Mehanizmi neoplazije in Neoplastične celice PDF

MEHANIZMI NEOPLAZIJE Neva Črne-Finderle, Robert Zorec 1 Opredelitev sporočanja, na procese celičnega razmnoževanja, na popravlja- V...

MEHANIZMI NEOPLAZIJE Neva Črne-Finderle, Robert Zorec 1 Opredelitev sporočanja, na procese celičnega razmnoževanja, na popravlja- V zahodni civilizaciji je rak drugi najbolj pogosti vzrok smrti, pred- nja napak in na druge gene, ki vplivajo na stabilnost genoma. vsem pri starejši populaciji. Pogosto zamenjujemo izraza tumor Poznamo dve veliki skupini genov pomembni za neoplastično in rak. Tumor (neoplazma) je lokalizirana, nenormalno razrašča- transformacijo: joča se masa tkiva ali masa avtonomnih celic, ki nima fiziološke protoonkogene: nosijo zapise za beljakovine, ki izzovejo vloge za telo. Tumorji lahko nastanejo v praktično vseh tkivih in celično razmnoževanje organih v telesu. Nekateri tumorji imajo lastnost, da se iz mesta tumorje zavirajoče gene (antionkogene): nosijo zapise nastanka lahko premaknejo na drugo mesto v telesu: temu pravi- za beljakovine, ki prekinejo celično razmnoževanje. Zaradi mo zasevanje ali metastaziranje, kar pospeši nekontrolirano raz- mutacije teh genov pride do prevlade signalov za rast oz. rast tumorja. Ko se to dogodi, bolezen imenujemo rak. delitev celic nad signali za diferenciacijo in ustavitev rasti Cilj poglavja je seznaniti se z mehanizmi, ki pospešujejo nastanek celic ali celično odstranjevanje, kar povečuje verjetnost za neoplastične (rakave) celice. neoplastično transformacijo. Rak je kompleksen patološki proces, ki ima svoj izvor v spre- Vznik raka pri človeku pa ni odvisen samo od aktivacije proto- menjenem genomu. Na celični ravni gre za nebrzdano razmno- onkogenov in inaktivacije tumorje zavirajočih genov, ampak je ževanje celic zaradi okvarjenega nadzora celične delitve in okvare povezan tudi: odmiranja celic. Klinično se kaže v več kot sto boleznih z različnimi z mutacijami v genih, ki sodelujejo pri popravljanju nele- lokalnimi in sistemskimi znamenji, ki imajo skupen začetek – spre- talnih poškodb v molekuli DNA (ljudje s podedovanimi membo v genih somatskih celic in skupen konec – smrt v primeru, napakami v genih, ki nosijo zapise za beljakovine, vključene v da se bolezen ne zdravi ali pa je zdravljenje neuspešno. popravilo DNA, so izpostavljeni velikemu tveganju za razvoj rakave bolezni – npr. bolniki z avtosomsko recesivno dedno 2 Prepreke za nastanek neoplastične celice in geni, ki se v boleznijo Xeroderma pigmentosum imajo povečano tveganje neoplastičnem procesu pogosto transformirajo za razvoj kožnega raka po izpostavljanju žarkom UV. Svetloba Nastanek raka je proces, med katerim poteka selekcija tistih neo- UV povzroči navzkrižno povezovanje pirimidinskih ostankov, plastičnih celic, ki so najbolj avtonomne, najbolje prilagojene kar prepreči normalno podvajanje DNA. Pri zdravih ljudeh se svojemu mikrookolju in ki se najlaže izognejo številnim oviram ta poškodba DNA popravi s pomočjo encimov – endonukle- v organizmu. Celice morajo na svoji poti do malignosti in nes- az, ki izrezujejo poškodovane nukleotide. Pri tem je udele- mrtnosti preiti številne prepreke: ženih veliko genov (približno 20) in podedovana izguba ali genomsko: v celici se kopičijo številne genetske spremem- mutacija kateregakoli od njih lahko povzroči bolezen Xero- be, ki lahko vodijo v spremenjeno izražanje protoonkogenov derma pigmentosum). in tumorje zavirajočih genov (ti geni v zdravem organizmu Nadalje se proces neoplazije lahko pospeši: sodelujejo pri uravnavanju rasti, diferenciaciji in odmiranju z mutacijami v genih, ki uravnavajo apoptozo (npr. bcl-2, celic) ter genov, ki sodelu­jejo pri popravljanju napak v mole- bax) in kuli DNA. Poleg tega lahko pride do reaktivacije encima telo- s ponovno aktivacijo encima telomeraze (glej poglavje meraze, ki preprečuje krajšanje telomer (glej poglavje Meha- Mehanizmi staranja). nizmi staranja). imunsko: imunski sistem lahko transformirane celice prepoz- Izraz rak izhaja verjetno iz analogije iz življenja členonožcev – na kot tuje in jih odstrani. Transformirane celice pa lahko tvorijo rakov, kar zasledimo v zgodovini medicine zelo pogosto. Hipo- različne antigene, ki jih imunski sistem ne prepozna ali pa zač- kratovo šolo je opazovanje razraščujočega malignega tumorja nejo izražati molekule, ki uničujejo celice imunskega sistema spominjalo na premikanje rakovice. Galen pojasnjuje, da se mali- (glej poglavje Neoplastične celice, invazivnost in matastazira- gni tumorji razširjajo tako kot se iztezajo noge rakovice na vse nje). strani telesa, zato se pri tej bolezni vene (limfnih žil še ni poznal) energijsko: z rastjo in večanjem neoplazme prihaja v njenem raztegujejo in oblikujejo podobno. Paulus je k temu opisu dodal, središču do motenj v oskrbi rakavih celic s kisikom in hranili, da se rak imenuje tudi zato, ker se pritrdi na vsak del telesa, do zato te začnejo propadati. To prepreko rakave celice prema- katerega seže, kar spominja na rakovico. Opis Celsusa se konča gajo s tem, da izzovejo angiogenezo (glej poglavje Neopla- z melanholično ugotovitvijo, da je le malo uspehov pričakovati stične celice, invazivnost in metastaziranje). ob uporabi različnih zdravil, korozivnih sredstev, razbeljenega železa ali skalpela. Arabska kultura je prevzela znanje o malignih 3 Skupine genov, ki pospešijo neoplastično transformacijo tumorjih od Grkov, kakor njihovi učitelji so uporabljali operacije Genetske poškodbe somatskih celic prizadenejo lahko več sku- pri zdravljenju tumorja dojke in okončin in ugotovili, da so ods- pin genov, ki med drugim vplivajo na procese medceličnega tranitve uspešne v zgodnjem stadiju. 53 060 2019 Farmacija.indd 53 20.9.2019 10:48:20  M e ha nizmi neo p la zij e Iz pestrih oblik nevretenčarjev, ki so nastale v evoluciji, je nastalo evoluciji prevzel iz celičnega genoma gostitelja, v katerem se je tudi nekaj vrst, ki so v odraslem stanju v obliki nediferenciranega razmnoževal. Celične onkogene (c-onc) so zaradi njihove prvobit- razraščajočega se tkiva, ki je po izgledu podobno neoplastične- nosti poimenovali protoonkogeni. Ker pa so bili sprva odkriti kot mu tkivu, ki se razrašča v telesu drugega osebka. Posebna sku- virusni geni, so večino protoonkogenov poimenovali po njihovih pina rakov vitičnjakov, ki večino časa preživijo prirasli na podla- virusnih homologih. Njihovo ime je sestavljeno iz treh malih črk go, je izgubila apnenčast oklep in se je vrasla v telo drugih živali v poševnem tisku npr. src (po tumorju, ki ga povzročijo /sarkom, (npr. rib) s koreninastimi izrastki. Mednje sodi tudi skupina rakov po virusu, v katerem so ga našli /Rousov sarkomski virus/ in po vitičnjakov (vrečičarji), ki v odraslem stanju ne kažejo nikakršnih vrsti živali, pri kateri se tumor pojavi /ang. chicken/). Ugotovili so znakov ne rakov ne členonožcev. Sem sodi vrsta Sacculina carci- tudi, da se protoonkogeni med evolucijo niso zelo spreminjali. Ta ni, ki parazitira na rakovicah v obliki zaseva nediferenciranih celic njihova konzervativnost kaže, da imajo ti geni pomembno vlogo v obliki vrečic. Najprej se vrečica celic pojavi na črevesju, potem pri regulaciji celične delitve, pri diferenciaciji in odmiranju celic. se razrast nadaljuje v mišičje in živčevje, dokler se zasevek celic popolnoma ne razraste po vsem telesu, predre površino in tvori Protoonkogeni nosijo zapise za beljakovine, ki sodelujejo vrečico, iz katere se sprostijo ličinke navpliji v okolico. Le ličinka pri celičnem razmnoževanju. Če mutacije teh genov povzroči- je znak, da gre pri transformiranem organizmu za živalsko skupi- jo njihovo aktivacijo, se protoonkogeni spremenijo v onkogene. no, ki sodi med rake z neoplastično transformacijo. Iz te analogije Onkogeni nosijo zapise za beljakovine, imenovane onkoproteini nekateri sklepajo, da predstavlja rakava bolezen evolucijo nove- (označujemo jih s tremi črkami v pokončnem tisku, z veliko prvo ga tkiva. črko – npr. Src), katerih nastajanje v rakavih celicah ni odvisno od rastnih dejavnikov in drugih zunanjih dražljajev. Te beljakovine 3.1 Onkogeni imajo dodatne ali pa povečane dejavnosti, kar povzroči nenad- Ena od zmag sodobne molekulske biologije je bilo odkritje proto- zorovano celično delitev in pospešuje neoplastično preobrazbo onkogenov in njihovega potenciala, da se v določenih razmerah celic. Onkogeni delujejo praviloma dominantno, kar pomeni, da lahko spremenijo v onkogene, ki lahko povzročijo neoplastično je čezmerna aktivnost enega samega alela dovolj, da se izrazi transformacijo. pospešena delitev celic, čemur lahko sledi klonalna ekspanzija v celično linijo. Do danes so odkrili že okoli sto onkogenov. Glede Onkogene so najprej našli v genomih akutno transformirajo- na njihov pomen pri kaskadnem prevajanju