on proto-onkogeenid kas aktiivsed ja rakk jaguneb või lülitatakse välja ja rakk jaguneb. Selliste protsesside jaoks nagu kasv või koekahjustuste taastamine peavad rakud kiiresti jagunema ja proto-onkogeenid peavad olema aktiivsed.
Rakud nagu ajurakud on väga spetsialiseerunud ega jaga. Nendes rakkudes on proto-onkogeenid välja lülitatud.
Mõnikord on proto-onkogeen kahjustatud või selle DNA replikatsioon on vale. Sellised mutatsioonid võivad selle püsivalt sisse lülitada või muuta, nii et see juhib rakkude jagunemist intensiivsemalt. Need muutunud geenid muutuvad onkogeenideks ja teatud tingimustel aitavad nad põhjustada põgenenud rakkude kasvu, mille tulemuseks on kasvajad ja vähk.
Lisaks onkogeenide olemasolule on vähi jaoks vaja ka täiendavaid tegureid, kuid onkogeenid on üks algpõhjusi.
Rakkude normaalne jagunemine
Aastal rakutsükkel, normaalsed rakud jagunevad mitoosi ajal ja lähevad seejärel edasi interfaas etapp. Interfaasi ajal rakud kas valmistuvad teiseks jagunemiseks või sisenevad G-sse0 faas, milles nad jagunemise lõpetavad.
Kui rakk peaks jagunema, läbib see teise rakutsükli ja toodab kaks identset tütarrakku. Tavalised proto-onkogeenid on aktiivsed ja hoiavad rakke jagamas.
Selline rakkude jagunemine on oluline surnud rakkude asendamiseks ja noorte organismide kasvuks. Näiteks, naharakud jagavad ja asendavad pidevalt välimiste nahakihtide rakke. Imikute rakud jagunevad kiiresti ja võimaldavad lapsel täiskasvanuks kasvada. Protokoonogeenid reageerivad signaalidele, mis ütlevad, et vaja on uusi rakke või rohkem, ja need hoiavad rakke jagunemas signaalitud vajaduse rahuldamiseks.
Onkogeenid ja rakkude jagunemine
Kui rakk lõpetab rakutsükli, läbib see kolm kontrollpunktid. Nendes punktides hinnatakse raku seisundit. Kui kõik kulgeb normaalselt, jätkub rakkude jagunemise protsess. Kui ilmneb probleem, näiteks vale DNA või kahe uue raku jaoks ebapiisav rakumaterjal, peatub protsess.
Onkogeenid häirivad nende kontrollpunktide tööd. Rakutsükli katkestamiseks võivad proto-onkogeenid deaktiveerida või võimendada supresorigeeni. Kui proto-onkogeen on muteerunud onkogeeniks, võib see rakule öelda, et jätkake probleemidest hoolimata jagamist. Tulemuseks võib olla a defektsete rakkude mass.
Onkogeenid, DNA kahjustused ja rakusurm
Eriti oluline kontrollpunkt saabub interfaasi lõpus enne raku jagunemist mitoosi faasis. Sel hetkel kontrollib rakk, kas DNA on täielikult dubleeritud ja kas DNA ahelates pole vigu. Tüüpilised vead on DNA purunemised või valesti kopeeritud geenid.
DNA kahjustuse korral tuleks vastavad proto-onkogeenid desaktiveerida ja rakk peaks katkestama jagunemisprotsessi DNA. Kui onkogeen on olemas, võib see aidata rakul peatumissignaale ignoreerida ja jätkata jagamist.
Uued lahtrid saavad vigane DNA ja ei saa korralikult töötada. Mõnel juhul rakkude kasv jätkub ja tütarrakud moodustavad kasvaja.
Mõnikord leitakse kontrollpunkti kontrollides, et raku DNA kahjustus on selle parandamiseks liiga tugev. Sel juhul peaks rakk surema protsessis, mida nimetatakse apoptoos. Onkogeenide olemasolul võivad need aidata rakul apoptoosist mööda minna ja jätkata jagamist. Uued rakud pärivad nii defektse DNA kui ka onkogeenid ja võivad jätkata rakkude piiramatu kasvu jagunemist.
Onkogeenid ja kasvaja kasv
Kui onkogeenid aitavad rakkudel jaguneda vaatamata peatumissignaalide olemasolule, võivad rakud väga kiiresti kasvada väikeseks kasvajaks. Sellised kasvajad pole iseenesest ohtlikud, kuna neil puudub iseseisev verevarustus ja kasvajarakud ei saa rännata ega naaberkudedesse tungida. Kasvaja kasv ja rakkude ränne, mis põhjustab metastaase, vajavad jätkamiseks täiendavaid tegureid.
