Biologie rakoviny
Precis
tento článek poskytuje stručné vysvětlení biologie rakoviny, včetně jejích biologických a molekulárních příčin. V textu je vysvětlena řada složitých vědeckých pojmů (označených tučným písmem).
co je rakovina
rakovina je abnormalita vnitřních regulačních mechanismů buňky, která má za následek nekontrolovaný růst a reprodukci buňky. Zní to jednoduše, ale v buňce se pravděpodobně vyskytuje více regulačních interakcí než interakcí mezi lidmi v New Yorku v daný den.
Normální buňky tvoří tkáně, a když se tyto buňky ztrácejí schopnost chovat jako zadaný, kontrolované a koordinované jednotky (dedifferentiation) vada vede ke zmatku mezi buněčné populace. Když k tomu dojde, vytvoří se nádor. (Více o tom později.) Rakovina je termín popisující velké množství poruch proliferace. Specifická porucha se může lišit od typu tkáně k typu tkáně. Jeden nádor může mít dokonce různé populace buněk v něm s různými procesy, které šly nakřivo.
maligní versus benigní
nádor lze klasifikovat jako maligní nebo benigní. V obou případech dochází k abnormální agregaci a proliferaci buněk. V případě maligního nádoru se tyto buňky chovají agresivněji a získávají vlastnosti zvýšené invazivity. Nakonec, nádorové buňky mohou dokonce získat možnost vymanit se z mikroskopických prostředí, v němž vznikl, se rozšířil na další části těla (s velmi různých prostředí, které obvykle není příznivé pro jejich růst) a pokračovat v jejich rychlý růst a dělení v této nové lokalitě. Tomu se říká metastázy. Jakmile maligní buňky metastázují, dosažení vyléčení je obtížnější.
benigní nádory mají menší tendenci k invazi a jsou méně pravděpodobné, že metastázují. Rozdělují se však nekontrolovatelným způsobem. V závislosti na jejich umístění mohou být stejně život ohrožující jako maligní léze. Příkladem může být benigní nádor v mozku, který může růst a zabírat prostor uvnitř lebky, což vede ke zvýšenému tlaku na mozek.
Korekce Abnormalit
Opravy různých buněčných abnormalit v nádorových buňkách by mohl potenciálně zabránit nebo zvrátit buněčné proliferace, což vede k vyléčení nemoci. Existuje mnoho důvodů, proč je to tak těžké, ale primární vysvětlení je, že jsme dosud nemají dostatečné pochopení všech procesů, které jdou dovnitř buňky na molekulární úrovni. Bez těchto znalostí nám chybí schopnost“ říct „rakovinným buňkám, aby se jednoduše „chovaly“.“Místo toho musíme dosáhnout našich léků zabíjením rakovinných buněk.
dalším problémem je, že buňky (včetně nerakovinných) přirozeně získávají mutace při reprodukci. Rychle se rozmnožující skupiny buněk mutují ještě vyšší rychlostí. Buňky mají některé „stroje“ v nich, která pomáhá opravit tyto mutace, jak k nim dojde během reprodukce, ale rakovinné buňky často ztrácejí tuto schopnost (více o tom níže). Konečným výsledkem je, že jeden nádor může obsahovat heterogenní skupinu buněk s různými buněčnými „rysy“.“I když jsme pochopili mechanismus proliferativní tendence v nádoru, ne všechny buňky v konkrétním nádoru jsou stejné. Mnoho dalších typů buněk, které se mírně liší, existuje v populaci rakovinných buněk a tyto buňky by také musely být zaměřeny našimi léčebnými strategiemi.
genetický výzkum
existuje mnoho oblastí současného aktivního intenzivního výzkumu zaměřeného na řešení těchto problémů. Hlavním úsilím je projekt lidského genomu (HGP), národní koordinované úsilí charakterizovat veškerý lidský genetický materiál obsažený v lidských buňkách. Konečným cílem HGP je objevit všech více než 80 000 lidských genů a zpřístupnit je pro další biologické studium.
některé z těchto genů již byly zapojeny do růstu nádoru. Onkogeny jsou geny v buňce, které po aktivaci pomáhají nekontrolovaně řídit dělení buňky. Podobně existují některé známé tumor supresorové geny, které jsou normálně aktivní v buňce, aby se zabránilo nekontrolovanému růstu, ale které se stanou vadnými nebo jsou v některých rakovinných buňkách „vypnuty“.
zatímco řada těchto genů byla identifikována, pouze malé množství je skutečně podrobně pochopeno. Pouhý počet genů, genových kódů a podjednotek DNA činí studium tohoto problému skličujícím.
Obrázek poskytnuty se svolením DOE Projekt Lidský Genom má
Příčiny Genetické Abnormality
Existuje celá řada možných faktorů způsobujících lidské genetické abnormality. Nyní víme, že některé získané mutace mohou zapnout onkogeny nebo mohou inhibovat tumor supresorové geny. Tyto mutace se vyskytují v chromozomech buňky (46 „jednotek“ nebo „balíčků“ v buňce, které obsahují její genetický materiál) během normálního buněčného dělení. Tam jsou jména, pro některé z těchto typů chromozomálních mutací, které můžete vidět v dalším čtení, jako „chromosomové translokace“, „inverze“, „odstranění“, „zvětšení“, nebo „bodové mutace.“(Specifika těchto různých chromozomálních abnormalit jsou nad rámec tohoto článku, ale stačí říci, že tyto abnormality vedou k různým druhům genetického zmatku.)