signalov za celično čih retrovirusov (virusov z RNA), ki lahko povzročijo nastanek delitev jih razdelimo v 5 razredov: rastne dejavnike, receptorje za malignih neoplazem v poskusnih živalih ali maligno transformi- rastne dejavnike, beljakovine, ki prenašajo signale, transkripcij- rajo celice v kulturi. Ti virusi imajo v svojem genomu nukleotidne ske dejavnike in regulatorje celičnega ciklusa (razpredelnica 1). sekvence, ki jih v netransformirajočih retrovirusih niso našli. Te posebne odseke retrovirusov so poimenovali transformirajoči 3.2 Produkti onkogenov geni oz. virusni onkogeni (v-onc). Nato so odkrili, da imajo onko- 3.2.1 Rastni dejavniki gene, enake ali podobne virusnim, vse celice v različnih vrstah V rakavih celicah pride do deregulacije celičnih genov (npr. živali in ljudi. Zato se je postavilo vprašanje o izvoru virusnih oz. sis), ki nosijo zapise za rastne dejavnike (ang. growth fac- celičnih onkogenov. Ali retrovirusni onkogeni izvirajo iz celičnih tors-GFs). Ekspresija teh genov je ponavadi strogo nadzorovana genov ali pa so onkogene prenesli v celice retrovirusi? S poskusi in omejena na specifične celične tipe. Onkogen lahko neposre- transfekcije in z molekularnim kloniranjem so ugotovili, da viru- dno kodira rastni dejavnik. Npr. onkogen sis nadzoruje sintezo sni onkogeni niso pravi virusni geni, ampak jih je virus nekoč v onkoproteina Sis, ki je po zgradbi in delovanju podoben rastne- Razpredelnica 1. Nekateri predstavniki posameznih vrst onkogenov in beljakovin, ki jih kodirajo. ONKOGEN ONKOPROTEIN RAZDELITEV OZNAKA MESTO DELOVANJA FUNKCIJA rastni dejavniki sis receptor na plazmalemi rastni dejavnik trombocitov (PDGF) receptorji rastnih dejavnikov erb B-1 plazmalema receptor za epidermalni rastni faktor (EGF) ras plazmalema/citoplazma monomerna GTP-aza src notranja plast plazmaleme nereceptorska tirozin-kinaza beljakovine, ki prenašajo signale abl citoplazma nereceptorska tirozin-kinaza raf-1 citoplazma serin/treonin-kinaza jedrni regulatorji transkripcije myc jedro beljakovina, ki se veže na DNA (aktivator transkripcije) regulatorji celičnega ciklusa cdk jedro od ciklinov odvisna kinaza 54 060 2019 Farmacija.indd 54 20.9.2019 10:48:20  M e h a ni z mi neoplaz i j e mu dejavniku iz trombocitov (ang. platelet-derived growth factor mal growth factor – EGF), je tirozin-kinaza stalno (konstitutiv- -PDGF), ki je spodbujevalec delitve vezivnih celic. Po izločanju iz no) aktivna, tudi brez vezave specifičnega rastnega dejavni- celice se Sis veže na površinske receptorje za PDGF in povzroči ka. Tako mutirane receptorske beljakovine stalno prenašajo v celi- nebrzdano delitev celic. Pogosto sam gen za rastni dejavnik ni co signale za njeno delitev. V različnih neoplazmah so našli pove- spremenjen, toda produkti drugih onkogenov, kot npr. signal- čano število teh receptorjev ali pa strukturne spremembe v njih. ne beljakovine ras (glej spodaj), povzročijo povečano ekspresijo genov za rastne dejavnike. Celica začne izločati večje količine teh 3.2.3 Beljakovine, ki prenašajo sporočila za celično delitev dejavnikov – npr. transformirajoči rastni dejavnik α (TGF-α). TGF-α Gre za heterogeno skupino beljakovin. Nahajajo se na notranji je podoben epidermalnemu rastnemu dejavniku (ang. epidermis strani plazmaleme (npr. Ras, Src, Abl), kjer sprejemajo sporočila growth factor – EGF) in izzove celično delitev z vezavo na receptor za delitev iz zunanjosti celice prek aktivacije receptorjev za rast- za EGF. Gre za avtokrino regulacijo, s katero delitev celice postane ne dejavnike in jih nato prek znotrajceličnih signalnih beljakovin neodvisna od zunanjih dražljajev. prenašajo do celičnega jedra. 3.2.2 Receptorji za rastne dejavnike Prvi odkriti in najbolje proučeni onkogen, ki so ga povezali z Mnogi receptorji za rastne dejavnike so transmembranske bel- nastankom raka, je onkogen ras. Protookogeni skupine ras nosi- jakovine (npr. tirozin-kinaze). Zunanji del molekule veže rastni jo zapise za beljakovine v celični membrani, ki vežejo gvaninske dejavnik, del molekule v citoplazmi deluje kot tirozin-kinaza. nukleotide (GDP, GTP) in imajo GTP-azno aktivnost (monomerna V normalnem receptorju se tirozin-kinazna domena prehodno GTP-aza). Aktivnost le-te se zelo poveča z vezavo GTP-azo akti- aktivira po vezavi specifičnega rastnega dejavnika, sledi fosfori- virajočega proteina (GAP). Monomerne GTP-aze so podobne lacija tirozinskih ostankov različnih beljakovin, ki so del mitozne podenoti alfa heterotrimernih-GTP-az. Njihovo normalno delova- kaskade. Pri mutirani obliki teh receptorjev, ki jih kodira npr. nje kaže slika 1. Mutacija protoonkogena ras povzroči nastanek onkogen erb-B1 (njegov onkoprotein je beljakovinska kinaza, spremenjene beljakovine Ras, ki izgubi GTP-azno aktivnost. Belja- podobna receptorju za epidermalni rastni dejavnik (ang. epider- kovina Ras sicer lahko veže GAP, vendar se s tem njena GTP-azna Slika 1. Shematski prikaz delovanja beljakovine Ras (monomerna GTP-aza). V neaktivni obliki Ras veže GDP. Po vezavi rastnega dejavnika na njegov receptor pride do izmenjave GDP za GTP in aktivacije Ras. Aktivni Ras spodbudi delovanje cele vrste regulatorjev celične delitve s tem, da se poveže s citoplazemsko beljakovino Raf-1 (ta deluje kot serin/treonin-kinaza) in aktivira mitogeno pot. Po oddaji mitogenega sporočila se aktivna beljakovina Ras veže z GTP-azo aktivirajočim proteinom (GAP), katerega zapis nosi tumorje zavirajoči gen za nevrofibromatozo-1 (NF-1 – glej naprej). Pri tem poteče hidroliza GTP do GDP in Ras se hitro vrne v neaktivno stanje. Prirejeno po: Cotran RS in sod.; 1999. 55 060 2019 Farmacija.indd 55 20.9.2019 10:48:22  M e ha nizmi neo p la zij e Slika 2. Vloga ciklinov in od ciklinov odvisnih kinaz (CDK) v uravnavanju celičnega ciklusa. Ko celica sprejme rastne signale, je v zgodnji fazi celičnega ciklusa (G1) spodbujena sinteza ciklinov (npr. ciklina D), ki aktivirajo molekule CDK. To omogoči celici prehod iz faze G1 v fazo S celičnega ciklusa. Pri tem prehodu so zelo pomembni kompleksi ciklin D/CDK, ker vodijo v fosforiliranje beljakovine Rb (glej sliko 4) in celica se začne deliti. Ko celica preide fazo S, se ciklin D razgradi in tako vrne CDK v neaktivno stanje in s tem omogoči prehod celice v mirujoči fazo G0. Prirejeno po: Cotran RS in sod.; 1999. aktivnost ne poveča. Tako je beljakovina "ujeta" v konstitutivno 2). Mutacije nekaterih regulatorjev celičnega ciklusa povzročijo delujoče stanje, ki povzroča stalno aktivacijo signalnih poti za čezmerno proliferacijo celic in s tem povečajo verjetnost neopla- mitozo in s tem se poveča verjetnost za patološko nenadzorova- stične transformacije. no delitev celice. Onkogena src in abl kodirata tirozin-kinazi, ki se sicer vežeta na notranjo stran citoplazemske membrane, vendar nista del družine receptorjev za rastne dejavnike. Onkogen abl najdemo pri večini bolnikov s kronično mieloično levkemijo in pri nekaterih bolnikih z akutno limfoblastno levkemijo. Nastane z recipročno transloka- cijo genomskih odsekov med kromosomoma 9 in 22 (glej naprej). 3.2.4 Transkripcijski dejavniki Protoonkogeni kot so npr. myc, myb, jun, fos, kodirajo jedr- ne beljakovine, ki uravnavajo izražanje različnih celičnih genov (sodelujejo pri podvajanju in prepisovanju DNA). Onkogena razli- čica teh genov pa je bolj aktivna kot normalni gen, se stalno izra- ža in zato sodeluje v reprogramiranju transkripcijske vrste genov v celici in prek njihovih beljakovinskih produktov spodbuja nep- restano delitev rakavih celic. 3.2.5 Regulatorji celičnega ciklusa Končni učinek rastnih dražljajev je prehod nadzorne točke v celičnem ciklusu. Napredovanje celic skozi različne faze celič- nega ciklusa vodijo ciklini (D, E, A), katerih koncentracija se v Slika 3. Kromosomska translokacija in nastanek kromosoma Phil­ fazah celičnega ciklusa spreminja in od ciklinov odvisne kina- adelphia (na sliki desno) pri kronični mieloični levkemiji. Kromo- ze (ang. cyclin-dependent kinase – CDK) (CDK4, CDK6, CDK2, som 9 se prelomi v bližini gena c-abl in kaže, da je prav premestitev tega CDK1) ter njihovih inhibitorjev (npr. p16, p21). Spreminjanje onkogena na lokus bcr kromosoma 22 glavni vzrok za maligno tran- koncentracije ciklinov in inhibitorjev aktivacije od ciklinov odvi- sformacijo. Nastane hibridni gen c-abl-bcr, ki povzroči sintezo fuzijske snih kinaz povzroča prehode med fazami celičnega ciklusa (G1, beljakovine Abl/Bcr, ki deluje kot močna, trajno dejavna beljakovinska S, G2, M). Ciklini in inhibitorji CDK delujejo antagonistično (slika kinaza. Prirejeno po: Cotran RS in sod.; 1999. 