A rák biológiája
Precis
Ez a cikk rövid magyarázatot ad a rák biológiájáról, beleértve annak biológiai és molekuláris okait. Számos összetett tudományos kifejezést (félkövér betűvel azonosítva) magyaráznak a szövegben.
mi a rák
a rák a sejt belső szabályozó mechanizmusainak rendellenessége, amely a sejt kontrollálatlan növekedését és reprodukcióját eredményezi. Ez egyszerűnek hangzik, de valószínűleg több szabályozási kölcsönhatás fordul elő egy sejten belül, mint New Yorkban az emberek között egy adott napon.
a normál sejtek alkotják a szöveteket, és amikor ezek a sejtek elveszítik képességüket arra, hogy meghatározott, ellenőrzött és koordinált egységként viselkedjenek (dedifferenciálás), a hiba a sejtpopuláció szétzilálódásához vezet. Amikor ez bekövetkezik, daganat alakul ki. (Erről bővebben később.) A rák olyan kifejezés, amely a proliferáció sokféle rendellenességét írja le. A specifikus rendellenesség szövettípusonként változhat. Egyetlen daganatban akár különböző sejtpopulációk is lehetnek benne, különböző folyamatokkal, amelyek rosszul mentek.
rosszindulatú versus jóindulatú
a daganat rosszindulatúnak vagy jóindulatúnak minősíthető. Mindkét esetben a sejtek rendellenes aggregációja és proliferációja van. Rosszindulatú daganat esetén ezek a sejtek agresszívebben viselkednek, megszerezve a megnövekedett invazivitás tulajdonságait. Végül a tumorsejtek képesek arra, hogy elszakadjanak a mikroszkopikus környezettől, amelyben keletkeztek, átterjedjenek a test egy másik területére (egy nagyon eltérő környezettel, amely általában nem segíti a növekedésüket), és folytassák gyors növekedésüket és megosztottságukat ezen az új helyen. Ezt metasztázisnak nevezik. Miután a rosszindulatú sejtek áttétesedtek, a gyógyulás elérése nehezebb.
a jóindulatú daganatok kevésbé hajlamosak behatolni, és kevésbé valószínű, hogy áttétesek. Ezek azonban ellenőrizetlen módon oszlanak meg. Helyüktől függően ugyanolyan életveszélyesek lehetnek, mint a rosszindulatú elváltozások. Erre példa lehet egy jóindulatú daganat az agyban, amely növekedhet és helyet foglalhat el a koponyán belül, ami fokozott nyomást gyakorol az agyra.
rendellenességek korrekciója
a tumorsejtek különböző sejtes rendellenességeinek korrekciója potenciálisan megakadályozhatja vagy visszafordíthatja a sejtek proliferációját, ami a betegség gyógyításához vezet. Számos oka van annak, hogy ez olyan nehéz, de az elsődleges magyarázat az, hogy még nem ismerjük eléggé az összes folyamatot, amely a sejt belsejében molekuláris szinten zajlik. Ezen ismeretek nélkül hiányzik az a képesség, hogy “megmondjuk” a rákos sejteket, hogy egyszerűen “viselkedjenek.”Ehelyett a rákos sejtek elpusztításával kell elérnünk gyógymódjainkat.
egy másik probléma az, hogy a sejtek (beleértve a nem rákos sejteket is) természetesen mutációkat szereznek szaporodásuk során. A gyorsan szaporodó sejtcsoportok még nagyobb sebességgel mutálódnak. A sejtekben van bizonyos “gépezet”, amely segít korrigálni ezeket a mutációkat a szaporodás során, de a rákos sejtek gyakran elveszítik ezt a képességet (erről bővebben alább). A végeredmény az, hogy egyetlen daganat heterogén sejtcsoportot tartalmazhat, különböző celluláris “jellemzőkkel.”Még ha megértettük is a proliferatív hajlam mechanizmusát egy daganaton belül, egy adott daganat nem minden sejtje azonos. Sok más, kissé eltérő sejttípus létezik a rákos sejtek populációjában, és ezeket a sejteket szintén a kezelési stratégiáinknak kell megcélozniuk.
