Ugrás a tartalomhoz

Molekuláris sejtbiológia

Szeberényi József, Dialóg Campus Kiadó - Nordex Kft. (2014)

Dialóg Campus Kiadó - Nordex Kft.

Tumor szuppresszor gének és szerepük az emberi daganatképződésben

Tumor szuppresszor gének és szerepük az emberi daganatképződésben

Az Rb-gén klónozása (1986) óta mintegy három tucat humán tumor szuppresszor gént azonosítottak és ez a szám minden bizonnyal még nőni fog. Ebben a fejezetben legjelentősebb képviselőikkel foglalkozunk; fontosabb jellemzőiket az 56.1. táblázat foglalja össze.

56.1. táblázat - 56.1. táblázat: A legfontosabb tumor szuppresszor gének jellemzői

GénÖröklődő tumorSzomatikus mutációA géntermék funkciója
Rb retinoblastoma, osteosarcomakülönböző tumoroktranszkripció szabályozása
p53 multiplex tumorok (Li-Fraumeni szindróma)sokféle tumortranszkripciós faktor
p16 familiáris melanomatöbbféle tumorCdk-inhibitor
APC familiáris adenomatosus polyposiscolorectális tumoroksejtadhéziós és jelátviteli fehérje
WT1 Wilms-tumor (nephroblastoma)Sporadikus Wilms-tumortranszkripció és splicing szabályozása
NF1 von Recklinghausen-kór (neurofibromatosis)többféle tumorRas-GAP
BRCA1 familiáris emlőtumorovárium tumorsejtciklus szabályozása, DNS-reparáció
BRCA2 familiáris emlőtumortöbbféle tumorsejtciklus szabályozása, DNS-reparáció
PTEN gyakori emlő-, pajzsmirigy tumortöbbféle tumor (glioblastoma, prosztatarák, emlőrák, stb.)foszfatidilinozitol 3-foszfatáz
VHL Von Hippel-Lindau szindrómavesecarcinomaubikvitináló fehérje


Rb

Az Rb-gén terméke minden szövetben expresszálódó, létfontos magfehérje. (A mindkét Rb-génjüket elvesztett Rb–/– nullizigóta egerek életképtelenek.) Szokás a restrikciós pont (l. 18. fejezet) őrének is nevezni: aktivitásával megakadályozza, hogy a sejt átjusson ezen a kritikus szabályozási ponton és végigmenjen a sejtcikluson. Nyugalmi, G0-fázisú sejtekben az Rb-fehérje gyengén foszforilált; ebben a formájában erősen kötődik az E2F transzkripciós faktor család egyes tagjaihoz és inaktiválja azokat (56.2.B. ábra). Mitogén hatásra a Ras/ERK jelátviteli út közvetítésével ciklin/Cdk-komplexek aktiválódnak (l. 18. fejezet) és többek között az Rb-fehérjét is foszforilálják. A hiperfoszforilált Rb-proteinről felszabadul az E2F transzkripciós faktor és több olyan gént (ún. S-fázis géneket) aktivál, melynek terméke (pl. bizonyos ciklinek, DNS-polimeráz alegységek, c-Myc fehérje) szükséges a G1 → S átmenet indukciójához. Az Rb-funkció kiesése tehát érthető módon tumoros sejtburjánzáshoz vezet (pl. a retinoblastoma, osteosarcoma esetében) vagy más mutációkkal együtt járul hozzá sok más daganat kifejlődéséhez. Az Rb-fehérje inaktiválásán keresztül fejti ki transzformáló hatását több onkogén DNS-vírus (SV40-, polioma-, adenovírus, papillomavírusok) egyes onkoproteinjei is (l. 53. fejezet).

56.2. ábra - 56.2. ábra: A p53/Rb-út. A: A p53-fehérje hatása a sejtciklusra; B: Az Rb-fehérje hatásmechanizmusa

56.2. ábra: A p53/Rb-út. A: A p53-fehérje hatása a sejtciklusra; B: Az Rb-fehérje hatásmechanizmusa

p53

A p53-fehérje nevét molekulatömegéről kapta. 1979 óta ismert, jelentőségét azonban csak az 1990-es években ismerték fel. Ekkor derült ki ugyanis, hogy az emberi daganatok több mint fele mutáns p53-gént tartalmaz! A Knudson-mechanizmusnak megfelelően autoszomális domináns öröklődést mutató Li-Fraumeni-szindróma szerencsére nagyon ritka betegség; a különböző szervekben kifejlődő sokféle daganat jellemzi. A p53-fehérje klasszikus tumor szuppresszor fehérje: p53- daganatsejtekben expresszálva megszünteti azok tumorigenitását.