Lisaks rakkude kasvu reguleerivatele proto-onkogeenidele on rakkudel ka kasvaja supresseerivad geenid, mis piiravad rakkude kontrollimatut jagunemist ja veresoonte tarbetut kasvu. Verevarustuse arendamist koe kasvatamiseks nimetatakse angiogenees.
Nii proto-onkogeenid kui ka kasvaja supressorid geenid kontrollida angiogeneesi ja veenduda, et see ei toeta rakkude piiramatut kasvu. Kui proto-onkogeenid muteeruvad onkogeenideks, rikuvad nad angiogeneesi soodustades kasvaja supressori geenide toimet. Seejärel võib kasvaja oma verevarustusega suuremaks kasvada.
Mõnikord ei soodusta onkogeenid rakkude kasvu, vaid aktiveerivad ka teatud raku funktsioone. Sest metastaasid toimumiseks peavad rakud rändama läbi veresoonte uutesse kohtadesse ja hakkama seal paljunema. Onkogeenid võivad rakkude rändekäitumist aktiveerida.
Nüüd võib kasvaja muutuda ohtlikuks ja põhjustada vähkkasvajaid, kuna sellel on oma verevarustus ja kasvajarakud võivad migreeruda läbi uute veresoonte.
Onkogeenide näited
-
TRK: Tropomüosiini retseptori kinaasi geen reguleerib rakkude käitumist närvisüsteemis. Kui vastav onkogeen on aktiveeritud, mõjutab see rakkude kasvu ja liikuvust. Need mõjud võivad soodustada vähi kasvu.
- RAS: RAS-valkude perekond aktiveerib geene, mis kontrollivad rakkude kasvu, diferentseerumist ja ellujäämist kogu kehas. Vastavad onkogeenid lülitavad RAS-valgu aktiveerimise püsivalt sisse, mis viib rakkude kontrollimatu kasvuni.
- ERK: Rakuvälise signaali abil reguleeritud kinaasid aitavad kontrollida raku mitoosi ja rakkude funktsioone interfaasi alguses. Vastavad onkogeenid aitavad rakkudel DNA replikatsiooni ja töötavad mõnikord koos RAS-onkogeenidega.
- MINU C: MYC geeniperekond on prottooktoogeenid, mis reguleerivad DNA-RNA transkriptsiooni. Kui nad on aktiveeritud onkogeenidena, lülitavad nad sisse paljud geenid, kaasa arvatud need, mis soodustavad rakkude kasvu, ja need võivad kaasa aidata kasvaja tekkele.
Vähkkasvajate moodustumine
Onkogeenide moodustumine muteerunud proto-onkogeenidest on vaid üks pahaloomuliste vähkkasvajate moodustumise tegureid. Rakkude kasvu ja uue kasvaja tekke soodustamiseks peavad erinevad onkogeenid tegema koostööd veresooned.
Kasvaja supresseerivad geenid tuleb kas välja lülitada või nad võivad ise muteeruda kujul, kus nad soodustavad kasvajate kasvu. Lõpuks tuleb ületada kahjustatud DNA-ga rakkude loomulik surm või apoptoos.
Kui kõik need tegurid kokku saavad, aitavad onkogeenid kõigepealt defektsetel rakkudel kasvada väikesteks kasvajateks. Seejärel soodustavad nad angiogeneesi kaudu veresoonte moodustumist ja võimaldavad kasvajal edasi kasvada. Sel hetkel on vähk endiselt lokaliseeritud ega ole levinud naaberkudedesse ega veresoonte kaudu.
Pahaloomulise vähi tekkeks on kasvajarakkude migratsioonifunktsioon sisse lülitatud vastavate onkogeenide poolt. Nüüd võivad kasvajarakud migreeruda külgnevatesse kudedesse ja metastaseeruda kogu kehas, et tekitada uusi kasvajaid. Selles etapis on onkogeenid aidanud tekitada pahaloomulist vähki.
Inimvähi esinemine
Inimese onkogeenid võivad normaalsete geenide mutatsiooni kaudu põhjustada vähki. Levinud vähkide hulka kuuluvad kopsuvähk, rinnavähk, jämesoolevähk ja eesnäärmevähk. Inimese vähirakud levivad rakkude proliferatsiooni kaudu, samal ajal kui vähiteraapia püüab kasvaja kasvu ja metastaase sisaldada keemiaravi ja kiiritusravi.
Vähiuuringud on keskendunud ravi isikupärastamisele, et hävitada patsiendi kasvaja konkreetsed vähirakud. Molekulaarbioloogia uurimine vähirakkude tasandil ja kuidas geeniekspressioon viib iga patsiendi vähini, võimaldab kohandada patsiendi vähile omast ravi ja vähendada kõrvaltoimeid.
Nende ravistrateegiate tulemusel on inimese vähktõve suremus langenud isegi siis, kui inimese vähkkasvajad muutuvad üha tavalisemaks.