Onkogen to gen, który promuje podział komórek. Normalne komórki dzielą się zgodnie z cyklem komórkowym, kontrolowanym procesem, który koordynuje wzrost i namnażanie komórek w żywej tkance.
Po podziale komórka wchodzi w fazę międzyfazową, podczas której może albo przygotować się do nowego podziału, albo przestać się dzielić.
Onkogeny są uszkodzony lub zmutowane geny które napędzają podział komórek, nawet jeśli nie jest to potrzebne.
Protoonkogeny i normalne komórki
W normalnej komórce prekursory onkogenów zwane protoonkogeny kontrolować wzrost komórek podczas geny supresorowe powstrzymuj komórki przed podziałem, gdy wzrost nie jest potrzebny. W zależności od komórki protoonkogeny są albo aktywne i komórka dzieli się, albo wyłączane i komórka przestaje się dzielić. W przypadku procesów, takich jak wzrost lub naprawa uszkodzeń tkanek, komórki muszą się szybko dzielić, a protoonkogeny muszą być aktywne.
Komórki takie jak komórki mózgowe są wysoce wyspecjalizowani i nie dzielą się. W tych komórkach znajdują się protoonkogeny wyłączony.
Czasami protoonkogen jest uszkodzony lub jego DNA jest niewłaściwie replikowane. Takie mutacje mogą go włączyć na stałe lub zmienić tak, aby intensywniej napędzał podział komórek. Te zmienione geny stają się onkogenami iw pewnych warunkach pomagają powodować niekontrolowany wzrost komórek, co skutkuje guzami i rakiem.
Oprócz obecności onkogenów w przypadku raka konieczne są dodatkowe czynniki, ale onkogeny są jedną z głównych przyczyn.
Normalny podział komórek
w cykl komórkowy, normalne komórki dzielą się podczas mitozy, a następnie przechodzą do interfaza etap. Podczas interfazy komórki przygotowują się do kolejnego podziału lub wchodzą do G the0 faza, w której przestają się dzielić.
Jeśli komórka ma się podzielić, przechodzi przez kolejny cykl komórkowy i wytwarza dwie identyczne komórki potomne. Normalne protoonkogeny są aktywne i utrzymują podział komórki.
Ten rodzaj podziału komórek jest ważny dla zastąpienia obumarłych komórek i wzrostu młodych organizmów. Na przykład, komórki skóry nieustannie dzielą i zastępują komórki w zewnętrznych warstwach skóry. Komórki niemowląt szybko się dzielą i pozwalają dziecku wyrosnąć na dorosłego. Protoonkogeny reagują na sygnały, które mówią, że potrzebne są nowe lub więcej komórek, i utrzymują komórki dzielące się w celu zaspokojenia sygnalizowanej potrzeby.
Onkogeny i podział komórek
Gdy komórka kończy cykl komórkowy, przechodzi przez trzy punkty kontrolne. W tych punktach oceniany jest stan komórki. Jeśli wszystko przebiega normalnie, proces podziału komórek trwa. Jeśli wystąpi problem, taki jak nieprawidłowe DNA lub niewystarczający materiał komórkowy dla dwóch nowych komórek, proces zatrzymuje się.
Onkogeny zakłócają działanie tych punktów kontrolnych. Aby przerwać cykl komórkowy, protoonkogeny mogą zostać dezaktywowane lub gen supresorowy może przejąć kontrolę. Jeśli protoonkogen zmutował w onkogen, może to nakazać komórce kontynuowanie podziału pomimo problemów. Rezultatem może być masa uszkodzonych komórek.
Onkogeny, uszkodzenie DNA i śmierć komórki
Szczególnie ważny punkt kontrolny pojawia się pod koniec interfazy, zanim komórka zacznie się dzielić w fazie mitozy. W tym momencie komórka sprawdza, czy DNA zostało całkowicie zduplikowane i czy nie ma błędów w niciach DNA. Typowe błędy to przerwy w DNA lub nieprawidłowo zreplikowane geny.
W przypadku uszkodzenia DNA, odpowiednie protoonkogeny powinny zostać dezaktywowane, a komórka powinna zatrzymać proces podziału, próbując naprawić swoje DNA. Obecność onkogenu może pomóc komórce zignorować sygnały stop i kontynuować podział.
Nowe komórki będą miały wadliwe DNA i nie będzie w stanie prawidłowo funkcjonować. W niektórych przypadkach wzrost komórek będzie kontynuowany, a komórki potomne utworzą guz.
Czasami kontrole w punkcie kontrolnym stwierdzają, że uszkodzenie DNA komórki jest zbyt poważne, aby można je było naprawić. W tym przypadku komórka ma obumierać w procesie zwanym apoptoza. Gdy onkogeny są obecne, mogą pomóc komórce ominąć apoptozę i kontynuować podział. Nowe komórki dziedziczą wadliwe DNA oraz onkogeny i mogą dalej się dzielić w nieograniczonym wzroście komórek.