56 060 2019 Farmacija.indd 56 20.9.2019 10:48:23  M e h a ni z mi neoplaz i j e 3.3 Mehanizmi aktivacije onkogenov ževanja in da pride do razvoja bolezni. En normalni alel gena Tako kot večina genov, so tudi protoonkogeni sestavljeni iz namreč še preprečuje in zavira proces neoplazije. Najpogos­ regulatornega in strukturnega dela. Regulatorni del uravna- tejše mutacije so velike delecije in manjše mutacije, ki povzročijo va ekspresijo gena kot odgovor na različne razvojne in fiziološke prezgodnje končanje translacije in tvorbo skrajšanega nefunkci- dražljaje, strukturni del kodira zaporedje aminokislin (AK) za raz- onalnega proteina. Zaradi te lastnosti so take gene poimenovali lične beljakovine. Sprememba v enem ali drugem delu protoon- tumorje zavirajoči geni (razpredelnica 2). Do sedaj je odkritih pri- kogena ima lahko za posledico nastanek aktivnega onkogena. bližno 30 tumorje zavirajočih genov in vse njihove mutacije pove- zane z družinskimi rakavimi sindromi pri ljudeh. Ker se izguba Do sprememb v strukturnem delu pride zaradi: ali mutacija antionkogena pojavlja pogosteje kot aktivacija točkovnih mutacij (najpogosteje aktivirajo onkogen ras) onkogena, sklepajo, da imajo pri neoplastični transformaciji delecij in inverzij večjih delov gena. antionkogeni pomembnejšo vlogo kot protoonkogeni. Do sprememb v regulatornem delu pride zaradi: 3.5 Produkti antionkogenov kromosomskih translokacij (npr. pri bolnikih s kronično 3.5.1 Molekule na celični površini mieloično levkemijo so našli kromosom Philadelphia, ki nas- Te molekule lahko delujejo kot receptorji za zaviralne rastne tane z recipročno translokacijo dela kromosoma 9 na pretr- dejavnike (npr. TGF-β – transformirajoči rastni faktor β). Vezava gan del kromosoma 22) (slika 3); TGF-β na receptor povzroči transkripcijo genov, katerih produkti lokaliziranih podvojitev DNA na mestu, kjer je protoonko- delujejo kot inhibitorji različnih CDK (npr. p16) in blokirajo celični gen (rezultat tega je tudi 100 ali več kopij protoonkogena v ciklus z inhibicijo kompleksov ciklin/CDK. Pri izgubi teh receptor- določenem delu kromosoma; podvojeni segmenti DNA lahko jev inhibicije ni več in celični ciklus se lahko stalno odvija. Lahko obstajajo kot neodvisne strukture, podobne kromosomom; pa delujejo kot beljakovine, ki nadzorujejo celično adhezijo podvajanje močno zveča raven beljakovin, kodiranih s pod- (npr. kadherin-E je glikoprotein, ki zleplja epitelijske celice med vojenimi geni); seboj). Izguba kadherina-E povzroči razdružitev celic in s tem nji- infekcije z onkogenim virusom, ko se virusni onkogen vgra- hovo lažjo invazijo ter metastaziranje. di v kromosom gostitelja; delecije tumorje zavirajočega gena, ki normalno prepreču- 3.5.2 Beljakovine, ki zavirajo prenos signalov rastnih dejavnikov v celici je aktivacijo protoonkogena. V to skupino spadajo npr. produkti antionkogenov NF-1 in APC. Gen NF-1 nosi zapis za nevrofibromin-1, ki sodi v družino 3.4 Antionkogeni (tumorje zavirajoči geni) GTP-azo aktivirajočih proteinov (GAP). Ta se veže na beljakovi- Antionkogeni nosijo zapise za raznoliko skupino beljakovin, ki po no Ras in spodbuja prehod aktivne v neaktivno obliko. Z mutacijo številnih mehanizmih zavirajo celično razmnoževanje. Posredno oz. izgubo antionkogena NF-1 je beljakovina Ras ujeta v aktivno ali neposredno nadzirajo delovanje protoonkogenov in tako ščiti- stanje in stalno prevaja signale za delitev celice, kar lahko povzro- jo organizem pred nebrzdanim razmnoževanjem celic. Izražata se či dedno nevrofibromatozo tip 1, s proliferacijo nevritov, fibrobla- oba alela antionkogena, kar pomeni, da morata biti tudi mutirana stov in Schwannovih celic. oba alela, da izgubita svojo vlogo v nadziranju celičnega razmno- Razpredelnica 2. Nekateri antionkogeni, vpleteni v neoplastični proces pri človeku. Prirejeno po: Cotran RS in sod.; 1999. LOKACIJA PRODUKTA ANTIONKOGENA ANTIONKOGEN FUNKCIJA PRODUKTA ANTIONKOGENA (PROTEINA) V CELICI gen za receptor za TGF-β inhibicija celičnega razmnoževanja celična površina gen za kadherin E celična adhezija gen DCC celična adhezija (ang. Deleted in Colorectal Carcinoma) gen NF-1 aktivator GTP-azne aktivnosti monomerne notranji sloj plazmaleme (gen za nevrofibromin-1) GTP-aze Ras, zavira prenos signala gen APC uravnavanje signalov za celično razmnoževanje citosol (adenomatous polyposis coli) predvsem prek inaktivacije proteina katenin-β uravnavanje celičnega ciklusa in apoptoze ob gen p53 poškodbi DNA gen Rb uravnavanje celičnega ciklusa jedro (retinoblastom) gen za inhibitor CDK (p16) inhibitor od ciklinov odvisne kinaze (CDK) gen BRCA-1, gen BRCA-2 popravljanje poškodb 57 060 2019 Farmacija.indd 57 20.9.2019 10:48:23  M e ha nizmi neo p la zij e Gen APC (adenomatozna polipoza kolona /coli/) nosi zapis za njihove sprostitve. S tem gen Rb izgubi svojo nadzorovalno vlogo beljakovino, ki sodeluje pri kontaktni inhibiciji celic (glej poglavje v celičnem ciklusu, kar sproži čezmerno delitev celic in spodbu- Neoplastične celice, invazivnost in metastaziranje). Nahaja se v ja maligno transformacijo (slika 4). Ocenjujejo, da približno 40 % citoplazmi, kjer se med drugim veže tudi na katenin-β. Katenin-β človeških tumorjev nima dejavnega gena Rb. je beljakovina, ki v jedru lahko sproži prepisovanje genov za rast. Naloga APC je degradacija katenina-β in s tem ustavitev celične- Drugi, zelo pomemben tumorje zavirajoči gen, ki celice varuje ga ciklusa. pred maligno transformacijo, je gen p53. Njegov produkt se lah- ko veže na različne gene, ki so npr. vključeni v razraščanje celic ali 3.5.3 Beljakovine, ki uravnavajo transkripcijo molekule DNA v jedru in celični imajo vlogo pri nadzoru diferenciacije celic. Mogoče lahko p53 ciklus zaradi vezave teh genov in njihove kasnejše negativne regulacije Sem spadajo produkti genov Rb in p53. Gen Rb (retinobla- ustavi sintezo DNA. Najpomembnejši pa je odgovor p53 na poš- stom) je prvi izolirani in raziskani antionkogen. Produkt gena Rb kodbe DNA. Poškodbe DNA (npr. zaradi sevanja, kemičnih dejav- je jedrni fosfoprotein (pRb), ki neposredno sodeluje pri nadzoru nikov) povečajo izražanje proteina p53. Ta sproži prepisovanje celičnega ciklusa. Uravnava dejavnost transkripcijskih dejavni- beljakovine p21, ki zadrži celico v fazi G1 celičnega ciklusa. Celični kov, kot je E2F. popravljalni encimi, katerih prepisovanje prav tako sproži p53, imajo tako dovolj časa, da popravijo okvarjene odseke DNA. Če Beljakovino pRb najdemo skoraj v vseh celicah telesa, kjer obsta- pa je okvara DNA prevelika, p53 sproži apoptotično smrt celice ja v aktivni – nefosforilirani in neaktivni – fosforilirani obliki. Nje- prek aktivacije gena bax. Apoptotična smrt je v tem primeru obli- na mutacija ali delecija povzroči retinoblastom – redko obliko ka reparativnega mehanizma. Gen p53 ima na ta način zaščitno očesnega raka pri otrocih ter kasneje v življenju osteosarkom. V vlogo, zato so ga poimenovali "varuh genoma". Pri homozigotni mirujočih fazah celičnega ciklusa (faza G0 ali zgodnja faza G1) je izgubi gena p53 ostaja DNA poškodovana in tako pride do mno- nefosforilirana aktivna beljakovina Rb povezana s transkripcij- ženja genetsko poškodovanih celic. Čeprav ena sama mutacija skim faktorjem E2F in mu tako preprečuje delovanje – prepisova- ni dovolj za maligno preobrazbo celice, pomeni izguba gena p53 nje genov z zapisi za encime, ki omogočajo sintezo in podvajanje predispozicijo za dodatne mutacije, ki vodijo v pospešeno malig- DNA. Celični ciklus je tako zaustavljen. Ko celice v fazi G1 spodbu- no transformacijo celice. jajo rastni dejavniki, se raven ciklinov D in E poveča. Ti tvorijo akti- vne komplekse s CDK, kar povzroči fosforilacijo pRb v pozni fazi 4 Vloga genov, ki uravnavajo apoptozo, pri neoplastični G1. Hiperfosforilirana oblika pRb sprosti transkripcijski faktor E2F, transformaciji ki sproži sintezo DNA in delitev celice. Takoj po mitozi ali že med Poleg genov, ki uravnavajo celično razmnoževanje, na vznik neo- njo fosfataza vrne pRb v aktivno nefosforilirano obliko in s tem plastičnih celic vplivajo tudi mutacije genov, ki uravnavajo apop- prekine celično delitev. Kadar v celici ni gena Rb oz. če je okvarjen tozo. Primer takega gena je gen bcl-2, ki v normalnih razmerah v predelih vezavnih mest za transkripcijske dejavnike, pride do inhibira apoptozo. Pri večini (85 %) limfomov celic B pride do pre- Slika 4. Vloga pRb v uravnavanju celičnega ciklusa. Nefosforiliran pRb, vezan na E2F, preprečuje napredovanje celic iz faze G1 v fazo S celičnega ciklusa. Ko kompleksi ciklin D/CDK4,6 in ciklin E/CDK2 fosforilirajo pRb, se transkripcijski faktor E2F sprosti in aktivira prepisovanje genov za prehod v fazo S. Inhibitorji CDK (npr. p16) inaktivirajo komplekse ciklin/CDK in tako prekinejo fosforilacijo pRb. Mutacija vsaj enega od štirih ključnih regu- latorjev celičnega ciklusa (geni za Rb, ciklin D, CDK 4,6 ali p16) lahko povzroči nebrzdano razmnoževanje celic in njihovo maligno transformacijo. 