Az elmúlt években sok mindent kiderítettek a p53-fehérje biokémiájáról. Ubikviter expressziójú transzkripciós faktor, melynek szintje növekedési faktorral stimulált sejtekben nagyon alacsony. Ezért egy protoonkogén hatású fehérje, az Mdm2 felelős (56.3. ábra; nevét a mouse double minute kifejezésből kapta: egér sejtekben azonosították amplifikált génjét kettős parányok formájában [l. 55. fejezet]). A növekedési faktor jelátviteli utak az Mdm2 fehérjét indukálják és foszforilációval aktiválják is. Ez a fehérje egy p53-ubikvitináló enzim, hatására a p53-fehérje gyorsan lebomlik. Génjét ugyanakkor a p53 transzkripciós faktor is indukálni képes, így a két fehérje negatív feedback mechanizmussal szabályozza egymást.

A p53-fehérje mennyisége akkor nő meg a sejtben, ha azt a sejtszaporodást gátló stresszhatások érik. Ezek közül a legfontosabbnak a DNS károsodása látszik. A DNS-ben sugárzás, kémiai anyagok hatására létrejött sérüléseket speciális fehérjék ismerik fel (56.3. ábra), majd hatásukra megnő a p53-fehérje mennyisége, részben foszforiláció, részben fehérje-fehérje kölcsönhatások közvetítésével. A DNS-károsodás mértékétől függően a p53 két különböző utat nyithat meg a sejt számára a krízishelyzetből való „menekülésre”. Enyhe károsodás esetén leállítja a sejtciklust, elsősorban azáltal, hogy serkenti egy Cdk-inhibitor génjének átírását (56.2.A. ábra): csökken az Rb-fehérje foszforilációja és így az S-fázis gének működése is. A sejt mindaddig G0-fázisban marad, amíg a DNS-károsodást ki nem javítja; ebben segít, hogy a p53 a DNS-reparáció néhány génjét is indukálja (56.3. ábra). Ha a DNS-károsodás olyan súlyos, hogy nincs remény a kijavítására, a p53 – elsősorban pro-apoptotikus gének indukciójával – apoptózist idéz elő.

56.3. ábra - 56.3. ábra: A p53-fehérje szabályozása és effektor mechanizmusai

56.3. ábra: A p53-fehérje szabályozása és effektor mechanizmusai

A p53-fehérje mindkét hatása a genom integritásának megőrzését szolgálja. Ha ez a funkció elvész, a sejtben mutációk halmozódnak fel, genetikai instabilitás lép fel. A daganatok elleni sugárkezelés és kemoterápia célpontja általában a sejt DNS-e: normális p53-funkció esetén a kezelt sejtek vagy elpusztulnak, vagy osztódásuk gátlódik. A klinikai tapasztalatok szerint a p53+ tumorok általában jól reagálnak a kezelésre. Ha azonban a tumor progressziójával p53-gén mutáció jön létre, a daganatsejtek nemcsak rezisztenssé válnak a kezeléssel szemben, hanem éppen a terápiás próbálkozások hatására további mutációkat halmoznak fel és a daganat egyre agresszívebbé, malignusabbá válik.

Az Rb-fehérjéhez hasonlóan a p53-protein szerepet játszik a virális onkogenezisben is: DNS tumorvírusok egyes onkoproteinjei a p53-fehérje inaktiválásán keresztül fejtik ki transzformáló hatásukat.

Cdk-inhibitorok

Több fehérjét azonosítottak, melyek különböző ciklin/Cdk-komplexeket gátolva le tudják állítani a sejtciklust. Közülük a p16-fehérje bizonyítottan tumor szuppresszor hatású: génjének öröklődő mutációja familiáris melanomát okoz; gyakoriak a p16-mutációk sporadikus melanomában, a hasnyálmirigy, a vese, a tüdő daganataiban is.

APC

Az APC-gén (= adenomatosus polyposis coli) mutációjára heterozigóta egyedek vastagbelében több száz kisméretű, jóindulatú daganat, polip fejlődik; a daganatsejtek DNS-e a másik APC-gént is elvesztette (Knudson-mechanizmus). További genetikai léziók malignus sejtburjánzáshoz vezetnek (l. 57. fejezet); az APC-gén mutációja tehát colorectális daganatok fontos, korai eseménye. A gén terméke citoplazmatikus fehérje, mely az epiteliális sejtek adhézióját és jelátviteli folyamatait is szabályozza. Az APC-fehérje a Wnt jelátviteli út fontos alkotórésze (l. 47.5. ábra): hiányában a szolubilis β-katenin szintje megnő a sejtben, mely a sejtmagba transzlokálódva sejtosztódást serkentő gének indukciójában vesz részt.

