Co powoduje raka?

Choroby nowotworowe są jednym z głównych powodów zgonów w Stanach Zjednoczonych. Zrozumienie, jak powstaje i jak się rozwija nowotwór, jest oczywiście jednym z najważniejszych celów współczesnej medycyny. Oto trochę niezbędnych informacji.

Jest kilka zagadnień dotyczących raka, które musimy wyjaśnić. Dlaczego niektóre nowotwory występują u wielu członków rodziny? Dlaczego istnieją tak różne formy nieprawidłowego rozmnażania się komórek, od łagodnej narośli do gwałtownie rozrastającego się guza z przerzutami? I dlaczego rak jest, ogólnie mówiąc, chorobą ostatnich lat?

Aby zrozumieć, dlaczego komórka zaczyna się dzielić bez opamiętania, musimy najpierw pojąć, skąd komórki w normalnych warunkach wiedzą, kiedy zacząć, a kiedy skończyć się dzielić. Procesy podziału komórki są wyzwalane przez białka zwane czynnikami wzrostu, które wpaso-wują się w białka receptorów, osadzone w błonie komórkowej. W odpowiedzi na przybycie czynników wzrostu białka receptorów wytwarzają jeszcze inne cząsteczki, wyzwalające zespół reakcji, powodujących w końcu to, że DNA komórki produkuje białka biorące udział w jej podziale. Tak więc do rozpoczęcia procesu podziału potrzebny jest łańcuch sygnałów, zarówno z zewnątrz (czynniki wzrostu), jak i od wewnątrz (cząsteczki wyzwalające ostatecznie transkrypcję DNA).

Na końcu cyklu podobny ciąg zdarzeń każe komórce zaprzestać podziałów. Białka zwane czynnikami hamującymi wzrost przyjmowane są przez inny zestaw receptorów w ścianie komórki, rozpoczynając wytwarzanie cząsteczek, które ostatecznie powodują, że DNA zaczyna wytwarzać białka zatrzymujące cykl podziału. Te ostatnie substancje nazywane są często supresorami nowotworu (białkami hamującymi jego wzrost).

Tak więc podział komórki regulowany jest do pewnego stopnia w ten sam sposób, co prędkość samochodu. Mamy tu „pedał gazu” (czynnik wzrostu), by ją zwiększyć, i „hamulec” (supresory nowotworu), aby ją zmniejszyć. Zatem proces może się wymknąć spod kontroli na dwa sposoby. Jeżeli w DNA występuje uszkodzony gen, komórka może masowo produkować cząsteczki rozpoczynające podział komórki, nawet jeśli na błonie komórkowej nie ma żadnego czynnika wzrostu. Sytuacja ta przypomina zablokowanie pedału gazu w samochodzie – silnik przyspiesza nawet wtedy, gdy nikt nie naciska na pedał. DNA może zostać uszkodzony również w takim miejscu, że nie może wytwarzać cząsteczek kończących cykl. To odpowiada uszkodzeniu hamulców w samochodzie.

W ludzkim DNA każdy gen ma dwie kopie, zwane allelami – jedną od matki, drugą od ojca. Allele mogą wytwarzać białko, którego kod zawierają. Układ kontrolny zawodzi wtedy, gdy jedne z alleli ulegną mutacji w taki sposób, że zaczynają wytwarzać zbyt dużo białek włączających podział komórki – to jest jeden ze sposobów zablokowania pedału gazu. Przykładem tej formy uszkodzenia jest to, co biolodzy nazywają onkogenami (genami związanymi z powstaniem raka). Allele mogą również ulec mutacji do takiego stopnia, że zupełnie przestaną być produkowane niezbędne białka (takie jak supresory nowotworu) – mamy wtedy do czynienia z uszkodzeniem układu hamulcowego.

Jeśli ktoś odziedziczy uszkodzony gen od jednego z rodziców, nie będzie to oznaczało, że jest skazany na rozwój raka, ponieważ brakuje mu białek hamujących wzrost nowotworu. Dopóki ma jeden gen działający, komórki będą w stanie sterować cyklem podziału. Oznacza to jednak, że jeśli mutacja uszkodzi dobry gen, nie ma już zapasowej kopii. Wyjaśnia to, w jaki sposób rak może występować rodzinnie i dlaczego nie u każdego członka rodziny rozwija się choroba. To, co jest dziedziczne, to zwiększona podatność, spowodowana brakiem zapasowych genów.

Dzisiaj naukowcy myślą o rozwoju raka w kategoriach „ewolucji klonalnej” lub, bardziej potocznie, teorii „wielokrotnych uderzeń”. Idea polega na tym, że nawet z jedną lub dwiema mutacjami decydujących genów układ regulacji komórek może jakoś przetrwać. Zanim rozwinie się rak, muszą powstać uszkodzenia różnych genów.

Naukowcy rozpracowali ostatnio sekwencję „uderzeń” koniecznych do powstania raka jelita grubego. Pierwszym krokiem jest strata genu „hamującego” w chromosomie piątym, czego wynikiem jest rozwój niewielkiego, łagodnego polipa. Następnym jest mutacja genu w chromosomie dwunastym do onkogenu, co zapoczątkowuje wzrost komórek i utworzenie dużego, nadal niezłośliwego polipa. Na koniec następuje strata genów – supresorów w chromosomie siedemnastym i genu w chromosomie osiemnastym, kodującego substancję pomagającą komórkom w zlepianiu się. Guz stanie się złośliwy jedynie wtedy, gdy wszystkie te uderzenia się skumulują.

W ciągu następnego dziesięciolecia zostanie rozpracowanych o wiele więcej takich szczegółowych sekwencji i przypuszczam, że o wiele więcej będzie można przeczytać o identyfikacji specyficznych genów, biorących udział w rozwoju określonych postaci raka. Wiedza ta będzie miała ogromny wpływ na leczenie nowotworów. Pozwoli na zastosowanie analizy genetycznej do postawienia lepszej diagnozy i dzięki identyfikacji, które białko jest lub nie jest obecne na określonym etapie choroby, umożliwi zaprojektowanie leków odblokowujących „pedał gazu” lub wprowadzających dodatkowe „hamulce”.