58 060 2019 Farmacija.indd 58 20.9.2019 10:48:24  M e h a ni z mi neoplaz i j e črevesni sluznici, ti napredujejo v adenomatozne polipe z agre- sivno rastjo, ki se na koncu razvijejo v karcinom (slika 6). Pri tem se postavlja vprašanje ali je zaporedje mutacij pomem- bno? Danes je odgovor v nasprotju s prejšnjim, ki je predpostav- ljal, da ni toliko pomembno zaporedje mutacij, kot njihov celotni seštevek. Pred kratkim so namreč predstavili koncept "genov vratarjev". Inaktivacija teh genov (to so npr. tumorje zavirajoči geni APC, NF-1, Rb) naj bi bila potrebna za prestop genetskega praga za rakavi proces v danem tkivu. Tako naj bi mutacija gena Rb povzročila retinoblastom, mutacija NF-1 švanom in mutacija APC karcinom črevesja. Tudi če se v celicah določenega tkiva že prej pojavijo različne mutacije genov, pri tem pa gen vratar ni spremenjen, morfološko zaznavne spremembe morda nikoli ne bodo razvile klinične slike rakave bolezni. V nasprotju z "geni vra- tarji" pa so geni, ki so jih poimenovali "geni skrbniki" ali "varuhi genoma", ker vplivajo na stabilnost genoma. V to skupino spa- dajo geni, ki sodelujejo pri popravljanju poškodb DNA (npr. anti- onkogena BRCA-1 in BRCA-2, njuna mutacija povzroči npr. karci- Slika 5. Shema mehanizma neoplastične transformacije. komerne ekspresije proteina Bcl-2 zaradi translokacije tega gena v okolico kromosoma, kjer so kodirani geni za težko verigo pro- titeles Ig (npr. pri Burkittovem limfomu). Zakaj povzroča preko- merna ekspresija proteina Bcl-2 neoplazijo, ni znano. Domnevajo, da protein Bcl-2 povečuje celično preživetje tudi, kadar so v celici mutirani geni. Če pri transgenski miši povzročimo prekomerno ekspresijo gena bcl-2, povzročimo razmnoževanje limfocitov B, čez čas pa se razvije agresivna oblika monoklonskega limfoma celic B. Protein Bcl-2 najdemo v jedrni membrani, v notranji mito- hondrijski membrani in v endoplazemskem retikulumu. Mehani- zem zaviranja apoptoze s proteinom Bcl-2 ni znan. Domnevajo, da Bcl-2 aktivira reparativne mehanizme, ki zavirajo delovanje reaktivnih prostih radikalov. 5 Neoplazija je večstopenjski proces Epidemiološka, eksperimentalna in molekularna proučevanja kažejo, da je neoplastična transformacija večstopenjski proces (slika 5). Da nastane maligni tumor, je potrebnih več dogodkov, ki spremenijo genom. Verjetnost, da se te večkratne genetske spremembe tudi res zgodijo, narašča s starostjo, odvisna pa je tudi od dednih dejavnikov, delovanja zunanjih kancerogenov in spola. Sklepajo, da se maligni proces začne z aktivacijo enega Slika 6. Molekularna patogeneza kolorektalnega karcinoma. Da se onkogena, za napredovanje tumorja pa se morajo aktivirati razvije karcinom, je potrebnih vsaj šest sprememb genoma. Prva spre- še drugi. Npr. onkogen ras izzove celico, da začne izločati lastne memba, ki izzove pretirano proliferacijo epitelija (hiperplazijo), je deleci- rastne dejavnike in včasih hormone (glej tudi poglavje Neopla- ja antionkogena APC (adenomatozna polipoza kolona /coli/). Nastajajo stične celice, invazivnost in metastaziranje), omogoča razmno- benigni, zgodnji adenomi (do 1 cm v premeru), v katerih poteka hipome- ževanje celic brez prilepljanja na podlago in vpliva na njihovo tilacija DNA, ki izzove ekspresijo različnih genov. Tako pride do aktivacije morfologijo. Onkogen myc pa naredi celico "nesmrtno" in bolj protoonkogena ras in nastanka intermediarnih adenomov, ki so v pre- občutljivo za rastne dejavnike. Skratka, vsak od teh onkogenov meru večji od 1 cm, vendar v njih še ne najdemo rakavih celic. Po izgubi je odgovoren za določeno lastnost rakavih celic in pri izgubi dveh tumorje zavirajočega gena DCC (ang. deleted in colorectal carcinoma ali več antionkogenov se pokaže popoln neoplastični fenotip. – ta nosi zapis za beljakovino, ki na površini celice sodeluje pri kontaktni Napredovanju tumorja najlaže sledimo pri karcinomu črevesja inhibiciji razraščanja celic) nastanejo pozni adenomi, v katerih že najde- npr. pri družinski adenomatozni polipozi kolona, ki se deduje mo otočke rakavih celic. Po izgubi p53 se razvije karcinom. Za metasta- avtosomsko dominantno: najprej nastajajo displastični predeli v ziranje pa so potrebne še dodatne genske spremembe. 59 060 2019 Farmacija.indd 59 20.9.2019 10:48:24  M e ha nizmi neo p la zij e nom dojke in ovarijev, in gen p53). Inaktivacija teh genov poveča podedujemo že okvarjena od svojih staršev, je toliko večja verjet- možnost nastanka mutacij v vseh genih, vključno z "geni vratarji". nost, da se bodo v življenju pojavile mutacije še v preostalih treh genih in bomo zboleli za rakom, kot pa če smo imeli ob rojstvu 6 Kancerogeni dejavniki vseh pet genov neokvarjenih in bi se torej morale pojaviti muta- Vzroki za maligno transformacijo celice so lahko: cije na novo v vseh petih. Primer podedovanega sindroma raka notranji: spol, starost, dedni dejavniki je dedni retinoblastom. Pri družinski obliki bolezni je v tumor- zunanji: biološki (virusi z DNA in RNA), kemični in fizikalni je zavirajočem genu Rb že navzoča ena podedovana mutacija v dejavniki. vseh celicah, tako da mora nastati le še ena mutacija na drugem alelu istega gena v eni sami celici, da se proces nastanka tumorja 6.1 Notranji dejavniki začne. Pri sporadični (nedružinski) obliki bolezni pa morata nas- 6.1.1 Spol tati dve spontani mutaciji, vsaka na enem alelu istega tumorje Ženske obolevajo v večjem številu v mlajši življenjski dobi, zavirajočega gena znotraj iste celice, kar se pojavi zelo redko. verjetno zaradi neprestanega spreminjanja rodil v tej dobi. Moški pa obolevajo kasneje, kar je verjetno povezano z daljšo izpostav- Sindrom napačnega popravljanja DNA, ki se deduje praviloma ljenostjo raznim kancerogenim dejavnikom. avtosomsko recesivno. Primer je že prej omenjena dedna bole- Razlika je tudi v pogostnosti obolevanja po organih. Pri ženskah zen Xeroderma pigmentosum. Zaradi dedne preobčutljivosti kože je pogost rak na maternici, jajčnikih in dojkah. Pri starejših moš- za svetlobo (zaradi pomanjkanja specifičnih popravljalnih enci- kih prevladujejo pljučni, želodčni rak in rak na prostati. Domneva- mov), se že v zgodnji mladosti pojavijo značilne spremembe na jo, da so najpogostejše vrste rakavih bolezni odvisne od spolnih koži, ki po daljšem času lahko vodijo v kožni rak. hormonov, povezane z navadami in razvadami v življenju (kaje- nje, pretirano uživanje alkohola, posebna prehrana) in v zvezi z Družinske rakave bolezni. Te rakave bolezni (npr. rak dojke, nekaterimi poklici. ovarijev, debelega črevesa) se pojavljajo dokaj zgodaj, pri dveh ali več sorodnikih, brez predhodnega markerskega fenotipa. Tako 6.1.2 Starost rak debelega črevesa ne nastane iz benignih polipov, kot je to Rak se lahko razvije v vsakem starostnem obdobju, vendar po v primeru že prej omenjene družinske adenomatozne polipoze statistiki najpogosteje po 30. letu. S starostjo: kolona. se kopičijo spremembe v somatskih celicah, slabi imunski sistem, 6.2 Zunanji dejavniki slabijo mehanizmi za popravljanje poškodb DNA. 6.2.1 Kemični dejavniki Pri nastanku raka so pomembna tudi različna dolgotrajna dra- Od leta 1775, ko je londonski kirurg Sir Percivall Pott povezal nas- ženja, ki stalno spodbujajo procese regeneracije celic z njiho- tanek raka na skrotumu pri dimnikarjih s sajami, so odkrili več kot vim razmnoževanjem (npr. kronična vnetja – kronični gastritis, 100 kemičnih snovi, ki lahko povzročijo rakavo rast. Kemični mehanska draženja – škrbinasti zobje, žolčni kamni, pri kadilcih kancerogeni si za svojo tarčo lahko izberejo različne gene, najpo- pipe – rak na ustnici). gosteje povzročijo mutacijo gena ras. Kemični dejavniki so raz- novrstne eksogene snovi (ksenobiotiki) ali endogeni produkti Določeni tipi rakavih bolezni se pojavljajo predvsem v mla- presnove (npr. reaktivne kisikove zvrsti), lahko so anorganske dosti. Povzročijo več kot 10 % smrti med otroki, mlajšimi od 15 ali organske snovi. let (npr. limfoblastna levkemija, tumorji osrednjega živčevja, lim- fom, sarkom kosti, retinoblastom). Anorganske snovi Rak se klinično lahko pojavi šele v starosti, čeprav se je neka Delujejo na membranske strukture in makromolekule. Pri sprememba genoma zgodila že veliko prej, v otroštvu ali tem lahko nastajajo prosti radikali, ki poškodujejo celico. To so celo intrauterino. Pravzaprav se vse življenje v telesu dogajajo kovine: kadmij, kobalt, nikelj; kovinske spojine: silikatne spojine, somatske mutacije, ki lahko celice rakavo preobrazijo, vendar je azbesti; nekovine: arzen. pri tem potrebnih več mutacij. Domnevajo, da je za začetek rasti rakavih tkiv potrebno vsaj pet do šest mutacij genov zapovrstjo. Organske snovi Učinkovitost kemičnih kancerogenov je odvisna predvsem od 6.1.3 Dedni dejavniki koncentracije