Buněčné Funkce a Poškození
Zatímco genetika je klíč k pochopení transformace normálních buněk do nádorů, musíme také pochopit, jak genetické mutace ovlivňují buněčné funkce.
pro pochopení buněčné proliferace je zásadní pochopení role buněčného cyklu. Všechny buňky v těle se reprodukují (i když některé pomaleji než jiné). Například vrchní vrstva kůže je neustále ztracena a nahrazena během vašeho života. Pro buňky reprodukovat sám, je třeba projít přes tento „cyklus“ z událostí, které zahrnují zdvojnásobení jeho genetického materiálu a zvýšení množství mobilní „stroje“, tak, že když se buňka rozdělí na dvě každá buňka má dostatek základních materiálů, přežít a reprodukovat se.
řádný průběh událostí v tomto buněčném cyklu závisí na specifických mechanismech časování. Onkogeny a tumor supresorové geny přímo řídí mnoho aspektů buněčného cyklu. Když se tyto geny zmutují chromozomální abnormalitou, mohou způsobit nekontrolované pokračování buněčného cyklu vypnutím různých mechanismů, které normálně brání replikaci buňky neuspořádaným způsobem.
diferenciace
každá buňka ve vašem těle pochází z jedné původní buňky (vytvořené, když se vajíčko a spermie spojily). Protože se tato buňka reprodukuje do více buněk a tvoří plod, diverzifikují se (diferencují) na různé typy tkání (svaly ,kosti, chrupavky, nervy, žaludeční výstelka atd.). Nakonec je lidské tělo složeno snad ze stovek druhů buněk. Jeden zvědavý, co (ne dobře srozumitelný vědci) je, že jakmile se buňka stává nervové buňky (například), to pak nemůže změnit do svalových buněk, i když původní buňky, ze které je odvozen, ve skutečnosti, mají tuto schopnost. Rozlišuje se.
diferencované buňky mají jinou vlastnost – „slepí“ dobře definovanými způsoby (do mikroskopických a makroskopických zkumavek, listů nebo řetězců) ve vašem těle, aby vytvořily různé tkáně. Po chromozomální abnormality se vyskytují a buňky se stává nediferencovaný karcinom (nebo nediferencované), tyto buňky mohou ztratit jejich tendenci „držet spolu“ na buněčné úrovni. Vědecký termín pro toto je “ ztráta inhibice kontaktu.“
apoptóza
apoptóza, označovaná jako programovaná buněčná smrt, je další složitou částí buněčného cyklu. Apoptóza je zřetelná forma smrti, která je naprogramovanou událostí a vyskytuje se v reakci na určité podněty. Apoptóza je nezbytná pro normální vývoj tkáně. Kromě toho tento systém umožňuje buňkám autodestrukci po detekci poškození DNA spíše než udržování mutací, které by mohly být smrtelné pro celý organismus.
rozhodnutí buňky růst a opravit poškození DNA nebo vyvolat apoptózu není pochopeno, ale může souviset se stupněm poškození DNA. Gen p53 je klíčovým účastníkem tohoto procesu. Ztráta funkce p53 může vyústit v nevhodné progresi v průběhu buněčného cyklu po poškození DNA a přežití buňky, které by jinak zemřel. Od p53 je v jádru buňky stabilitu cyklu a apoptózy, to není překvapující, že to je nejčastěji mutovaný gen v lidských nádorech, zahrnující vady ve více než 50% všech nádorů.
Gen pRb také hraje důležitou roli při prevenci nekontrolovatelného pokračování buněčného cyklu. „Checkpoint“ v buněčném cyklu a brání buňce v dalším cyklování, pokud nebyla splněna určitá přísná kritéria.) Když je gen pRb mutován, buňka by mohla ztratit tento důležitý krok, který řídí reprodukci buněk. To by zase vedlo ke zvýšené proliferaci buněk, čímž by se zvýšila maligní transformace buňky.
Shrnutí
Buňky se mohou stát maligní když geny odpovědné za apoptózu zmutovat. Mutované geny poskytují:
- Méně, než je obvyklé inhibice progrese buněčného cyklu (tumor-supresorové geny),
- Vylepšený pohon prostřednictvím buněčného cyklu (onkogeny)
- Zvýšená anti-apoptózy signály; a/nebo
- snížené signály pro-apoptózy
jak získáme lepší pochopení buněčné smrti, mohou být vyvinuty metody, které využívají apoptotis pro klinický zisk. Tyto metody mohou zahrnovat selektivní aktivaci apoptózy v nádorových buňkách a ne v normální tkáni; korekce apoptotických defektů v rakovinných buňkách nějakým obnovením genu p53; nebo brání apoptózu v normálních tkáních s látkami, které chrání normální tkáně před poškozením záření (ochrany před zářením) a chemoterapie (chemoprotection), takže vyšší dávky záření mohly být dopraveny do nádorových buněk bez ovlivnění normálních lidských tkání.
závěr
existují stovky známých faktorů zapojených do příčiny rakoviny a stovky dalších, které jsou stále pochybné nebo neznámé. Mnozí jsou předmětem šetření, nebo byly zapojeny dříve, ale nyní jsou odmítány jako hlavní faktory (blízkost elektrické vysoký výkon linky, například). Než se vyléčí pomocí molekulární genetiky, budeme muset pochopit úplnou interakci buňky a jejího okolí.
je nepravděpodobné, že by byla zjištěna jediná příčina rakoviny. Společné mechanismy vedoucí k rozvoji všech druhů rakoviny mohou a existují. Identifikace a prevence těchto abnormálních procesů je pravděpodobně nejpravděpodobnějším způsobem, jak budeme schopni snížit míru rakoviny. Jakmile se však vytvoří rakovina, je třeba použít mnoho různých strategií k přerušení těchto buněčných procesů a odstranění a deaktivaci abnormálních buněk. Tyto strategie se budou nutně lišit v závislosti na typech nádorů, umístění a dalších nádorových a hostitelských faktorech.