Объяснение основных генов-супрессоров опухолей

Гипотеза двух ударов и инактивация биаллельного опухолевого супрессора

Модель двух ударов Кнудсона предполагает, что рак требует инактивации обеих аллелей гена-супрессора опухоли. При наследственной ретинобластоме пациенты наследуют один мутантный аллель RB1 (первый удар), и для развития опухолей требуется только одна соматическая мутация в оставшемся аллеле (второй удар), что объясняет, почему наследственный рак появляется в молодом возрасте и во многих локализациях.

При спорадическом раке оба поражения должны происходить независимо в одной и той же соматической клетке, что объясняет более позднее начало и одностороннее проявление. Тот же принцип применим к TP53 при синдроме Ли-Фраумени, BRCA1 при наследственном раке молочной железы и APC при семейном аденоматозном полипозе. Последующие сигнальные последствия потери супрессора опухоли определяют терапевтическую уязвимость: потеря BRCA1 создает синтетическую летальность ингибитора PARP; Потеря PTEN создает зависимость путей PI3K/AKT/mTOR.

TP53: Хранитель генома

TP53 представляет собой наиболее часто мутирующий ген при раке человека, измененный более чем в 50% всех типов опухолей. Белок p53 интегрирует сигналы стресса — двухцепочечные разрывы ДНК (через ATM), активацию онкогена (через ARF/CDKN2A) и гипоксию (через HIF1A) — и решает, должна ли пораженная клетка арестовываться, восстанавливаться, стареть или подвергаться апоптозу.

После повреждения ДНК р53 стабилизируется путем ингибирования его основного негативного регулятора MDM2, затем транскрипционно активирует CDKN1A (кодирующий р21). p21 связывает и инактивирует комплексы CDK2 и CDK4, вызывая остановку клеточного цикла G1. Если повреждение не может быть устранено, р53 активирует проапоптотические мишени, включая BAX и PUMA, инициируя проницаемость внешней мембраны митохондрий и внутренний путь апоптоза.

Патогенные варианты TP53 зародышевой линии вызывают синдром Ли-Фраумени. Группа NCI сообщила, что совокупная заболеваемость раком приближается к 100% к возрасту 70 лет со значительными различиями в зависимости от пола, возраста, варианта и типа рака. Спектр мутаций TP53 при спорадическом раке удивительно постоянен: большинство из них представляют собой миссенс-мутации, которые производят стабильный, но нефункциональный белок, часто с доминантно-негативным воздействием на оставшуюся аллель дикого типа.

BRCA1 и гомологичная рекомбинация

BRCA1 представляет собой многофункциональный белок, но его решающая роль в подавлении опухолей заключается в гомологичной рекомбинации (HR) – высокоточном восстановлении двухцепочечных разрывов ДНК. BRCA1 рекрутируется для разрыва сайтов в течение нескольких секунд, где он образует многобелковый комплекс, включающий PALB2, BRCA2 и RAD51, который использует интактную сестринскую хроматиду в качестве матрицы для точной реконструкции последовательности.

Потеря функции BRCA1 вынуждает клетки полагаться на подверженные ошибкам пути репарации, включая негомологическое соединение концов (NHEJ) и опосредованное микрогомологией соединение концов (MMEJ), которые приводят к делециям и транслокациям, которые накапливаются с течением времени. Этот фенотип «BRCAness» создает целенаправленную уязвимость: ингибиторы PARP (олапариб, нирапариб) используют синтетическую летальность, блокируя путь восстановления однонитевых разрывов, от которого зависят клетки с дефицитом BRCA1.

Носители зародышевых мутаций BRCA1 сталкиваются с примерно 50–70% риском рака молочной железы в течение жизни и 40–45% риском рака яичников. Снижающая риск сальпингоофорэктомия в возрасте 35–40 лет у носителей BRCA1 значительно снижает смертность от рака яичников.

Управление путями PTEN и PI3K

PTEN представляет собой фосфатазу двойной специфичности, чья липид-фосфатазная активность дефосфорилирует PIP3 в PIP2, прямо противоположно активности PI3K. Это позиционирует PTEN как основной негативный регулятор оси PI3K/AKT/mTOR — наиболее часто активируемого онкогенного пути при раке человека, измененного более чем в 70% опухолей.

Потеря PTEN приводит к конститутивной активации AKT и неограниченной передаче сигналов mTORC1, стимулированию синтеза белка, метаболическому перепрограммированию и выживанию клеток. Мутации PTEN зародышевой линии вызывают синдром Каудена, тогда как соматическая потеря происходит примерно в 30% случаев глиобластом, рака простаты и рака эндометрия. Ингибитор PI3Kα алпелисиб одобрен для лечения рака молочной железы с мутацией PIK3CA, а ингибиторы AKT активны при опухолях с дефицитом PTEN.

RB1 и точка ограничения клеточного цикла

Белок ретинобластомы (pRb, кодируемый RB1) является молекулярным исполнителем точки рестрикции G1. В активном гипофосфорилированном состоянии pRb связывает факторы транскрипции E2F и рекрутирует деацетилазы гистонов для подавления генов S-фазы. Комплексы CDK4/CDK6-циклин D фосфорилируют pRb в середине G1, высвобождая E2F и необратимо вызывая деление клетки.

Биаллельная инактивация RB1 вызывает ретинобластому, прототип двухударной модели Кнудсона. Соматическая потеря RB1 практически универсальна при мелкоклеточном раке легкого (~90%), часто встречается при раке мочевого пузыря и остеосаркоме. Почти каждый рак человека на каком-то уровне нарушает путь RB — посредством мутации RB1, делеции CDKN2A, амплификации CDK4 или сверхэкспрессии циклина D — что подчеркивает, что точка ограничения является наиболее универсальным средством контроля клеточного цикла в онкогенезе.

АТМ и реакция на повреждение ДНК

ATM представляет собой мастер-киназу, которая преобразует физическое присутствие двухцепочечного разрыва ДНК (обнаруживаемого комплексом MRN) в скоординированный клеточный ответ. В течение нескольких минут после повреждения ATM фосфорилирует H2AX (формируя фокусы γH2AX, видимые под микроскопом), CHK2, BRCA1 и p53, одновременно активируя восстановление и создавая контрольные точки на G1/S, внутри-S и G2/M.

Биаллельные изменения АТМ зародышевой линии вызывают атаксию-телеангиэктазию, тогда как гетерозиготные патогенные варианты могут повышать риск развития некоторых видов рака. Потеря опухолевого ATM изучается в качестве биомаркера лечения, но ее не следует рассматривать как взаимозаменяемую с потерей BRCA1/2 или как доказательство ответа на ингибирование платины или PARP для разных типов опухолей.

CDKN2A: два супрессора, один локус

CDKN2A является одним из наиболее часто удаляемых локусов при раке человека по веской причине: он кодирует два совершенно отдельных белка-супрессора опухоли из перекрывающихся рамок считывания. p16INK4a ингибирует CDK4/CDK6, предотвращая фосфорилирование pRb, непосредственно защищая контрольную точку G1. p14ARF секвестрирует MDM2 в ядрышке, усиливая стабильность и активность p53.

Таким образом, одна делеция CDKN2A одновременно отключает пути RB и p53 — две из трех наиболее важных цепей супрессора опухоли. Гомозиготная делеция встречается примерно в 50% меланом, примерно в 30% глиобластом и практически во всех случаях рака поджелудочной железы. Промотор p16INK4a также является одним из наиболее часто замалчиваемых метилированием локусов при раке и предраковых заболеваниях.