Mutationsteorien om onkogenese er den doktrin, ifølge hvilken årsagen til ondartede tumorer er mutationsændringer i cellegenomet [1] . Denne teori er nu generelt accepteret. I langt de fleste tilfælde udvikler maligne neoplasmer sig fra en enkelt tumorcelle, det vil sige, at de er af monoklonal oprindelse. Ifølge moderne koncepter kan mutationer, der fører til udvikling af en tumor, forekomme både i køn (ca. 5% af alle tilfælde) og i somatiske celler [2] .
Milepæle i udviklingen af mutationsteorien om onkogenese:
Direkte bevis på kræftens mutationelle natur kan betragtes som opdagelsen af proto-onkogener og suppressorgener, hvis ændring i strukturen og ekspressionen på grund af forskellige mutationsbegivenheder, herunder punktmutationer , fører til ondartet transformation.
Opdagelsen af cellulære proto-onkogener blev først udført ved hjælp af stærkt onkogene RNA-holdige vira ( retrovira ), der bærer transformerende gener som en del af deres genom . Molekylærbiologiske metoder har vist, at DNA'et fra normale celler af forskellige eukaryote arter indeholder sekvenser, der er homologe med virale onkogener, kaldet proto-onkogener. Transformationen af cellulære proto-onkogener til onkogener kan ske som følge af mutationer i den kodende sekvens af proto-onkogenet, hvilket vil føre til dannelsen af et ændret proteinprodukt, eller som et resultat af en stigning i ekspressionsniveauet af proto-onkogenet, hvorved mængden af protein i cellen øges. Proto-onkogener, som er normale cellulære gener, har en høj evolutionær konservatisme, hvilket indikerer deres deltagelse i vitale cellulære funktioner.
Punktmutationer, der fører til transformation af proto-onkogener til onkogener, er hovedsageligt blevet undersøgt på eksemplet med aktivering af proto-onkogener fra ras -familien . Disse gener, klonet for første gang fra humane tumorceller i blærekræft , spiller en vigtig rolle i regulering af celleproliferation under både normale og patologiske tilstande. Ras - familiegenerne er en gruppe af proto-onkogener, der oftest aktiveres under tumorcelletransformation. Mutationer i et af HRAS-, KRAS2- eller NRAS-generne findes i omkring 15 % af humane kræftformer. I 30 % af lungeadenokarcinomcellerne og i 80 % af bugspytkirteltumorcellerne findes en mutation i ras -onkogenet , som er forbundet med en dårlig prognose for sygdommen.
Et af de to hotspots, hvor mutationer resulterer i onkogen aktivering, er det 12. kodon . I eksperimenter med site-directed mutagenese blev det vist, at udskiftningen af glycin i det 12. kodon med en hvilken som helst aminosyre , med undtagelse af prolin , fører til fremkomsten af en transformerende evne i genet. Den anden kritiske region er lokaliseret omkring det 61. kodon. Udskiftning af glutamin i position 61 med enhver anden aminosyre end prolin og glutaminsyre resulterer også i onkogen aktivering.
Anti-onkogener eller tumorsuppressorgener er gener, hvis proteinprodukter undertrykker tumordannelse. I 1980'erne og 1990'erne blev cellulære gener opdaget, som udøver en negativ kontrol af celleproliferation, dvs. forhindrer celler i at gå ind i deling og forlade den differentierede tilstand. Tab af funktion af disse anti-onkogener forårsager ukontrolleret celleproliferation. På grund af deres modsatte funktionelle formål med hensyn til onkogener, er de blevet kaldt anti-onkogener eller malignitetssuppressorgener. I modsætning til onkogener er mutante alleler af suppressorgener recessive. Tilstedeværelsen af en mutant allel, forudsat at den anden er normal, fører ikke til fjernelse af hæmning af tumordannelse.
Således danner proto-onkogener og suppressorgener et komplekst system af positiv-negativ kontrol af celleproliferation og -differentiering, og malign transformation realiseres gennem afbrydelsen af dette system.
