Изменения в генах и рак

Человеческое тело состоит из триллионов клеток - основных строительных блоков любого сложного животного.

Эти клетки обычно работают вместе, образуя органы, такие как сердце, печень и кожа. Чтобы клетки могли работать вместе, они должны обладать определенными чертами или характеристиками. Например, они должны быть способны делиться, чтобы создавать новые клетки в нужное время, оставаться там, где они нужны, и не вытеснять соседние клетки.

Рак начинается, когда клетки в организме становятся ненормальными и начинают расти бесконтрольно. Это вызвано определенными изменениями в генах клетки.

Что такое гены?

Гены - это фрагменты ДНК внутри каждой клетки. Они сообщают клетке, как вырабатывать белки, необходимые ей для функционирования. Каждый ген содержит код (инструкции) для производства определенного белка, и у каждого белка есть определенная работа. Например, некоторые гены кодируют белки, которые помогают клетке расти и делиться, создавая новые клетки. Другие гены кодируют белки, которые помогают контролировать рост клеток.

Гены содержатся в хромосомах, которые представляют собой длинные цепочки ДНК в каждой клетке. Каждая хромосома имеет много разных генов.

Большинство клеток человека имеют 23 пары хромосом. Одна хромосома каждой пары наследуется от матери человека, а другая - от отца. Вот почему дети, как правило, похожи на своих родителей и почему у них может быть склонность к развитию определенных заболеваний, которые передаются в их семьях.

Все клетки в организме имеют одинаковые гены, но каждая клетка использует только те гены, которые ей нужны. То есть он включает (активирует) нужные ему гены в нужное время и отключает другие гены, которые ему не нужны. Включение одних генов и отключение других - это то, как клетка становится специализированной, например, становится мышечной клеткой или костной клеткой. Некоторые гены остаются активными все время, чтобы производить белки, необходимые для основных функций клетки. Другие гены отключаются, когда их работа завершена, и могут быть снова включены позже, если это необходимо.

Изменения в генах

Хотя у всех нас в основном одинаковый набор генов, у нас также есть различия в наших генах, которые делают каждого из нас уникальным.

‘Код’ или ‘схема’ для каждого гена содержится в химических веществах, называемых нуклеотидами.ДНК состоит из 4 нуклеотидов (A, T, G и C), которые действуют как буквы алфавита. Каждый ген состоит из длинной цепочки нуклеотидов, порядок расположения которых сообщает клетке, как вырабатывать определенный белок.

Варианты генов и мутации

У некоторых людей есть изменения в нуклеотидах гена, которые известны как варианты (или мутации). Например, одна нуклеотидная ‘буква’ может быть заменена на другую, или одна или несколько букв могут отсутствовать по сравнению с генами большинства других людей.

Варианты генов могут по-разному влиять на белки, которые они кодируют. Например:

• Некоторые варианты генов могут не оказывать заметного влияния на белок.
• Некоторые варианты могут привести к очень незначительным изменениям в белке. Например, вариант может привести к белку, который имеет немного другую форму и, следовательно, немного менее эффективен, чем ‘обычная’ версия белка.
• Некоторые варианты могут иметь более серьезные последствия. Например, вариант может привести к белку, который вообще не работает.

Варианты генов, которые приводят к изменениям в белках, могут повлиять на все клетки с этим вариантом, что может даже повлиять на весь организм.

Общие эффекты некоторых вариантов генов не обязательно могут быть ‘хорошими" или "плохими". Например, варианты генов объясняют различия в цвете волос или глаз людей. С другой стороны, некоторые варианты могут привести к заболеванию (например, раку) или увеличить риск заболевания. Они называются патогенными вариантами. (Это также то, о чем думают многие люди, когда слышат термин мутация.)

Наследственные и приобретенные генные мутации

Варианты генов, включая мутации, могут быть как наследуемыми, так и приобретенными.

Наследуемая генная мутация, как следует из названия, наследуется от родителя, поэтому она присутствует в самой первой клетке (как только яйцеклетка оплодотворяется сперматозоидом), которая в конечном итоге становится человеком. Поскольку все клетки в организме произошли от этой первой клетки, эта мутация присутствует в каждой клетке организма, а также может быть передана следующему поколению. Этот тип мутации также называют мутацией зародышевой линии (потому что клетки, которые развиваются в яйцеклетки и сперматозоиды, называются зародышевыми клетками) или наследственной мутацией.

Обычно требуется более одной генной мутации, чтобы клетка превратилась в раковую клетку. Но когда кто-то наследует аномальную копию гена, его клетки уже начинаются с одной мутации. Это облегчает (и ускоряет) возникновение других мутаций, которые могут привести к превращению клетки в раковую клетку. Вот почему рак, связанный с наследственными мутациями, как правило, возникает раньше в жизни, чем рак того же типа, который не передается по наследству.

Унаследованные генные мутации не являются основной причиной большинства видов рака.Чтобы узнать о некоторых наиболее распространенных наследственных мутациях генов, которые могут привести к раку, см. раздел Семейные онкологические синдромы.

Приобретенная генная мутация не наследуется от родителя. Вместо этого он развивается в какой-то момент в течение жизни человека. Приобретенные мутации происходят в одной клетке, а затем передаются любым новым клеткам, которые происходят из этой клетки. Эта мутация не может быть передана детям человека, потому что она не влияет на их сперматозоиды или яйцеклетки. Этот тип мутации также называют спорадической мутацией или соматической мутацией.