njihove aktivne oblike. Ta je odvisna od presnovnih Odgovor na vprašanje ali je rak deden ali ne, ni preprost. Velja, procesov aktivacije in inaktivacije nekega kemičnega dejavnika v da nekatere dedne napake v družini pogosteje vodijo v rakavo organizmu. Na splošno so aktivne oblike kemičnih kancerogenov bolezen, ali pa se ta pojavi kot zaplet manifestne dedne bolez- le kratko delujoče, saj se v procesih detoksifikacije hitro inakti- ni. Dedna napaka lahko pomeni prvo stopnjo v neoplastični virajo (npr. s konjugacijo z glukuronsko kislino, glutationom ali transformaciji. Vsaka od mutacij prispeva k destabilizaciji geno- z acetilacijo, metilacijo). Organske snovi razdelimo v neposre- ma in s tem pospeši neoplastično transformacijo. dno in posredno delujoče kancerogene. Dedne oblike raka delimo v tri kategorije: Neposredno delujoči kancerogeni. Te snovi za svoje delovanje Podedovani sindromi raka, ki se dedujejo praviloma avtosom- ne potrebujejo presnovne aktivacije. So zelo reaktivni elektrofili sko dominantno. Vzemimo na primer, da je za nastanek rakave- (so pozitivno nabite molekule), ki reagirajo z nukleofilnimi cen- ga obolenja potrebna okvara petih genov. Če dva od teh genov tri drugih molekul (beljakovin, DNA). Sem spada velika skupina 60 060 2019 Farmacija.indd 60 20.9.2019 10:48:24  M e h a ni z mi neoplaz i j e zdravil (predvsem gre za alkilirajoče snovi), s katerimi lahko tudi Promotorji se že po kemični strukturi in načinu svojega delo- uspešno zdravijo in obvladujejo določene tipe rakavih bolezni vanja močno razlikujejo od iniciatorja. Za svoje delovanje ne (levkemija, karcinom ovarijev). Lahko pa ta ista zdravila kasneje potrebujejo presnovne spremembe, niti ne reagirajo kot elektro- sprožijo sekundarno obliko raka, najpogosteje levkemijo. fili. Da je delovanje promotorja učinkovito, mora njegovo učin- kovanje vedno slediti učinkovanju iniciatorja (kadar je zaporedje Posredno delujoči kancerogeni (prokancerogeni). Večina delovanja obratno, ne pride do nastanka raka). organskih snovi se v našem okolju nahaja v neaktivni obliki in postanejo aktivne šele po presnovni spremembi, ko dobijo elek- Promotor povzroča le epigenetske spremembe (t.j. spremem- trofilni center. Takrat postanejo končni kancerogeni. Pripadajo be v vzorcu genske ekspre­sije brez sprememb v sekvencah DNA). skupinam policikličnih aromatskih ogljikovodikov, aromatskih Njegovo delovanje je povratno. Prva posledica teh sprememb je aminov, azobarvil in naravnim rastlinskim in mikrobnim produk- pospešeno razraščanje spodbujenih celic in nastajanje hiperpla- tom. Njihovo presnovno aktivacijo sprožijo polisubstratne mono- stičnih vozličkov. Nato del celic ubere pot nazaj (postanejo spet oksigenaze P-450 v jetrih. Ti encimi lahko oksidirajo nereaktivne normalne), drugi del pa gre po poti, ki vodi v malignost. snovi, npr. policiklične aromatske ogljikovodike, ki so sestavni del Za neoplastično transformacijo ponavadi nikoli ne zado- premoga, katrana, cigaretnega dima. Nastane reaktiven elektro- šča ena sama genetska sprememba. Medtem ko učinkovanje fil z močnim kancerogenim delovanjem, ki povzroča mutacije v iniciatorja lahko povzroči spremembe v molekuli DNA in s tem molekulah DNA. Čeprav se prokancerogeni največkrat aktivirajo aktivacijo protoonkogenov in inaktivacijo tumorje zavirajočih v jetrih, do njihove aktivacije lahko pride tudi v drugih organih genov, poznejše učinkovanje promotorja povzroči klonsko rast (npr. pljučih). Tako mesto delovanja prokancerogenov ni odvisno iniciiranih (mutiranih) celic. Iniciirane celice se odzivajo na pro- samo od mesta njihove aktivacije, temveč tudi od njihove razpo- motor drugače kot normalne celice in tako selektivno proliferi- reditve po telesu, od mesta njihovega izločanja in v nekaterih pri- rajo. Tak­šne celice (posebno po aktivaciji onkogena ras) imajo merih tudi od obstoja receptorjev zanje. manjšo potrebo po rastnem dejavniku in se manj odzivajo na rast zavirajoče signale v svojem okolju. Neoplastična transformacija celice se lahko začne s kemično povzročeno poškodbo DNA. Da pa bi taka poškodba res izzva- 6.2.3 Biološki dejavniki la rakavo rast, se mora izogniti številnim mehanizmom v celicah So številni virusi, ki lahko spremenijo normalno celico v raka- za popravljanje DNA in povzročiti somatske mutacije genov, ki vo pri različnih živalskih in rastlinskih vrstah. Ločimo onkoge- uravnavajo celično delitev. K nastanku rakave rasti pa verjet- ne viruse z DNA in onkogene viruse z RNA, ki spremenijo celico no prispevajo tudi epigenetski dejavniki – npr. promotorji, tako, da svojo genetsko informacijo vgradijo v genom gostitelja. ki lahko izzovejo celično delitev zaradi motenj uravnavanja genskega izražanja. 6.2.2 Iniciacija in promocija kancerogeneze Začetek kemične kancerogeneze se začne z iniciacijo v določe- nem žarišču. Kasnejše razmnoževanje spremenjene celice, ki vodi v nastanek malignega tumorja, imenujemo promocija. Iniciacija kancerogeneze Do iniciacije pride po izpostavitvi celice delovanju neke kance- rogene snovi, ki jo imenujemo iniciator (pobudnik). Ta povzroči mutacije DNA, ki so nepovratne. Vendar sam iniciator ni dovolj za nastanek maligne neoplazme. Ta se ponavadi razvije šele po delovanju snovi, ki jo imenujemo promotor. Promocija kancerogeneze Kancerogenost kemičnih snovi, posebno šibkih kanceroge- nov, povečajo promotorji (spodbujevalci). Promotorji so snovi (ne zamenjuj s promotorjem pri genski regulaciji!), ki same po sebi niso kancerogeni. Spodbujajo pa delovanje kancerogenih snovi tako, da skrajšajo latentno dobo od začetka delovanja iniciatorja do pojava maligne novotvorbe. Kot promotorji lah- ko delujejo hormoni (npr. estrogeni pri nastanku karcinoma doj- ke in endometrija), fenoli, različna zdravila, forbolni estri (tetra- Slika 7. Vgraditev genoma virusa z DNA v molekulo DNA gostitelja. dekanoilforbolacetat, ki je aktivator beljakovinske kinaze C in je Pri tem se genom virusa razpre. Če se razpre tako, da so zgodnji geni npr. tudi v krotonovem olju /včasih so ga uporabljali kot purgativ nepoškodovani, bo virus celico transformiral prek ekspresije antigenov in kožni iritant/), cigaretni dim – ta vsebuje snovi, ki delujejo kot T. Če se zgodnji geni prelomijo, potem ne morejo izdelovati funkcional- kancerogeni in kot promotorji. nih antigenov T in celica se ne transformira. Prirejeno po: Darnell J in sod.;1986. 61 060 2019 Farmacija.indd 61 20.9.2019 10:48:24  M e ha nizmi neo p la zij e Virusi z DNA 6.2.4 Fizikalni dejavniki Ali bo virus z DNA maligno transformiral celico ali ne, je odvisno Ves živi svet je nenehno pod vplivom sevanj različnega izvora. Za od ekspresije njegovih genov. Genom virusa z DNA je obročast poškodbo DNA sta še posebno nevarna dva tipa sevanja: nei- (slika 7). Sestavljajo ga pozni in zgodnji geni. Zgodnji geni so pot- onizirajoči žarki ultravijolične svetlobe in ionizirajoči žarki rebni za sintezo zgodnjih beljakovin oziroma antigenov T (tran- (žarki x in γ, nevtroni, elektroni, delci α). Energija ionizirajočega sformacijski geni), ki povzročijo maligno transformacijo celice s sevanja lahko povzroča točkovne mutacije, prelome kromosomov tem, da aktivirajo učinke protoonkogenov ali inaktivirajo učinke in translokacije med kromosomi (glej poglavje Sevalna bolezen). tumorje zavirajočih genov (npr. transformirajoče beljakovine se Tako kot kemični kancerogeni dejavniki, tudi sevanje aktivira vežejo na protein p53 in ga razgradijo ali pa se vežejo na nefosfo- onkogene in inaktivira supresorske gene za neoplazmo. Med rilirano obliko proteina pRb, in sicer na mesto vezave transkrip- prvimi mutacijami zaradi fizikalnih dejavnikov in prvimi zaznav- cijskega dejavnika E2F). Transformacijski geni virusov z DNA so nimi znaki rakave bolezni je latentna doba lahko dolga več let pravi virusni geni, nujni za njihovo razmnoževanje, nasprotno od ali celo desetletij. Tako se rakava bolezen klinično izrazi šele, ko retrovirusnih onkogenov, pridobljenih med evolucijo iz evkari- zunanji dejavniki v že okvarjenih celicah sprožijo še dodatne ontskih protoonkogenov, ki nimajo nobene vloge pri virusnem mutacije. razmnoževanju. Virusi DNA redko sprožijo rakavo bolezen pri človeku. Med znanimi primeri so: Epstein-Barrov virus z DNA Neionizirajoče sevanje (nazofaringealni karcinom, Burkittov limfom in B-celični limfom Učinkuje predvsem prek vzburjenja molekul. V molekuli DNA pri posameznikih z oslabelim imunskim sistemom); papilomavi- absorbirajo purinske in pirimidinske baze ultravijolične žarke rus (karcinom materničnega vratu), virus hepatitisa B (karcinom določenih valovnih dolžin, ki v njih povzročijo kemične spre- jeter); herpesvirus Kaposijevega sarkoma (humani herpesvirus 8). membe. Najbolj pogosto nastanejo dimeri med sosednjima pirimidinskima