WT1

A Wilms-tumor ritka gyermekkori vesedaganat. Örökletes formája kétoldali, a sporadikus tumor egyoldali, egygócú. A tumorsejtekben kimutatható a WT1-gén mindkét kópiájának deléciója. A gén terméke cinkujj-doménnel rendelkező transzkripciós és splicing faktor. Kizárólag az urogenitális rendszer sejtjeiben expresszálódik, nélkülözhetetlen a glomerulusok kifejlődésében.

NF1

A von Recklinghausen neurofibromatosis viszonylag gyakori, autoszomális domináns öröklődésű kórkép. Fő tünete a bőr alatti neurofibromák kialakulása testszerte; malignizálódva ezek neurofibrosarcomává alakulhatnak át. Az NF1-gén fehérjeterméke (neurofibromin) GTP-áz aktiváló protein: hiányában az érintett szövetekben a Ras-fehérje konstitutívan aktív állapotba kerül és folyamatosan serkenti a mitogén jelátvitelt közvetítő ERK-kaszkádot (l. 46. fejezet).

BRCA1 és BRCA2

Az emlőrák egyike a leggyakoribb rosszindulatú daganatoknak, így érthető, hogy patomechanizmusának tisztázására óriási erőfeszítések történnek. Az 1990-es évek közepén klónoztak két gént (BRCA1 és 2 az angol breast cancer kifejezésből), melyek csírasejt mutációja felelős az összes emlőtumor-esetek mintegy 10 százalékát kitevő familiáris emlőrák és petefészek daganat kialakulásáért. A gének nagyméretű fehérjéket kódolnak, pontos szerepük tisztázása jelenleg is folyik. A két fehérje nincs rokonságban egymással, de a legújabb kutatások szerint mindkettő szerepet játszhat a sejtciklus szabályozásában, illetve bizonyos DNS-károsodások, elsősorban a kettősláncú DNS-törések kijavításában. A BRCA1 és BRCA2 fehérjék nagyméretű, multiprotein DNS-reparációs komplexek alkotórészei, funkcióvesztésük strukturális kromoszóma-rendellenességeket eredményez, melyek hozzájárulnak a malignus folyamat kialakulásához. Ezen tulajdonságaik alapján egyesek nem is tumor szuppresszor fehérjéknek, hanem mutátor gének (l. alább) termékeinek tekintik őket.

PTEN

Ezt a tumor szuppresszor fehérjét mint a PI3K-út negatív szabályozóját fedezték fel (l. 46. fejezet). A PI3K enzimmel ellentétes reakciót katalizál: a 3. helyzetben foszforilált inozitolfoszfolipidekről (pl. PIP3) hasítja le ezt a foszfátcsoportot, leállítva a PKB enzim által közvetített túlélési jelátvitelt. A PTEN öröklött deléciója olyan kórképet eredményez, melyben megnő az emlő- és pajzsmirigyrák gyakorisága. Szomatikus PTEN-mutációkat illetve a gén promóterének hipermetilációját számos daganatban mutatták ki (56.1. táblázat).

VHL

A von Hippel-Lindau szindróma ritka öröklődő tumorszindróma: rosszindulatú vesedaganat, melyhez a központi idegrendszerben és a retinában kialakuló éreredetű daganatok (haemangioblastomák) társulhatnak. A génje által kódolt fehérje a sejt rendelkezésére álló oxigén szabályozó hatását közvetíti (56.4. ábra). Alacsony oxigénszint (hipoxia) esetén a HIF-1 transzkripciós faktor mennyisége megnő a sejtben. A HIF-1 célgénjei olyan fehérjéket kódolnak, melyek az oxigénhiányhoz való alkalmazkodást segítik: a VEGF növekedési faktor szekréciója angiogenezist, az eritropoietin illetve receptorának expressziója fokozott vörösvértest-képzést idéz elő, a glikolízis enzimei pedig oxigénhiányban is biztosítanak bizonyos mértékű ATP-termelést (56.4.A. ábra). Normoxiás állapotban ezekre a fehérjékre nincs szükség: a VHL-fehérje egy multiprotein komplex részeként ubikvitinálja a HIF-1 traszkripciós faktor egyik alegységét, az degradálódik és a célgének nem íródnak át (56.4.B. ábra). A VHL-gén inaktivációja esetén ezek a gének normális oxigénszintnél is aktívak, elősegítve a daganat vaszkularizációját.

56.4. ábra - 56.4. ábra: A VHL tumor szuppresszor fehérje hatásmechanizmusa A: hipoxiás állapot; B: normoxiás állapot

56.4. ábra: A VHL tumor szuppresszor fehérje hatásmechanizmusa A: hipoxiás állapot; B: normoxiás állapot