Onkogeny i wzrost guza
Kiedy onkogeny pomagają komórkom dzielić się pomimo obecności sygnałów stop, komórki mogą bardzo szybko przerodzić się w mały guz. Takie nowotwory same w sobie nie są niebezpieczne, ponieważ nie mają niezależnego dopływu krwi, a komórki nowotworowe nie mogą migrować i atakować sąsiednie tkanki. Wzrost guza i migracja komórek powodująca przerzuty wymagają dodatkowych czynników, aby postępować.
Oprócz protoonkogenów, które pomagają regulować wzrost komórek, komórki mają również geny supresorowe guza, które ograniczają niekontrolowany podział komórek i niepotrzebny wzrost naczyń krwionośnych. Nazywa się rozwijanie dopływu krwi do rosnącej tkanki angiogeneza.
Zarówno protoonkogeny, jak i supresor nowotworowy geny kontrolować angiogenezę i upewnić się, że nie wspiera nieograniczonego wzrostu komórek. Kiedy protoonkogeny mutują w onkogeny, zakłócają działanie genów supresorowych guza, jednocześnie promując angiogenezę. Guz może wtedy urosnąć dzięki własnemu dopływowi krwi.
Czasami onkogeny nie tylko promują wzrost komórek, ale także aktywują pewne funkcje komórkowe. Dla przerzut aby nastąpiło, komórki muszą migrować przez naczynia krwionośne do nowych miejsc i tam zacząć się namnażać. Onkogeny mogą aktywować zachowanie migracyjne komórek.
Teraz guz może stać się niebezpieczny i może powodować wzrost rakowy, ponieważ ma własne ukrwienie, a komórki nowotworowe mogą migrować przez nowe naczynia krwionośne.
Przykłady onkogenów
-
TRK: Gen kinazy receptora tropomiozyny reguluje zachowanie komórek w układzie nerwowym. Aktywacja odpowiedniego onkogenu wpływa na wzrost i mobilność komórek. Te efekty mogą przyczynić się do wzrostu raka.
- ZAZ: Rodzina białek RAS aktywuje geny kontrolujące wzrost, różnicowanie i przeżycie komórek w całym ciele. Odpowiednie onkogeny na stałe włączają aktywację białka RAS, prowadząc do niekontrolowanego wzrostu komórek.
- ERK: Kinazy regulowane przez sygnał zewnątrzkomórkowy pomagają kontrolować mitozę komórek i funkcje komórek na początku interfazy. Odpowiednie onkogeny pomagają komórkom w replikacji DNA i czasami współpracują z onkogenami RAS.
- MOJA C: Rodzina genów MYC to protooktogeny, które regulują transkrypcję DNA na RNA. Aktywowane jako onkogeny włączają wiele genów, w tym te, które promują wzrost komórek, i mogą przyczyniać się do powstawania guza.
Powstawanie guzów nowotworowych
Powstawanie onkogenów ze zmutowanych protoonkogenów jest tylko jednym z czynników powstawania złośliwych guzów nowotworowych. Różne onkogeny muszą ze sobą współpracować, aby promować wzrost komórek i powstawanie nowego guza naczynia krwionośne.
Geny supresorowe guza muszą albo zostać wyłączone, albo same mogą zmutować do postaci, w której promują wzrost guzów. Wreszcie, należy przezwyciężyć naturalną śmierć komórki lub apoptozę komórek z uszkodzonym DNA.
Kiedy wszystkie te czynniki się łączą, onkogeny najpierw pomagają uszkodzonym komórkom rosnąć w małe guzy. Następnie promują tworzenie naczyń krwionośnych poprzez angiogenezę i umożliwiają dalszy wzrost guza. W tym momencie rak jest nadal zlokalizowany i nie rozprzestrzenił się na sąsiednią tkankę ani przez naczynia krwionośne.
Aby nowotwór złośliwy mógł się rozwinąć, komórki nowotworowe mają funkcję migracji włączaną przez odpowiednie onkogeny. Teraz komórki nowotworowe mogą migrować do sąsiednich tkanek i tworzyć przerzuty w całym ciele, tworząc nowe nowotwory. Na tym etapie onkogeny przyczyniły się do powstania przypadku złośliwego raka.
Występowanie raka u ludzi
Onkogeny ludzkie mogą powodować raka poprzez mutację normalnych genów. Powszechne nowotwory obejmują raka płuc, raka piersi, raka jelita grubego i raka gruczołu krokowego. Ludzkie komórki rakowe rozprzestrzeniają się poprzez proliferację komórek, podczas gdy terapia nowotworowa próbuje powstrzymać wzrost guza i przerzuty poprzez chemoterapia i radioterapia.
Badania nad rakiem koncentrują się na personalizacji leczenia w celu zabicia poszczególnych komórek rakowych guza pacjenta. Badanie biologii molekularnej na poziomie komórek nowotworowych i przyglądanie się, jak Ekspresja genu prowadzi do raka u każdego indywidualnego pacjenta, pozwala na dostosowanie leczenia specyficznego dla raka pacjenta i zmniejszenie skutków ubocznych.
W wyniku tych strategii leczenia śmiertelność z powodu raka u ludzi spadła, nawet gdy nowotwory u ludzi stają się bardziej powszechne.