ostankoma (med timinom in timinom) v enojni Virusi z RNA verigi DNA (slika 8). Nastali dimeri ovirajo transkripcijo in pod- Obstajata dva tipa retrovirusov, ki lahko transformirata celico: vojitev DNA. Če se take poškodbe DNA ne popravijo, nastajajo Prvi tip, ki ga imenujemo akutni transformirajoči virusi, mutacije. Pogosto in dolgotrajno izpostavljanje sončnim žarkom vsebuje transformirajoče virusne onkogene, npr. v-src, v-abl lahko čez čas izzove karcinom kože. Mehanizmi za popravljanje ali v-myb. Kot smo že omenili, gre za človeške protoonkoge- poškodb molekule DNA so v tem primeru preobremenjeni in zato ne, ki jih je retrovirus enkrat v evoluciji pridobil, vgradil in so nekatere poškodbe DNA ostanejo nepopravljene, kar s kopičen- se verjetno tudi delno spremenili med infekcijami gostiteljev. jem dodatnih mutacij lahko povzroči kožnega raka. Drugi tip so počasno transformirajoči virusi brez v-onc. Te vrste retrovirusi lahko sprožijo transformacijo celice a) z indu- Ionizirajoče sevanje kcijo mutacije c-onc – retrovirusne promotorske sekvence se Lahko povzroči prekinitev verige DNA. Deluje ponavadi tako, lahko vgradijo v bližino c-onc in izzovejo njegovo povečano da v celici iz molekule vode izbije en elektron. Nastanejo prosti ekspresijo ali b) z mutacijo in inaktivacijo regulatornih genov, radikali, ki poškodujejo DNA, lahko pa poškodujejo tudi kontrol- kar je vzrok povečane ekspresije c-onc. Med znanimi retrovi- ne celične mehanizme in pride do aktivacije onkogena. Najbolj rusi, ki povzročajo raka pri ljudeh sta retrovirusa za levkemijo občutljiva za ionizirajoče sevanje sta limfatično in mieloično tki- tipa 1 in 2 (humani T-limfotropni virus 1 in 2 – HTLV-1 in -2), ki vo, tako da ionizirajoče sevanje najpogosteje izzove levkemijo in sta odgovorna za levkemijo limfocitov T. limfom. Slika 8. Učinek neionizirajočega sevanja. Prirejeno po: Darnell J in sod.; 1986. 62 060 2019 Farmacija.indd 62 20.9.2019 10:48:25  M e h a ni z mi neoplaz i j e Mutacije v celicah niso primarna posledica žarčenja, ampak nas- Bishop JM. Enemies within: the genesis of retrovirus oncogenes. Cell tanejo šele med popravljanjem poškodb molekule DNA. 1981; 23: 5–7. Bishop JM. The molecular genetics of cancer. Science 1987; 235: 7 Popravljanje poškodb 305–12. Organizmi so razvili zelo kompleksne in učinkovite metode Brown MA. Tumor suppressor genes and human cancer. Adv Genet popravljanja napak v molekuli DNA. Obstajata pa vsaj dva tipa 1997; 36: 45–135. poškodb DNA, kjer so po popravljanju pogoste mutacije: Christofori G. Division of labour 2007. Nature 2007: 735–6. Prelom dvojne verige molekule DNA. Celica ne dovoljuje pro- Contran RS, Kumar V, Collins T. Neoplasia. In: Contran RS, Kumar V, stih koncev DNA, zato se s pomočjo reparacijskih encimov (ligaz) Collins T, eds. Robbins pathologic basis of disease. WB. Saunders prelomljeni konci združijo. To lahko povzroči translokacije delov Company: Philadelphia, 1999; 260–327. DNA iz enega kromosoma na drugega, pri tem se lahko aktivirajo Darnell J, Lodish H, Baltimore D. Cancer. In: Darnell J, Lodish H, Balti- onkogeni (npr. nastanek kromosoma Philadelphia). more D, eds. Molecular cell biology. Scientific American Incorpora- Večkratne poškodbe molekule DNA. Pojavijo se takrat, ko tion, 1986; 1035–76. celica utrpi toliko škode v kratkem času, da se njen popravljalni Fenton RG, Longo Dan L. Cancer Cell Biology and Angiogenesis. In: mehanizem zasiti. Popravljanje zaostaja za poškodbo in moleku- Fauci AS, Braunwald E, Kasper DL, Hauser SL, Longo DL, Jame- la DNA se prej prepisuje. V takih primerih uporabijo bakterije in son JL, Loscalzo J, eds. Harrison's Principles of Internal Medicine, celice inducibilni rezervni sistem za popravljanje poškodb, ki se v 17th ed. Dosegljivo na: http://www.accessmedicine.com/content. nepoškodovanih celicah drugače ne izraža. Ta sistem dela napake aspx?aID=2892993. v molekuli DNA, ko popravlja poškodbe in tako povzroča muta- Finkel T, Serrano M, Blasco MA. The common biology of cancer and cije. Tako popravljanje poškodb pa je lahko tudi pot pospešene ageing. Nature 2007; 448: 767–74. evolucije. Fox EJ, Loeb LA. One cell at a time. Nature 2014; 512: 143–4. Pri človeku so določene genetske napake lahko vzrok za nefun- Frei E. Oncogenes and the mechanisms of carcinogenesis. Medicine kcionalnost specifičnih popravljalnih sistemov. Tak človek ima 1987; 2: Scientific American 1987; 91. večjo možnost, da dobi raka. Ljudje z že omenjeno avtosomsko Haber DA, Fearon ER. The promise of cancer genetics. Lancet 1998; recesivno dedno boleznijo Xeroderma pigmentosum, imajo okvar- 351: Suppl II: 1–8. jen gen, ki se kaže kot pomanjkanje endonukleaz. Endonukleaze Holt SE, Shay JW. Role of telomerase in cellular proliferation and can- omogočajo obnavljanje molekule DNA po poškodbi z žarki UV. cer. J Cell Physiol 1999; 180: 10–8. Celice v tem primeru ne morejo odstraniti nastalih pirimidinskih Kamarič L, Klinar B. O kancerogenezi in biologiji rakave celice. XIII Tav- dimerov, ki ovirajo podvojitev DNA. Pri teh ljudeh so v prvih letih čarjevi dnevi, 1981; 27–41. življenja na izpostavljenih delih telesa pogoste opekline, kasneje Knudson AG Jr. Mutation and cancer: a statistical study of retinobla- pa se razvije kožni rak. stoma. Proc Natl Acad Sci USA 1971; 68: 820–23. Koebel CM, Vermi W, Swann JB, et al. Adaptive immunity maintains 8 Izpitne teme occult cancer in an equilibrium state. Nature 2007; 450: 903–7. Kaj so protoonkogeni in antionkogeni? Lee WH, Bookstein R, Hong F, Young LJ, Sheww JY, Lee EY. Human Kako nastanejo onkogeni in kako jih označujemo? retinoblastoma susceptibility gene: cloning, identification, and Kako, glede na njihovo dejavnost, razdelimo onkogene oz. onko- sequence. Science 1987; 235: 1394–9. proteine? Luzar B, Gale N, Poljak M, Cör A. Telomere in telomeraza pri človeku Kaj povzroči mutacija ras? – zgradba, funkcija in vloga v procesu kancerogeneze. Med Razgl Kako se ciklini izražajo med celičnim ciklusom, kakšna je njihova 2000; 39: 271–9. funkcija? Robinson V. The Story of Medicine. Kessinger Publishing LLC, White- Kako lahko pride do aktivacije onkogenov? fish, Montana, ZDA, 2005; 169. Kakšna je vloga beljakovine retinoblastoma (pRb) v celičnem Shay JW, Wright WE. Telomerase activity in human cancer. Curr Opin ciklusu? Oncol 1996; 8: 66–71. Kako mutacija tumorje zavirajočega gena p53 vpliva na razvoj rakave bolezni? Kakšna je vloga p53 in Bcl-2 pri odstranjevanju neoplastične celi- ce? Ali je v razvoju rakave bolezni zaporedje pojava mutacij v različ- nih genih pomembno? Kateri kancerogeni dejavniki so lahko vzrok za maligno transfor- macijo celice? Kaj pomeni iniciacija in kaj promocija kancerogeneze? 9 Viri Alberts B, Bray D, Lewis J, Raff M, Roberts K, Watson JD. Cancer. In: Alberts B, Bray D, Lewis J, Raff M, Roberts K, Watson JD, eds. Mole- cular biology of the cell. 3rd ed. New York: Garland Publishing Incor- poration, 1994; 1255–91. 63 060 2019 Farmacija.indd 63 20.9.2019 10:48:25  64 060 2019 Farmacija.indd 64 20.9.2019 10:48:25  NEOPLASTIČNE CELICE, INVAZIVNOST IN METASTAZIRANJE Neva Črne-Finderle, Robert Zorec 1 Uvod mutacije protoonkogenov začnejo delati lastne rastne dejavnike Rak nastane zaradi nebrzdanega razmnoževanja in razraščanja in njihove receptorje (avtokrina stimulacija). Ta proces zagotav- izrojenih celic v telesu. V normalni celici, ki se je spremenila v lja mehanizme, prek katerih tumor lahko spremeni mikrookolje v rakavo, pride do strukturnih in fizioloških sprememb, ki vodijo svojo korist, s tem pa tudi počasi izgublja odvisnost od tkivne in v njeno avtonomno delovanje, neodvisno od vplivov gostitelja. sistemske regulacije. Njene hčerinske celice se hitro spreminjajo in postanejo različne od celic, iz katerih so se razvile. Celična delitev je odvisna od stopnje diferenciacije in specializi- Domnevajo, da k razvoju neoplazije prispevata dve vrsti deja- ranosti celice. Večji sta, manjša je težnja celice po delitvi. Rakave vnikov: celice so ponavadi slabo diferencirane in slabo specializirane, dejavniki v okolju (fizikalni, kemični in biološki – glej pogla- včasih pa tudi celice bolj diferenciranih neoplazem ne izgubijo vje Mehanizmi neoplazije), sposobnosti delitve. genetski oziroma gostiteljevi dejavniki. 