Onkogeny a protoonkogeny

Protoonkogeny jsou geny, které se běžně vyskytují v organismu a jsou odpovědné za proliferaci.

Podílí se na regulaci buněčné proliferace, regulaci průběhu buněčného cyklu, diferenciace, vývoje, stárnutí, programované buněčné smrti (apoptóze), imunitní odpovědi a karcinogenezi na všech úrovních signálních drah.

Produkty protoonkogenů

Růstové faktory

• protoonkogen sis kóduje část biologicky aktivního b-řetězce růstového faktoru PDGF (růstový faktor odvozený od krevních destiček)
• protoonkogen hst kóduje růstový faktor fibroblastů FGF
• v nádoru prsu, jícnu a u maligních melanomů je hst amplifikován a jeho zvýšená exprese má podíl na maligní transformaci

Receptory růstových faktorů

• nejčastěji mají tyrosinkinasouvou aktivitu – jedná se tedy o enzymy, které fosforylují tyrosiny cílových proteinů nebo o proteiny s tyrosinkinasovými doménami
• patří sem protoonkogen HER-2/neu (human epidermal growth receptor)
• patří do rodiny 4 protoonkogenů kódujících receptory pro epidermální růstové faktory (EGFR) s tyrosinkinasovou aktivitou
• v mutované hyperaktivní formě se vyskytuje v gliomech, amplifikace tohoto genu bývá také v buňkách karcinomu prsu

Proteiny vázající GTP – G-proteiny

• jde o intracelulární proteiny (GTPasy), které působí spolu s tyrosinkinasami
• podílejí se na regulaci buněčné proliferace
• mezi G-proteiny patří např. produkty protoonkogenů rodiny ras
• mutované protoonkogeny (onkogeny c-ras) kódují protein, jehož aktivita není regulována střídáním vazby s GTP nebo s GDP (aktivace nebo inaktivace ras proteinu) – v důsledku toho není ras onkoprotein schopen ukončit signál stimulující množení buněk
• nalézají se v buňkách různých nádorů

Tyrosinkinasy lokalizované v plasmatické membráně

• produkty protoonkogenů abl a src patří mezi proteiny s aktivitou tyrosinkinasy
• umožňují přenos signálů z plasmatické membrány do cytoplasmy

Cytoplasmatické proteiny

• přenos signálů cytoplasmou do jádra, které jsou vyvolané růstovými faktory, diferenciačními hormony, cytokiny, mobilizací iontů kalcia, kyslíkovými radikály nebo látkami poškozujícími DNA, je regulován produkty mnoha protoonkogenů
• spolu s produkty protoonkogenů rodiny ras zajišťuje přenos těchto signálů cytoplasmou také např. protoonkogen raf-1
• jeho produkt – proteinkinasa Raf-1, neboli první MAP-kinasa, má regulační úlohu v kaskádě přenosu signálů zprostředkovaných proteinikinasami

Transkripční faktory

• protoonkogeny fos, jun, erb-A, myc kódují proteiny se specifickou funkcí – transkripční faktory
• jsou aktivovány MAP-kinasami a jejich produkty podněcují nebo tlumí transkripci cílových genů pro regulaci jednotlivých úseků buněčného cyklu

Proteiny kontrolující průběh buněčného cyklu

• protoonkogeny myc a myb stimulují přechod z G1 do S fáze, zvýšená exprese vede ke zkrácení klidového stádia fáze G1 před vstupem do S fáze buněčného cyklu
• tím je omezen čas pro opravy DNA (omezení tzv. velkého repairu)

U různých protoonkogenů byly nalezeny velké podobnosti mezi různými živočišnými druhy, např. i u člověka, myší, kvasinek nebo drosophily. mutace v jednom z párových protoonkogenů na homologních chromosomech je dostatečná pro změnu regulace buněčné aktivity, na které se tento protoonkogen podílí. Mutace protoonkogenů byly dosud převážně detekovány jen v somatických buňkách a mají charakter dominantní mutace.

Onkogeneze

Protoonkogen

Jestliže dojde k abnormální aktivaci protoonkogenu, dochází k zvýšení exprese nebo hyperaktivitě proteinu. Důsledkem je nadměrné buněčné dělení. Tato mutovaná forma se nazývá onkogen. Protoonkogen může být takto aktivován v důsledku:

• bodové mutace,
• amplifikace (zvýšení počtu kopií protoonkogenu),
• translokace do transkripčně aktivního místa (např. Burkittův lymfom),
• vzniku chimerického (fúzního) genu v důsledku chromozomální přestavby (např. Filadelfský chromozóm).

Jiným mechanismem vzniku nádorového bujení je mutace antiproliferačních tumor-supresorových genů. Ty se v genomu vyskytují vždy ve dvou kopiích a pro jejich poškození je nutný zásah obou kopií. Protoonkogeny se však v této oblasti liší. Mutace jedné kopie protoonkogenu na onkogen bohatě stačí k vzniku projevů – dominantní charakter.