genetikai kutatás
a jelenlegi aktív intenzív kutatások számos területe foglalkozik ezekkel a problémákkal. A fő törekvés a Human Genome Project (HGP), a nemzeti koordinált erőfeszítés az emberi sejtekben található összes emberi genetikai anyag jellemzésére. A HGP végső célja, hogy felfedezze a több mint 80 000 emberi gént, és hozzáférhetővé tegye őket további biológiai vizsgálatokhoz.
ezeknek a géneknek egy része már érintett a tumor növekedésében. Az onkogének olyan gének a sejtben, amelyek aktiválása után kontrollálatlanul segítik a sejt osztódását. Hasonlóképpen vannak olyan ismert tumorszuppresszor gének, amelyek általában aktívak egy sejtben, hogy megakadályozzák az ellenőrizetlen növekedést, de amelyek hibássá válnak, vagy egyes rákos sejtekben “ki vannak kapcsolva”.
bár számos ilyen gént azonosítottak,Azonban csak kis számot értünk részletesen. A gének, a génkódok és a DNS alegységek puszta száma ijesztővé teszi a probléma tanulmányozását.
kép a DOE emberi genom projekt engedélyével
a genetikai rendellenességek okai
számos lehetséges tényező okozza az emberi genetikai rendellenességeket. Most már tudjuk, hogy egyes megszerzett mutációk bekapcsolhatják az onkogéneket, vagy gátolhatják a tumorszuppresszor géneket. Ezek a mutációk a sejt kromoszómáiban fordulnak elő (a sejten belüli 46″ egység “vagy” csomag”, amely genetikai anyagát tartalmazza) a normál sejtosztódás során. Vannak nevek az ilyen típusú kromoszómális mutációk némelyikére, amelyeket a további olvasatban láthat, például “kromoszómális transzlokációk”, “inverziók”, “törlések”, “amplifikációk” vagy “pontmutációk.”(Ezeknek a különböző kromoszóma-rendellenességeknek a sajátosságai túlmutatnak e cikk hatályán, de elegendő azt mondani, hogy ezek a rendellenességek különféle genetikai rendezetlenséghez vezetnek.)
sejtfunkció és károsodás
míg a genetika a kulcs a normális sejtek tumorokká történő átalakulásának megértéséhez, azt is meg kell értenünk, hogy a genetikai mutációk hogyan befolyásolják a sejtek működését.
a sejtproliferáció megértéséhez elengedhetetlen a sejtciklus szerepének megértése. A test minden sejtje reprodukálódik (bár egyesek lassabban, mint mások). Például a bőr felső rétege folyamatosan elvész és kicserélődik az életed során. Ahhoz, hogy egy sejt reprodukálja önmagát, át kell haladnia az események ezen “ciklusán”, amely magában foglalja genetikai anyagának megduplázását és a sejtes “gépezet” mennyiségének növelését, hogy amikor a sejt kettéválik, minden sejtnek elegendő alapanyaga legyen a túléléshez és a szaporodáshoz.
az események rendezett előrehaladása ezen a sejtcikluson keresztül specifikus időzítési mechanizmusoktól függ. Az onkogének és a tumorszuppresszor gének közvetlenül szabályozzák a sejtciklus számos aspektusát. Amikor ezek a gének kromoszóma-rendellenesség révén mutálódnak, a sejtciklus ellenőrizetlen módon folytatódhat azáltal, hogy kikapcsolják a különféle mechanizmusokat, amelyek általában megakadályozzák a sejt rendellenes replikációját.
differenciálódás
a test minden sejtje egy eredeti sejtből származik (akkor alakult ki, amikor a petesejt és a sperma összeállt). Mivel ez a sejt több sejtbe szaporodik és magzatot képez, diverzifikálódnak (differenciálódnak) különböző szövettípusokká (izom, csont, porc, ideg, gyomorbélés stb.). Végül az emberi test talán több száz féle sejtből áll. Az egyik furcsa dolog (amelyet a tudósok nem értenek jól) az, hogy ha egy sejt idegsejtté válik (például), akkor nem válhat izomsejtdé, annak ellenére, hogy az eredeti sejt, amelyből származik, valójában rendelkezett ezzel a képességgel. Differenciált.