2.1.2 Izguba kontaktne inhibicije gibanja Čeprav prevladujejo enkrat eni in drugič drugi, gre za interak- Pri normalnih celicah v kulturi so opazili kontaktno inhibicijo cijo obojih. Obe vrsti dejavnikov najprej sprožita spremembe v mobilnosti celic oziroma od gostote celic odvisno kontrolo celič- izražanju genetskega materiala somatskih celic. Tako pride do ne delitve. Normalna celica v kulturi se najprej prosto, ameboid- spremembe protoonkogena v aktivni onkogen in inaktivacije no giblje, ko pa pride v stik z drugo celico, se gibanje ene ali obeh antionkogenov (glej poglavje Mehanizmi neoplazije). Posledica ustavi, nato pa se začneta premikati vsaka v svojo smer. Ko gosto- tega je sinteza transformirajočih beljakovin (onkoproteinov), ki ta celic v kulturi tako naraste, da se celice ne morejo več umikati izzovejo nekontrolirano deljenje celice, in pogosto tudi izguba druga drugi, gibanje preneha, celice pa začnejo med seboj delati produktov regulatornih genov. presledkovne (ang. gap junctions) in druge medcelične stike. To zagotavlja, da se celice ne prekrivajo in da rastejo v eni plasti. Klinične in molekulskobiološke raziskave (in vivo ter in vitro) Rakave celice izgubijo kontaktno inhibicijo gibanja, zato se kažejo, da je rak večstopenjski proces tako na genotipski kot lahko gibljejo v vse smeri, rastejo druga čez drugo in sestavljajo na fenotipski ravni. Začne se s preneoplastičnimi lezijami, ki večplastno strukturo. v določenih razmerah napredujejo v neoplazijo. Neoplastič- na lezija pa se potem v procesu klonske evolucije lahko razvije 2.1.3 Povečana gibljivost v progresivno neoplazijo, za katero je značilna heterogenost Rakave celice so bolj gibljive, kar je verjetno posledica sprememb (morfološka in genetska) transformiranih celic ter sposobnost v citoskeletnih elementih (predvsem v aktinskih mikrofilamen- razmnoževanja, invazivnosti in metastaziranja. tih in intermediarnih nanofilamentih, kot so keratin, vimentin in nestin). 2 Spremembe v rakavih celicah 2.1 Razlike v rasti (hitrosti delitev) med normalnimi in rakavimi 2.2 Spremembe na celični površini celicami Površina rakave celice se razlikuje od površine normalne celice. K tem razlikam največ prispevajo motnje celičnega ciklusa. 2.2.1 Spremembe v glikoproteinih in glikolipidih 2.1.1 Spremenjene razmnoževalne lastnosti Nastanejo spremembe v sladkornih sestavinah glikolipidov Neoplastične celice se lahko nekontrolirano in neomejeno in glikoproteinov, vezanih na membrano celice. V rakavih celi- dolgo delijo, ker so izgubile normalen nadzor celične delitve, cah se ponavadi poveča število terminalnih sialnih kislin v gliko- to pa je tudi vzrok njihove hitre razrasti (celičnih delitev). V proteinih, prav tako tudi gangliozidnih sestavin glikolipidov. Tako primerjavi z normalnimi človeškimi celicami (npr. fibroblasti), ki se poveča negativni površinski naboj celic, s tem se zmanjša se v kulturi delijo približno 30 do 80-krat, preden se postarajo kohezivnost med celicami. in umrejo, so rakave celice v bistvu nesmrtne. Normalne celice v kulturah se delijo le, če imajo na voljo vse potrebne hranilne Pomembna razlika je v večji lateralni gibljivosti glikoproteinov snovi in rastne dejavnike. Rakave celice za svoje razraščanje v v membrani. Verjetno je vzrok za to s transformacijo spremenje- začetku rabijo rastne dejavnike in receptorje zanje. S klonsko na povezava med površinskimi glikoproteini in spodaj ležečimi evolucijo (to pomeni, da po vsaki ponovni mutaciji celice, iz te citoskeletnimi filamenti, predvsem aktinskimi mikrofilamenti. celice z delitvijo nastane nov klon spremenjenih rakavih celic s to dodano mutacijo – glej tudi podpoglavje 3.3) pa rakave celi- 2.2.2 Redukcija površinskega fibronektina ce postajajo čedalje bolj avtonomne – neodvisne od dejavnikov Večina normalnih celic, vključno z epitelijskimi celicami, se v kul- v okolici. Eden od vzrokov za to je, da rakave celice po procesu turi deli le, če so zasidrane na trdno podlago. Rakave celice so 65 060 2019 Farmacija.indd 65 20.9.2019 10:48:25  N eo pla st ične celice, inva zivn o st in m et a st a zira n je sposobne deliti se tudi v želatini. Eden od vzrokov za to je, da 2.3 Presnovne spremembe rakave celice izločajo manj fibronektina, ki s svojo polisaharidno Presnova rakavih celic je močno spremenjena, tako da so te v komponento veže normalne celice na podlago in med seboj. Ker presnovni prednosti pred normalnimi celicami. Učinkovitost so rakave celice bolj proste (ne delajo medceličnih stikov, izločajo anaboličnih encimov se poveča, medtem ko se učinkovitost manj fibronektina in se zato manj prilepljajo na substrat in med kataboličnih zmanjša. Tako se poveča sinteza purinskih in piri- seboj), to vpliva tudi na njihovo morfologijo: npr. transformirani midinskih baz, nukleotidov in nukleinskih kislin ter beljakovin, fibroblasti izgubijo vretenasto obliko in postanejo bolj okrogli, zmanjša pa se njihov katabolizem. Povečana aktivnost anabo- dobijo različne izrastke, so različnih velikosti. ličnih encimov ni le posledica povečane ekspresije genov za te encime, ampak gre lahko tudi za povečano sintezo izoencimov, ki 2.2.3 Antigenske spremembe so učinkovitejši od ustreznih encimov v normalnih celicah. Rakave celice pogosto tvorijo antigene, neznane imunskemu sistemu, in tako izzovejo različne imunske odzive (humoralne, Rakave celice porabljajo več glukoze kot normalne celice, zato celične, specifične in nespecifične). Po drugi strani pa se rakave imajo povečan membranski transport glukoze in aminoki- celice prek različnih mehanizmov lahko izognejo imunskemu slin. Kinetične raziskave so pokazale, da se Km vezave sladkorja na odzivu. receptor ne spremeni, Vmax pa se poveča. To kaže, da imajo rakave celice na svoji površini več razpoložljivih transportnih molekul za Antigene, ki izzovejo imunski odziv, so našli v mnogih eksperi- glukozo. mentalno povzročenih tumorjih. To so glikoproteini, ki se lahko vgrajujejo v celično membrano rakave celice, lahko se nahajajo 2.4 Genetske spremembe v njeni notranjosti, ali pa jih rakava celica izloča v kri. Odkriti so Rakave celice imajo manj učinkovite mehanizme za poprav- različni tipi antigenov: ljanje poškodb molekule DNA. Zato so v njih pogostejše muta- Tumorsko specifični antigeni (TSA), ki so značilni le za raka- cije oziroma spremembe v transkripciji specifičnih genov. Belja- ve celice in jih v normalnih celicah ne najdemo. Te antigene so kovine, kodirane s temi za transformacijo občutljivimi geni, imajo našli v kemično ali fizikalno povzročenih tumorjih. Poimeno- velik vpliv na celično morfologijo in rast. Včasih genske spremem- vali so jih "privatni" oziroma "enkratni" antigeni, ker jih tumor be privedejo tudi do sprememb v kariotipu: do nenormalnega ne deli z drugimi histološko enakimi tumorji, povzročenimi z števila kromosomov (ponavadi anevploidno, lahko tudi poliplo- isto kemično snovjo, celo v isti živali. "Enkratnost" teh antige- idno) in do številnih nepravilnosti v kromosomih, ki so posledica nov je posledica dejstva, da v vsakem tumorju mutirajo raz- transpozicij, translokacij ter delecij. Vse te genetske spremem- lične vrste normalnih celičnih genov. Potemtakem v različnih be so odgovorne za klonsko evolucijo neoplazme, metastatski tumorjih nastajajo različne oblike mutiranih beljakovin. Deli potencial ter tolerantnost in spremenljivo občutljivost rakavih teh beljakovin se na površini celic vežejo na molekule MHC celic za zdravila. (ang. major histocompatibility complex) razreda I, zato peptide za tumorje specifičnih antigenov lahko kot tuje prepoznajo 3 Značilnosti malignih novotvorb različni citotoksični limfociti T CD8+. 3.1 Diferenciacija in anaplazija S tumorjem povezani antigeni (ang. tumor-associated anti- Dobro diferencirane celice so ponavadi tudi specializirane in se gen – TAA), ki jih najdemo tako v tumorskih kot v normalnih razlikujejo med seboj po videzu in funkciji. Bolj je celica diferen- celicah. Med njimi so: cirana in specializirana, teže se deli in manj je izpostavljena neo- Tkivno specifični antigeni. Imenujejo jih tudi neoantigeni in plastičnim spremembam. Kontrolni dejavniki celične diferencia- so značilni za posamezno histološko vrsto tumorja. cije verjetno vključujejo selektivno zavrtost nekaterih genetskih Virusni antigeni. Najdemo jih pri tumorjih, ki jih povzročajo informacij. Maligne neoplazme pa večinoma sestavljajo nedife- onkogeni virusi z DNA ali RNA. rencirane, nezrele celice. Pomanjkanje diferenciranosti imenu- Onkofetalni antigeni (embrionalni antigeni). Ti se normalno jemo anaplazija. Anaplazija je regresija celične populacije izražajo v razvijajočem se embrionalnem tkivu, ne pa v odra- dobre do slabe diferenciranosti. V zelo ana­plastičnih neopla- slem, diferenciranem tkivu. Njihova ekspresija v nekaterih zmah se lahko pojavijo tudi nepričakovane funkcije – npr. izlo- tipih rakavih celic je verjetno posledica ponovnega izražanja čanje fetalnih antigenov in hormonov. V takih malignih celicah določenih genetskih programov (npr. fetoprotein in karcino- se določeni genetski programi, ki so v normalnih celicah zavrti, embrionalni antigen /CEA/). ponovno aktivirajo. Diferenciacijski antigeni. Označujejo stopnjo diferenciaci- je, na kateri so se tumorske celice ustavile v razvoju. Primer 3.2 Hitrost rasti mase novotvorbe je CD10 (CALLA antigen), ki se izraža v zgodnjih limfocitih B, Je na splošno v povezavi s stopnjo diferenciranosti maligne našli so ga tudi pri celični levkemiji B in limfomih. neoplazme. Bolj je ta nediferencirana, večji je njen potencial za delitev celic in rasti mase novotvorbe. Rast malignih in benignih Rakave celice iz svojih celičnih membran pogosto izgubljajo tumorjev pa ni nujno enakomerna, kajti na hitrost rasti maligne antigene. Ta pojav onemogoča stalno prisotnost označevalcev neoplazme vpliva več dejavnikov: rakavih celic v plazmi, s čimer lahko diagnosticirajo vsaj nekatere število mitoz, specifične vrste rakavih bolezni (npr. PSA, za prostato specifični hormoni in drugi rastni dejavniki, antigen). prekrvljenost. 