Приобретенные мутации могут возникать по разным причинам. Иногда они происходят, когда ДНК клетки повреждена, например, после воздействия радиации или определенных химических веществ. Но часто эти мутации происходят случайным образом, не имея внешней причины. Например, во время сложного процесса, когда клетка делится, чтобы образовать 2 новые клетки, клетка должна сделать еще одну копию всей своей ДНК, и иногда при этом происходят ошибки (мутации). Каждый раз, когда клетка делится, это еще один шанс для возникновения генных мутаций. Количество мутаций в наших клетках может накапливаться с течением времени, поэтому с возрастом у нас повышается риск развития рака.

Приобретенные генные мутации являются гораздо более распространенной причиной рака, чем наследственные мутации.

Другие способы изменения активности генов

Некоторые изменения внутри клеток, которые могут привести к раку, не связаны с вариантами генов или мутациями. Клетки могут включать и выключать некоторые из своих генов другими способами, и некоторые из них могут также влиять на то, как клетка растет и делится.

Как упоминалось ранее, различные гены более активны в одних клетках, чем в других. Даже внутри определенной клетки некоторые гены в одни моменты времени активны, а в другие - неактивны. Включение и выключение этих генов не осуществляется путем изменения последовательности ДНК (как в случае с вариантами и мутациями). Вместо этого изменения в активности генов происходят другими способами, известными как эпигенетические изменения. Существует несколько типов этих изменений:

• Метилирование ДНК: при этом типе изменений небольшая химическая группа, называемая метильной группой, присоединяется к ДНК, так что ген не может запустить процесс производства белка, который он кодирует. Это в основном отключает ген. С другой стороны, удаление метильной группы (в процессе, называемом деметилированием) может включить ген.
• Ацетилирование гистонов / модификация гистонов: хромосомы состоят из нитей ДНК, обернутых вокруг белков, называемых гистонами. Белки гистонов могут быть изменены путем добавления (или вычитания) небольшой химической группы, называемой ацетильной группой. Добавление ацетильных групп (ацетилирование) может активировать (включить) эту часть хромосомы, в то время как удаление (деацетилирование) может ее деактивировать (отключить).
  
  Препараты, называемые ингибиторами гистондеацетилазы (HDAC), могут помочь в лечении некоторых видов рака, активируя гены, которые помогают контролировать рост и деление клеток.
• РНК-интерференция: внутри каждой клетки ДНК действует как долговременное хранилище наших генов. Но ДНК находится не в той части клетки, где производятся белки. Чтобы создать белок, сначала необходимо создать копию его генетического кода (в форме информационной РНК или мРНК) из ДНК. Затем этот фрагмент мРНК может передавать инструкции в ту часть клетки, где вырабатываются белки. мРНК используется только в течение короткого времени для производства белка, а затем она расщепляется. Если клетке требуется больше этого белка, она вырабатывает больше мРНК.
  
  РНК-интерференция - это еще один способ, которым клетки могут отключать гены. Клетка может вырабатывать другие формы РНК, которые прилипают к мРНК. Это может привести к разрушению мРНК или помешать ей доставить свой код.
  
  Разрабатываются лекарства, нацеленные на формы РНК, участвующие в РНК-интерференции. Это может помочь отключить определенные гены, которые вызывают рак.

Как изменения в генах могут повлиять на риск развития рака

Некоторые гены обычно помогают контролировать, когда наши клетки растут, делятся для создания новых клеток, исправляют ошибки в ДНК или вызывают гибель клеток, когда они должны. Если эти гены не работают должным образом, это может повлиять на риск развития рака. Например:

• Изменения в генах, которые обычно помогают клеткам расти, делиться или оставаться в живых, могут привести к тому, что эти гены будут более активными, чем они должны быть, в результате чего они станут онкогенами. Эти гены могут привести к тому, что клетки выйдут из-под контроля.
• Гены, которые обычно помогают контролировать деление клеток или вызывают гибель клеток в нужное время, известны как гены-супрессоры опухолей. Изменения, которые отключают эти гены, могут привести к тому, что клетки выйдут из-под контроля.
• Некоторые гены обычно помогают исправлять ошибки в ДНК клетки. Изменения, которые отключают эти гены репарации ДНК, могут привести к накоплению изменений ДНК внутри клетки, что может привести к их выходу из-под контроля.

Изменения ДНК, которые создают онкогены или которые отключают гены-супрессоры опухолей или гены репарации ДНК, могут привести к раку, хотя обычно требуется несколько изменений в генах, прежде чем клетка станет раковой клеткой. Чтобы узнать больше, см. Онкогены, гены-супрессоры опухолей и гены репарации ДНК.

Изменения в некоторых других генах не приводят непосредственно к раку, но они все равно могут повысить вероятность заболевания раком. Например, некоторые изменения в генах могут ограничить то, насколько хорошо организм расщепляет некоторые токсины, содержащиеся в табачном дыме. Среди курящих людей люди с такими генными изменениями могут с большей вероятностью заболеть раком легких и другими видами рака, связанными с курением.

Изменения в генах также могут играть роль в других состояниях, которые могут повлиять на риск развития рака. Например, некоторые варианты генов могут влиять на массу тела. Люди с избыточной массой тела более склонны к некоторым видам рака, поэтому эти варианты могут также косвенно влиять на риск развития рака.

Варианты генов и другие изменения являются общими. Они есть у всех нас, и их последствия могут в совокупности влиять на наш риск развития рака.

...