I 1971 foreslog Alfred Knudson en hypotese, nu kendt som double whammy eller dobbelt mutationsteori, der forklarer mekanismen for forekomsten af arvelige og sporadiske former for retinoblastom , en ondartet tumor i nethinden [ 3] . Baseret på dataene fra en statistisk analyse af manifestationen af forskellige former for retinoblastom, foreslog han, at to på hinanden følgende mutationer skal forekomme i en celle for at en tumor kan opstå. I tilfælde af arvelig retinoblastom sker den første mutation i kønscellerne (arvelig mutation), og den anden mutation (andet slagtilfælde) sker i de somatiske celler . Sporadisk retinoblastom er mindre almindelig og er resultatet af to mutationer i en somatisk celle. Sandsynligheden for, at der opstår to på hinanden følgende mutationer i samme celle er lille, så sporadisk retinoblastom er mindre almindelig end arvelig, tumorer dannes senere og i mindre antal. Knudson-hypotesen har været meget populær i lang tid, men nu skal den revideres i forbindelse med opdagelsen af nye fakta om tumorsuppressorgener [4] [5] .
Ifølge moderne koncepter kræves der fra tre til seks yderligere genetiske skader (afhængigt af arten af den indledende eller disponerende mutation, som kan forudbestemme sygdommens udvikling) for at fuldføre processen med begyndelsen af neoplasi (tumor). dannelse) [4] . Data fra epidemiologiske, kliniske, eksperimentelle (om transformerede cellekulturer og transgene dyr) og molekylærgenetiske undersøgelser er i god overensstemmelse med disse ideer.
Forekomsten af kræft hos mennesker er meget højere end teoretisk forventet, baseret på antagelsen om uafhængig og tilfældig forekomst af mutationer i tumorcellen. For at forklare denne modsigelse foreslås en model, ifølge hvilken en tidlig begivenhed af carcinogenese er en ændring i en normal celle, hvilket fører til en kraftig stigning i hyppigheden af mutationer - fremkomsten af en mutatorfænotype.
Dannelsen af en sådan konstitution sker med akkumulering af onkogener, der koder for proteiner, der er involveret i processerne for celledeling og i processerne til at accelerere celledeling og differentiering, i kombination med inaktivering af suppressorgener, der er ansvarlige for syntesen af proteiner, der hæmmer celledeling og induktion af apoptose (genetisk programmeret celledød). Replikeringsfejl er genstand for korrektion af det post- replikative reparationssystem . Det høje niveau af DNA-replikationsfidelitet opretholdes af et komplekst replikationstroskabskontrolsystem – reparationssystemer, der korrigerer fejl, der opstår.
Hos mennesker kendes 6 gener til postreplikativ reparation (stabilitetsgener). Celler med en defekt i det post-replikative reparationssystem er karakteriseret ved en stigning i hyppigheden af spontane mutationer. Graden af mutatoreffekt varierer fra en to gange stigning i mutabilitet til en tres gange stigning.
Mutationer i stabilitetsgener er en tidlig begivenhed af carcinogenese, der genererer en række sekundære mutationer i forskellige gener og en særlig type DNA-struktur-ustabilitet i form af høj variabilitet i strukturen af nukleotidmikrosatellitter , den såkaldte mikrosatellit-ustabilitet . Mikrosatellit-ustabilitet er en indikator for mutator-fænotypen og et diagnostisk tegn på en defekt i post-replikativ reparation, som bruges til at opdele tumorer og tumorcellelinjer i RER+ og RER- (RER er en forkortelse af ordene replikationsfejl , understreger det). at ustabilitet er resultatet af ikke-reparerede replikeringsfejl). Mikrosatellit-ustabilitet er også blevet fundet i cellelinjer udvalgt for resistens over for alkyleringsmidler og adskillige andre lægemiddelklasser. Mikrosatellit-ustabilitet som følge af nedsat DNA- metabolisme , dets replikation og reparation er årsagen til tumorudvikling.
Som følge af en defekt i postreplikativ reparation opstår der ophobning af mutationer i generne af kritiske punkter, hvilket er en forudsætning for celleprogression til fuldstændig malignitet. Inaktivering af receptorsystemet på grund af en rammeskiftmutation i gentagelserne af den kodende sekvens observeres kun i tumorceller og påvises ikke uden mikrosatellit-ustabilitet.
