16 декември 2019
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Говорят медиците
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Отличителните признаци на рака (част 2)

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 23 октомври 2015 в 14:4180140

Изникващи и предразполагащи признаци на рака според Уайнбърг и Ханахан.  Илюстрация: адаптирана от D, Weinberg R. A. (2011). Превод: Марина Николова

В първата част на статията бяха описани шестте основни отличителни признака на рака.

За първи път огромното количество информация на тема онкология е синтезирано от Робърт Уайнбърг, член-основател на института „Уайтхед“, (Robert Weinberg , Whitehead Institute) и Дъглас Ханахан, директор на швейцарския институт за експериментални изследвания в областта на онкологията, (Douglas Hanahan, Swiss Institute for Experimental Cancer Research) в публикацията им „Отличителни признаци на рака“ (The Hallmarks of Cancer).

2 отличителните признаци на рака

Шестте основни (придобити) признака на рака според Уайнбърг и Ханахан.  Илюстрация: адаптирана от Hanahan D, Weinberg R. A. (2011). Превод: Марина Николова

 

В интервю за института „Уайтхед“, единадесет години след публикуването на първата статия за отличителните признаци на рака, Уайнбърг споделя:  „Бих казал, че шестте отличителни принципа, които предложихме през 2000 г., срещнаха одобрението на широката публика. След като се върнахме към тях и отново ги разгледахме внимателно, се убедихме, че все още са валидни. Съсредоточихме се върху фундаментални принципи, които и до ден днешен са съществени в процеса на възникването на рак.“

Въпреки големия успех на статията, Уайнбърг и Ханахан не спират да работят и да търсят доказателства за съществени принципи, споделяни от всички ракови клетки. Резултатът е продължението на статията им, публикувано през 2011 г., „Отличителни признаци на рака: Следващото поколение“ (Hallmarks of Cancer: The Next Generation). Тук не само че шестте общи характеристики са проучени в повече детайл, но и са добавени четири нови признака. Разделят се на две категории - предразполагащи и изникващи признаци.

Предразполагащи признаци

Шестте основни отличителни белега на рака са придобити характеристики, които позволяват на раковите клетки да оцеляват, да се размножават и да се разпространяват в тялото. Това се случва с помощта на два предразполагащи признака. Счита се, че те предшестват и предизвикват появата на придобитите отличителни признаци на раковите клетки.

7. Геномна нестабилност и мутация - несъмнено, характеристика на всички ракови клетки е наличието на (поне една) генетична мутация, т.е. перманентна промяна в структурата на дезоксирибонуклеиновата киселина (съкратено, ДНК). В общия случай, колкото по-голям е броят на мутациите, толкова по-голяма е и опасността от рак. Именно повишената склонност към натрупване на мутации с всеки следващ цикъл на клетъчно делене (клетъчно размножаване) се нарича геномна нестабилност. Следователно, геномната нестабилност предразполага клетката към появата на рак. Отбелязвайки този факт, две важни особености трябва да бъдат подчертани:  Първо, не всяка мутация води до развитието на рак. Второ, мутациите няма как да бъдат избегнати напълно, независимо от начина ни на живот.

Натрупване на генни мутации

За да бъдат разбрани по-добре рака и предразполагащите появата му характеристики, е полезно човек да бъде запознат със структурата на ДНК. *Кратко обяснение за ДНК може да откриете на края на тази статия. „Грешки“ в ДНК могат да възникнат при процеса на клетъчно делене, под влияние на външни фактори (канцерогени) или да бъдат наследени от родителите. Клетъчното делене е трудоемък процес, в който молекули ДНК биват копирани с голяма скорост. Клетките са снабдени със сложни механизми, за да извършат копирането с минимален брой грешки. Въпреки това, при репликацията (удвояването) на ДНК понякога грешките остават непоправени, водейки до мутация. Често мутации възникват и в следствие на външни фактори - инфекциозни причинители (вируси и микроорганизми), физични фактори (ултравиолетови лъчи, лъчева радиация), химични фактори (напр. веществата, съдържащи се в цигарения дим) и др. Третият тип „грешки“ са мутации, възникнали в половите клетки, които се предават на следващото поколение. И причините, и следствията от мутациите са много разнообразни. Важното е, че натрупването на генетични мутации в дадена клетка и видът на тези мутации са решаващи за превръщането на здравата клетка в ракова. Поради натрупването на мутации, с напредване на възрастта се увеличава рискът от появата на рак.