Protoonkogeny mohou kódovat velmi širokou paletu proteinů s mnoha různými funkcemi (geny buněčné diferenciace, signální molekuly, povrchové receptory, regulační geny…). Jestliže dojde k poškození např. proteinu signalizačních drah, může se změnit reaktivita buněk na působení růstových faktorů. Následuje výrazné buněčné dělení. To může být způsobeno několika mechanismy:

1. protein začne být tvořen i v buňkách, ve kterých se normálně netvoří;
2. protein je tvořen odpovídajícími buňkami, ale v nadměrném množství;
3. protein se tvoří ve formě, která nemůže být regulována normálními mechanismy.

Nové výzkumy objevily napojení aktivace protoonkogenů na onkogeny přes microRNA. Jedná se o úseky RNA o velikosti 21–25 nukleotidů. Ty mohou kontrolovat expresi těchto genů pomocí jejich down-regulování. V budoucnu by možná mohly být užívány k zablokování působení onkogenů.

V současné době je známo na 40 druhů protoonkogenů. Z toho u 16 z nich byla prokázána přímá souvislost s nádorovým bujením, např.:

Protoonkogen	tkáň
Her-2/ neu	nádory prsu
K-ras	nádory jícnu, tlustého střeva, pankreatu
beta-Catenin	nádory pankreatu, tlustého střeva
Cyclin E	nádory jater
mutantní B-Raf	melanomy

Příklady (proto)onkogenů

Mezi onkogeny patří například odvozené formy růstového faktoru PDGF, receptory pro růstové hormony nebo proteiny intracelulárních signálních drah. Všechny tyto buňky se vyznačují podobným chováním – reagují tak, jako by neustále dostávaly signalizační pokyny k dělení. Buňky se tak zcela vymykají regulačnímu řízení.

Mezi onkogeny patří také virový gen src. Viry způsobující rakovinu se nazývají transformační viry (často se jedná o retroviry). Za normálních okolností reguluje gen src proteinkinázu kontrolující buněčné dělení. Jednotlivé struktury onkogenu a protoonkogenu se od sebe liší v několika aminokyselinách.

Virové onkogeny	normální funkce protoonkogenu	nádory způsobené mutací
onkogen abl	Tyr-specifická proteinkináza	pre-B-lymfocytární leukémie
erb-B	receptor epidermálního růstového faktoru (EGF)	erytroleukémie
fos, jun	regulace genové exprese	osteosarkomy, fibrosarkomy
myc	regulace genové exprese	sarkomy a karcinomy
src	Tyr-specifická proteinkináza	sarkomy

Rousův sarkom (model studia onkogenů)

• detailní výzkum virového onkogenu v-src (retrovirus z Rousova sarkomu kuřat) metodou molekulární genetiky objasnil jeho původ
• provirová DNA byla klonována v bakteriofágu, po získání dostatečného množství provirové DNA byla rozštěpena restrikčními endonukleasami
• gen v-src byl izolován, vložen do plasmidu a pomnožen
• čistá DNA nesoucí v-src byla použita k transformaci kuřecích fibroblastů
• transformace fibroblastů izolovaným genem v-src byla úspěšná
• metodou DNA hybridizace, která porovnala strukturu onkogenu v-src s DNA izolovanou z normálních buněk kuřat bylo prokázáno, že onkogen v-src není virového původu, ale jde o kopii genu, který se nachází ve všech kuřecích buňkách
• onkogen v-src je tedy kopií exonů jednoho z buněčných protoonkogenů
• virový onkogen byl pravděpodobně původně součástí genomu eukaryotní buňky a z genetického materiálu hostitelské buňky jej transdukcí náhodně získal předchůdce Rousova viru
• na základě této studie byly identifikovány z nádorů různých živočichů další virové onkogeny
• tento objev poukázal na existenci buněčných genů se skrytým onkogenním potenciálem
• později byla objevena celá skupina buněčných protoonkogenů příbuzných s geny v-onc retrovirů
• dále byly izolovány a identifikovány i onkogeny nádorových buněk – celulární onkogeny (c-onc), které vznikly mutacemi buněčných protoonkogenů
• v současnosti identifikováno více než 100 různých lidských onkogenů v nádorech

Odkazy

Související články

• Buněčný cyklus
• Hereditární nádorové syndromy
• Mutace
• Proliferace
• Tumor-supresorové geny
• Chromozomové aberace v etiologii neoplázií

Zdroj

• What are Proto-Oncogenes
• Proto-Oncogenes to Oncogenes to Cancer

Použitá literatura

• ALBERTS, B, D BRAY a A JOHNSON. Základy buněčné biologie. 2. vydání. Espero Publishing, 2005. 740 s. ISBN 80-902906-2-0.

• KUMAR, Vinay, Abul K ABBAS a Nelson FAUSTO, et al. Robbins basic pathology. 8. vydání. Philadelphia : Saunders/Elsevier, 0000. 0 s. ISBN 978-1-4160-2973-1.