66 060 2019 Farmacija.indd 66 20.9.2019 10:48:25  N e o pl a s ti č n e ce l i ce, i nva z i v n o s t i n metastaz i ranj e 3.2.1 Število mitoz Tumorje zavirajoča gena za neoplazmo, p53 in Rb, kodirata Z večanjem mase neoplazme se progresivno daljša tudi rast beljakovini v jedru, ki lahko zaustavita celično delitev (glej tumorja. Upočasnitev rasti ni posledica podaljšanja časa med tudi poglavje Mehanizmi neoplazije). Ti beljakovini preprečita dvema mitozama. Z večanjem neoplazme postaja čedalje večji celicam, da se ponovno vrnejo v celični ciklus (iz faze G0/G1 v fazo delež celic nesposoben za delitev bodisi zaradi slabše prekrvitve S). Zaradi izgube ali inaktivacije teh beljakovin (delecija, mutaci- neoplazme (pomanjkanje hrane in O2), diferenciacije celic ali zas- ja gena) se celice vedno znova vračajo v celični ciklus, kar izzove tajanja celic v podaljšani fazi G1 ali mirujoči fazi G0. Tudi pri hitro maligno transformacijo. rastočih neoplazmah je takrat, ko jih lahko zaznamo, delež dele- čih se celic manjši od 20 %. V normalnem tkivu obstaja ravnovesje med celično delitvijo in celično smrtjo, zaradi katere se iztrošene ali poškodovane celice 3.2.2 Hormoni odstranjujejo. V maligni neoplazmi pa je to ravnovesje porušeno. Spremembe v hormonskem ravnovesju, pri katerem je daljši čas Več celic nastane, kot jih odmre, zato se število celic v maligni povišana koncentracija hormonov, lahko izzovejo maligno tran- neoplazmi stalno povečuje, s tem pa raste tudi tumorska masa. sformacijo celic v tkivih, ki se sicer normalno odzivajo na hormon- V večini primerov neoplazma nastane iz ene same, maligno ske dražljaje – v uterusu, ovarijih, prostati, dojkah (npr. karcinom mutirane celice. Nato pa se razrašča naprej praviloma eksponen- dojke med nosečnostjo eksplozivno raste). tno (eksplozivno). Število celic, ki sestavljajo neoplazmo, in hitrost rasti neoplazme sta odvisna od: 3.2.3 Prekrvljenost odstotka celic, ki se nahajajo v celičnem ciklusu (delež Z delitvijo rakavih celic postaja tumorska masa čedalje večja, s celic znotraj tumorske populacije, ki se deli, imenujemo rast- tem pa se tudi oddaljuje od kapilar. Zaradi slabše prekrvljenosti na frakcija); pride do pomanjkanja hrane in kisika in neoplazma se preneha časa trajanja celičnega ciklusa (pri rakavih celicah je pona- širiti (tumor lahko raste samo do premera 1–2 mm). Tako lahko vadi daljši); majhne neoplazme ostanejo "speče" mesece ali celo leta (najde- odstotka celic v fazi G0 celičnega ciklusa (v mirujočo fazo mo jih lahko na koži ali materničnem vratu, pljučih, jetrih,..). Nato lahko rakave celice preidejo zaradi pomanjkanja kisika, hra- nekatere maligne celice (po še dodatnih mutacijah) začnejo ne ali delovanja inhibitornih rastnih dejavnikov). Iz te faze izdelovati tumorske angiogene dejavnike (ang. tumor asso­ se rakave celice lahko ponovno vrnejo v celični ciklus, lahko ciated angiogenic factor – TAF), ki izzovejo delitev endotelij- pa popolnoma izpadejo iz rastne frakcije v primeru, da se skih celic in rast novih kapilar. Nastajanje novih kapilar je lahko diferencirajo in se ne morejo več deliti, nekrotizirajo ali pa izzvano tudi posredno s tem, da maligne celice prek kemičnih se sproži program apoptoze (tumor te celice izgubi iz svoje snovi vplivajo na celice v sosednjem tkivu in na makrofage, ki mase). Slika 1. Primerjava lastnosti matičnih celic (levo) in hipotetičnih matičnih rakavih celic (desno). Za obe skupini celic je značilna samoohra- nitvena sposobnost delitev in ohranjanje populacije celic, iz katerih lahko nastanejo nove linije. Hčerinske celice normalnih matični celic pridobijo lastnosti, ki vodijo v diferenciacijo določenega tipa celic (glej stopnje A, B, C). Na koncu tem celicam izostane potencial deljenja, a ohranjajo se procesi, ki vzdržujejo tkivno arhitekturo in homeostatični nadzor. Pri matičnih rakavih celicah imajo hčerinske celice sposobnost izhoda iz ciklusa somoohra- njevanja tako, da vodijo v eksponentno razrast. Pri tem imajo inhibiran program diferenciacije, prisotna pa je velika stopnja nestabilnosti genoma, ki dodatno povzroča genetske spremembe. Na koncu poti, ki je označena s puščico (od A prek B in C) pa imajo celice omejen potencial samoobnavljanja in vzdrževanja tkivne arhitekture. 67 060 2019 Farmacija.indd 67 20.9.2019 10:48:25  N eo pla st ične celice, inva zivn o st in m et a st a zira n je infiltrirajo neoplazmo. Nove tumorske krvne žile se razlikujejo od pa tvorbe tumorjev, če jih injiciramo v poskusne živali z inhibi- normalnih, saj imajo prekinjene bazalne membrane in zelo pre- ranim imunskim sistemom. Za človeško akutno in kronično mie- pustne kapilare. Angiogeneza omogoči boljšo prehrano in hitrej- loidno levkemijo je znano, da obstaja zelo majhna frakcija celic šo rast neoplazme. Na novo deleče se endotelijske celice izločajo (< 0,0001–0,1 %), ki imajo lastnosti podobne matičnim celicam različne vrste beljakovin (proteaze, snovi, ki raztapljajo bazalne (neomejena sposobnost samoohranitvene delitve in sposobno- membrane), ki lahko spodbudijo proliferacijo in gibljivost rakavih sti povzročanja levkemije pri zaporednih presaditvah v miši). So celic (npr. endotelijske celice izločajo pri karcinomu dojke inter- podobne normalnim matičnim celicam, a se od slednjih ločijo, levkin-6, ki poveča možnost, da rakave celice prodrejo v krvna ker niso več pod nadzorom homeostatičnih mehanizmov. Podo- obtočila in metastazirajo). bno populacijo celic najdemo tudi pri solidnih neoplazmah. Te rakave matične celice imajo kot normalne matične celice sposo- Poleg povečanega nastajanja snovi, ki pospešujejo angiogene- bnost neomejenih delitev. Čeprav se celični ciklus odvija počasi, zo (angiogenin, bazični rastni dejavniki za fibroblaste /ang. basic je rast neoplazme predvsem posledica klonske ekspanzije matič- fibroblast growth factor – bFGF/, vaskularni endotelijski rastni nih rakavih celic, in hčerinskih celic, ki nastanejo iz njih. Matične dejavnik /VEGF/), se v malignih celicah zmanjša nastajanje rakave celice so bolj rezistentne na kemoterapijo in radioterapijo, snovi, ki zavirajo angiogenezo. Šele združen učinek nastajanja saj v povečani količini izražajo antiapoptotične proteine (npr. iz pozitivnih in zmanjšanje nastajanja negativnih angiogenetskih družine Bcl-2). Potekajo intenzivne raziskave z namenom odkriti dejavnikov privede do hitrega vraščanja kapilar v neoplazmo. signalne poti, ki so skupne za t. i. matične rakave celice, a drugač- Negativni regulator angiogeneze je npr. trombospondin 1, ki je ne od normalnih celic. To bi omogočilo določitev novih terapevt- pod kontrolo supresorskega gena za neoplazmo p53. Po mutaci- skih tarč in s tem tudi novih antagonistov za te tarče, ki bi lahko ji gena p53 se zmanjša nastajanje trombospondina in pojavi se bila nova zdravila. angiogenetska aktivnost. Drugi zaviralci angiogeneze so še angi- ostatin, ki se kopiči v žilah le v prisotnosti primarne neoplazme, 3.4 Invazivnost endostatin, vaskulostatin. Vsi inhibitorji prispevajo k zaviranju Neoplastične celice so sposobne vdirati v okolno, zdravo tki- delitve normalnega endotelija kapilar. vo in ga uničevati s pritiskom ali s toksičnimi presnovki. To je Mnoge raziskave so tudi potrdile zvezo med obsegom angioge- kompleksen pojav, ki se odvija v več stopnjah (neoplastične celi- neze in verjetnostjo metastaziranja. Nove krvne žile neoplazmi ce, ki ne prodrejo skozi bazalno membrano in ostanejo omejene namreč ne prinašajo samo hranljivih snovi in kisik, ampak omo- na epitelij, imenujemo karcinom in situ). gočajo tudi prehod rakavih celic iz tumorske mase v obtočila, kar Najprej pride do oddvajanja skupine malignih celic od pri- je prvi korak v proces metastaziranja. marnega tumorja, kar je posledica manjše adhezivnosti celic, ki nastane z izgubo medceličnih povezav. Na površini malignih celic Večina neoplazem postane z določeno velikostjo hipova- se zmanjša število adhezijskih molekul (kadherinov-E), ki povezu- skularnih, kar povzroči is