За рака и „лошия късмет“

Колкото и здравословно да живеем, за съжаление няма как да се предпазим напълно от онкологични заболявания. Това се дължи на процеси в тялото ни, които не можем да контролираме съзнателно. Някои учени дори твърдят, че голяма част от случаите на рак се дължат на „лош късмет“. Пример е изключително нашумялата публикация от края на 2014 г., в която Томазети и  Фогелщайн (Cristian Tomasetti, Bert Vogelstein) заявяват, че 2/3 от случаите на рак се дължат на случайни мутации, възникнали при деленето на здрави стволови клетки. Статията бе посрещната скептично от голяма част от научната общност и понесе много критики. Независимо дали Томазети и Фогелщайн са прави, или не, няма спор за едно: късметът играе поне малка роля в ракообразуването.

Има различни теории, но тук може да прочетете за два важни фактора, които не зависят напълно от нас. Една от причините е гореспоменатото допускане на грешки в копирането на ДНК при клетъчно делене. Друга основна причина са реактивните кислородни видове, РКВ (reactive oxygen species, ROS). Това са група високореактивни молекули, притежаващи един или повече несдвоени електрони във външната електронна обвивка. РКВ са супероксиден анион О2¯, хидроксилен радикал ˙OH или водороден пероксид H2O2. Те могат да взаимодействат с ДНК, липиди или протеини и да ги увредят. Източниците на реактивни кислородни видове са много. Наред с извънклетъчни фактори като ултравиолетовото и йонизиращото лъчение се нареждат и нормалните клетъчни процеси.- реактивните кислородни видове са вторичен продукт на аеробния клетъчен метаболизъм. По-просто казано, клетките сами произвеждат вредни за тях молекули. Затова са нужни и антиоксидантните молекули, за да има равновесие между оксидантите (РКВ) и антиоксидантите.

8. Туморообразуващи възпалителни процеси - по-точно би било да се каже, че това са възпалителни процеси, които допринасят за появата и развитието на рак. Въпреки че обикновено мислим за имунната система като за наш приятел, който ни предпазва от инфекции, в някои случаи тя може да се превърне във враг и да спомогне туморообразуването. Възпалителните процеси са сложни и протичат с участието на различни клетки и сигнални молекули. След като се справят с локална остра инфекция, всички те напускат мястото и не причиняват повече проблеми. Когато обаче на лице е хронична инфекция, продължителното действие на клетките на имунната система може да повреди тъканта или да спомогне за развитието на рак.

Някои имунни клетки са способни да спомогнат за появата и развитието на рак чрез различни механизми. Няколко примера са: (1) Секретиране на растежен фактор, „предизвикващ“ клетките да се размножават; (2) Стимулиране образуването на нови кръвоносни съдове. По този начин осигуряват на съседните клетки достъп до кислород и хранителни вещества, а също и възможност за отделяне на „отпадъчни“ вещества и въглероден диоксид; (3) Секретиране на ензими, разграждащи екстрацелуларния матрикс (междуклетъчно вещество). Това подпомага метастазата (разпространението на раковите клетки в различни части на тялото); (4) Парадоксално, някои клетки на имунната система могат да секретират имуносупресорни молекули, предпазващи раковите клетки от опасното за тях действие на придобитата имунна система.

Изникващи признаци

В допълнение към шестте основни и двата придобити признака, Уайнбърг и Ханахан обявяват две нови характеристики. Въпреки че са общи за много ракови клетки, тези т. нар. изникващи признаци все още не са част от каноничните отличителни белези на рака. Причината е, че въпреки неоспоримата значимост на изникващите признаци, авторите не са убедени до колко те са самостоятелни, а не принадлежат към някой от основните шест признака.

9. Дерегулация на клетъчната енергетика - некотролируемите клетъчно делене и растеж са определящи за раковите клетки, но тези процеси, разбира се, изискват енергия. Тази енергия се съхранява в клетките под формата на молекули аденозинтрифосфат (АТФ). За да произведат големите количества енергия, нужни за поддържане на нормалните клетъчни процеси и за непрестанния им растеж, раковите клетки трябва да приспособят своя метаболизъм (обмяна на вещества).

В нормални условия здравите клетки добиват енергия в процес, наречен аеробно клетъчно дишане. При този процес глюкозата се разгражда с консумация на кислород и произвеждане на въглероден диоксид и вода. Крайният резултат са 32 молекули АТФ. При недостиг на кислород, клетките имат план Б - анаеробно клетъчно дишане. При този процес се отделя млечна киселина, вместо въглероден диоксид, и само 2 молекули АТФ. Характерно за раковите клетки е, че могат да репрограмират метаболизма си така, че дори при наличие на кислород, да синтезират АТФ безкислородно. Към този феномен първи обръща вниманието ни Ото Варбург през 1924 г. От тук идва и понятието „ефект на Варбург“.

