Функции генов, мутирующих при раке: мембранные рецепторы и сигнальные пути

Гены, в которых в раковых клетках часто возникают мутации, существенно влияют на развитие и распространение заболевания. Рассмотрим основные типы белков, кодируемых связанными с раком генами и играющих ключевую роль в клеточных сигнальных путях. Воспринимая разные сигналы от поверхности до внутренних структур клетки, эти белки контролируют ее рост, размножение и выживание.

Мембранные рецепторы: первый шаг передачи сигнала

Многие рецепторы расположены на поверхности клетки и воспринимают сигналы из окружающей среды. Другие находятся в цитоплазме или мембранах органелл и отвечают на сигналы, способные проникать внутрь клетки. Понимание их работы — основа для изучения того, как начинается бесконтрольное размножение раковых клеток.

Сначала рассмотрим два основных типа мембранных рецепторов, участвующих в онкологических сигнальных путях:

1. рецепторы, сопряженные с G-белками (GPCR) и
2. рецепторные тирозинкиназы (RTK).

Рецепторы, сопряженные с G-белками (GPCR): активация сигналами извне клетки

Рецепторы, сопряженные с G-белками (GPCR) семь раз пересекают клеточную мембрану и способны связывать внеклеточные лиганды. Упоминание G-белка в названии связано с тем, что при связывании лиганда сигнал активирует находящийся внутри клетки класс белков — G-белки. Активация GPCR запускает различные внутриклеточные сигнальные пути, обозначаемые термином «нисходящие», и регулирует рост, размножение и другие функции клетки.

Рецепторные тирозинкиназы (RTK): важная роль в фосфорилировании и передаче сигнала внутри клетки

Другой важный класс рецепторов клеточной мембраны, имеющих лишь один трансмембранный домен, — рецепторные тирозинкиназы (RTK). При связывании с лигандами RTK объединяются — димеризуются, активируются и взаимно фосфорилируются. Фосфорилирование означает присоединение фосфатной группы к белку. Этот процесс обеспечивает распространение внутриклеточных сигналов и может запускать рост и метастазирование раковых клеток.

Нисходящие сигнальные каскады: распространение сигнала внутри клетки

Сигнальные пути работают как каскад, в котором один белок активирует другой, усиливая сигнал внутри клетки. Основные механизмы этого процесса — фосфорилирование и связывание GTP. Присоединение фосфатной группы активирует белок, а связывание GTP переводит G-белки в активное состояние. Нарушения этих процессов могут вызывать бесконтрольный рост клеток и развитие рака.

Факторы транскрипции и репарации DNA: влияние ядерных белков на рак

Сигнальные пути обычно завершаются в ядре клетки, где активируют контролирующие экспрессию генов факторы транскрипции (TF). Активируя определенные гены, они регулируют рост, выживание и метастазирование клеток. Кроме того, в клетке присутствуют ядерные белки, отвечающие за репарацию DNA. Восстанавливая повреждения DNA, эти факторы поддерживают генетическую целостность и создают важный защитный барьер против рака.

Клеточный цикл и апоптоз: поддержание клеточного равновесия

Продолжение клеточного цикла и определение того, когда клетке делиться или погибать, — ключевые процессы, непосредственно влияющие на развитие рака. Белки клеточного цикла и регуляторы программируемой клеточной гибели — апоптоза — поддерживают равновесие, предотвращая ненужное размножение клеток. Нарушение этих процессов в раковых клетках приводит к бесконтрольному размножению и образованию опухолевой ткани.

Другие типы белков, кодируемых генами рака

Связанные с раком гены кодируют множество других белков, включая метаболические ферменты, регуляторы хроматина и белки цитоскелета. Влияя на сигнальные пути клетки, они участвуют в развитии рака. Понимание функций часто связанных с раком генов углубляет наши знания о биологии опухолей.

Мы кратко рассмотрели, как мутирующие в раковых клетках гены и кодируемые ими белки способствуют развитию заболевания. Изучение связанных с раком сигнальных путей и клеточных функций — важный шаг к созданию новых стратегий лечения.

*

НАШИ ТЕМЫ ДЛЯ ВВЕДЕНИЯ В ГЕНЕТИКУ РАКА 

1. Что такое герминальные (наследственные) и соматические мутации? Какова их роль в развитии рака?
2. Что означают онкоген и мутация? Протоонкогены и гены-супрессоры опухолей
3. Как начинается и прогрессирует рак?