Karcinogenese på grund af mangel på postreplikativ reparation forløber i mindst tre faser:
Den klassiske mutationsteori beskrevet ovenfor har givet mindst tre alternative grene. Dette er en modificeret traditionel teori, teorien om tidlig ustabilitet og teorien om aneuploidi.
Den første er en genoplivet idé af Lawrence A. Loeb fra University of Washington , udtrykt af ham tilbage i 1974. Ifølge genetikere sker der i en hvilken som helst celle i løbet af dens levetid en tilfældig mutation i gennemsnit i kun ét gen. Men ifølge Loeb, nogle gange af en eller anden grund (under påvirkning af kræftfremkaldende stoffer eller oxidanter , eller som et resultat af en krænkelse af DNA-replikations- og reparationssystemet), stiger hyppigheden af mutationer dramatisk. Han mener, at oprindelsen til carcinogenese er fremkomsten af et stort antal mutationer - fra 10.000 til 100.000 pr. celle. Han indrømmer dog, at det er meget svært at be- eller afkræfte dette. Således er nøglepunktet i den nye version af den traditionelle teori om carcinogenese fortsat fremkomsten af mutationer, der giver cellen fordele ved deling. Kromosomale omlejringer inden for rammerne af denne teori betragtes kun som et tilfældigt biprodukt af carcinogenese.
I 1997 opdagede Christoph Lingaur og Bert Vogelstein, at der er en masse celler med et ændret antal kromosomer i en ondartet tumor i endetarmen. De foreslog, at tidlig kromosomal ustabilitet forårsager forekomsten af mutationer i onkogener og tumorsuppressorgener. De foreslog en alternativ teori om carcinogenese, ifølge hvilken processen er baseret på genomets ustabilitet. Denne genetiske faktor kan sammen med trykket fra naturlig selektion føre til fremkomsten af en godartet tumor, som nogle gange forvandles til en ondartet, hvilket giver metastaser.
I 1999 skabte Peter Duesberg fra University of California i Berkeley en teori, hvorefter kræft udelukkende er resultatet af aneuploidi, og mutationer i specifikke gener ikke har noget med det at gøre. Udtrykket " aneuploidi " er blevet brugt til at beskrive ændringer, der resulterer i celler, der indeholder et antal kromosomer, der ikke er et multiplum af kernesættet, men for nylig er det blevet brugt i en bredere forstand. Nu forstås aneuploidi også som afkortning og forlængelse af kromosomer, bevægelse af deres store sektioner (translokation). De fleste aneuploide celler dør med det samme, men de få overlevende har ikke den samme dosis på tusindvis af gener som normale celler. Et velkoordineret team af enzymer , der sikrer DNA-syntese og dets integritet nedbrydes, brud opstår i den dobbelte helix, hvilket yderligere destabiliserer genomet. Jo højere grad af aneuploidi, jo mere ustabil er cellen, og jo mere sandsynligt er det, at der til sidst vil dukke en celle op, som kan vokse hvor som helst. I modsætning til de foregående tre teorier antyder den primordiale aneuploidihypotese, at en tumors oprindelse og vækst er mere relateret til fejl i fordelingen af kromosomer end til forekomsten af mutationer i dem.
I 1875 antog J. Cohnheim , at maligne tumorer udvikler sig fra embryonale celler, som var unødvendige i processen med embryonal udvikling.
I 1911 foreslog Rippert (V. Rippert), at det ændrede miljø tillader embryonale celler at flygte fra organismens kontrol over deres reproduktion.
I 1921 foreslog W. Rotter, at primitive kønsceller "sætter sig" i andre organer under udviklingen af organismen. Alle disse hypoteser om årsagerne til udviklingen af kræftsvulster er længe blevet glemt, og først for nylig begyndte de at være opmærksomme [Stem Cells Handbook/Redigeret af: S. Sell. Humana press Inc., Totowa, NJ. 2004].