Логично би било да се запитаме защо раковите клетки избират на пръв поглед по-неефективния метод за синтезиране на АТФ (2 вместо 32 молекули АТФ), независимо, че имат достъп до кислород. Отговорът не е един. Първо, по този начин раковите клетки синтезират АТФ много по-бързо - толкова, че компенсират за малкия брой молекули, синтезирани във всяка отделна реакция. Второ, наред с АТФ, биват синтезирани и различни биосинтетични прекурсори - молекули, които служат за „строителни материали“ в строежа на клетките. Каква полза можем да извлечем от това? Повишеното количество глюкоза, нужно на клетката, е недостатък на този тип синтез, от който учените се възползват - както в диагностиката на рак, така и в химиотерапията.

Опростена схема на клетъчна респирация. Илюстрация: Марина Николова

10. Избягване на имунната защита - както инфекциозните агенти, така и раковите клетки притежават антигени по повърхността си, чрез които имунната система ги разграничава от нормалните клетки. Въпреки че, както е споменато по-горе, някои имунни клетки могат да спомогнат за развитието на рак, целта на имунната система е точно обратното. Тя играе основна роля в потискане прогресирането на злокачествени тумори в човешкото тяло.

Колкото по-отслабена е имунната система, толкова по-трудно е за нея да елиминира раковите клетки. Учените са открили взаимовръзка между количеството бели кръвни телца в злокачествени тумори и прогнозата за пациента (т.е. дали е възможна пълна ремисия и каква е очакваната продължителност на живота). По-големият брой левкоцити означава по-силен имунен отговор и по-добра прогноза. От друга страна, отличен пример за случаи на липса на отговор на имунната система са пациенти, носители на вируса ХИВ, който причинява синдром на придобитата имунна недостатъчност (СПИН). Потиснатата имунна защита на тези хора ги прави много по-предразположени към онкозаболявания в сравнение с останалата част на населението. Особено често срещани при тях са видовете рак, причинени от вирус.

 

Репликация на ДНК. Майчина (стара) и дъщерна (новосинтезирана) ДНК верига. Съкращения на азотните бази: А, аденин; Т, тимин; Г, гуанин; Ц, цитозин. Илюстрация: адаптирана от study.com. Превод: Марина Николова


* Всеки ден, всеки час, всяка секунда клетки в човешкото тяло се размножават. Това е не само нормално, а и изключително важно, защото клетъчната смърт и клетъчното размножаване са основни фактори за поддържане на хомеостазата в организма. При всяко клетъчно делене наследствената информация, под формата на ДНК, бива удвоена, за да бъде предадена на дъщерните (новообразуваните) клетки. Информацията е индивидуална за всеки човек и е закодирана чрез „азбуката“ на ДНК, която се състои от четири елемента, наречени азотни бази: аденин (А), тимин (Т), гуанин (Г), цитозин (Ц). Молекулата на ДНК всъщност се състои от две дълги вериги, преплетени една в друга, като и двете се състоят от поредица от А, Т, Г и Ц. Двете вериги не са преплетени произволно, а са свързани посредством комплементарност (допълване) между азотните бази - когато в едната верига има А, това отговаря на Т в другата, а когато има Г, то съответства на Ц. При репликация (удвояване) на ДНК, двете вериги биват разделени и копирани така, че накрая в клетката има две молекули ДНК. Всяка от новите молекули съдържа по една верига от старата ДНК и една новосинтезирана верига. Майчината клетка се разделя на две идентични дъщерни клетки, като разпределя в тях по едно копие от генетичния материал.

 

 Източници:

Hanahan D, Weinberg R. A. (2000) The Hallmarks of Cancer. Cell,100(1), pp.57–70.

Hanahan D, Weinberg R. A. (2011) Hallmarks of Cancer: The Next Generation. Cell, 144(5), pp 646-74.

Samarasinghe B. (2013) Web blog posts. Stories by Buddhini Samarasinghe. Scientific American

Rura N. G. (2011) Website article. Whitehead Scientist Helps Revisit “Hallmarks of Cancer”. Whitehead Institute

Tomasetti C., Vogelstein B. (2015) Cancer Etiology. Variation in Cancer Risk Among Tissues Can Be Explained by the Number of Stem Cell Divisions. Science, 347(6217):78-81

Pray L. (2008) DNA Replication and Causes of Mutation. Nature Education, 1(1):214

Petrova V. Y., Kujumdzieva A. V. (2010) Cellular Defense Mechanisms Against Oxidative Stress.

Pelengaris S., Khan M. (2013) The Molecular Biology of Cancer: A Bridge from Bench to Bedside. 2nd Ed. John Wiley & Sons, Inc. p. 97-8, 159-60, 413


Препоръчани материали

Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Биология
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.