a differenciált sejteknek van egy másik tulajdonságuk is-jól meghatározott módon “összeragadnak” (mikroszkopikus és makroszkopikus csövekbe, lapokba vagy húrokba) a testünkben, hogy a különböző szöveteket képezzék. Miután a kromoszóma rendellenességek előfordulnak, és a sejtek dedifferenciálódnak (vagy nem differenciálódnak), ezek a sejtek elveszíthetik hajlamukat arra, hogy sejtszinten “összetapad”. Ennek tudományos kifejezése a ” kontakt gátlás elvesztése.”
apoptózis
az apoptózis, amelyet programozott sejthalálnak neveznek, a sejtciklus másik bonyolult darabja. Az apoptózis a halál egy különálló formája, amely egy programozott esemény, amely bizonyos ingerekre adott válaszként jelentkezik. Az apoptózis elengedhetetlen a szövetek normális fejlődéséhez. Ezenkívül ez a rendszer lehetővé teszi a sejtek önmegsemmisítését a DNS-károsodás kimutatása után, nem pedig az egész szervezetre halálos mutációkat.
a sejt döntése a DNS-károsodás növekedéséről és helyreállításáról vagy az apoptózis kiváltásáról nem ismert, de összefüggésben lehet A DNS-károsodás mértékével. A p53 gén kulcsfontosságú résztvevő ebben a folyamatban. A p53 funkció elvesztése mind a nem megfelelő progressziót eredményezheti a sejtciklus során a DNS károsodása után, mind pedig egy olyan sejt túlélését, amely egyébként meghalhatott volna. Mivel a p53 a sejtciklus stabilitásának és apoptózisának központi eleme, nem meglepő, hogy ez a leggyakrabban mutált gén az emberi daganatokban, amely az összes daganat több mint 50% – ában tartalmaz hibákat.
a pRb gén fontos szerepet játszik abban is, hogy megakadályozza a sejtciklus ellenőrizetlen folytatódását. (Ez egy úgynevezett “ellenőrzőpontot” biztosít a sejtciklusban, és megakadályozza a sejt további kerékpározását, hacsak bizonyos szigorú kritériumok nem teljesülnek.) Amikor a pRb gén mutálódik, a sejt elveszítheti ezt a fontos lépést, amely szabályozza a sejtek szaporodását. Ez viszont fokozott sejtproliferációhoz vezetne, ezáltal fokozva a sejt rosszindulatú átalakulását.
összefoglaló
a sejtek rosszindulatúvá válhatnak, amikor az apoptózisért felelős gének mutálódnak. A mutált gének biztosítják:
- a szokásosnál kevesebb a sejtciklus progressziójának gátlása (tumor-szuppresszor gének),
- fokozott hajtás a sejtcikluson keresztül (onkogének)
- fokozott anti-apoptózis jelek; és/vagy
- csökkent pro-apoptózis jelek
mivel jobban megértjük a sejthalált, olyan módszereket fejleszthetünk ki, amelyek az apoptotist klinikai nyereség céljából kihasználják. Ezek a módszerek magukban foglalhatják az apoptózis szelektív aktiválását a tumorsejtekben, nem pedig a normál szövetekben; a rákos sejtek apoptotikus hibáinak korrekciója a p53 gén valamilyen helyreállításával; vagy megakadályozzák az apoptózist a normál szövetekben olyan szerekkel, amelyek megvédik a normál szöveteket a sugárzás (radioprotekció) és a kemoterápia (kemoprotekció) által okozott károsodásoktól, így nagyobb sugárzási dózisok juthatnak a tumorsejtekbe anélkül, hogy befolyásolnák a normál emberi szöveteket.
következtetés
több száz ismert tényező van a rák okában, és több száz olyan, amely még mindig kétséges vagy ismeretlen. Sokakat vizsgálnak, vagy korábban érintettek voltak, de ma már fő tényezőként elutasítják őket (például az elektromos nagy teljesítményű vezetékek közelsége). Mielőtt a molekuláris genetika segítségével gyógyulást találnánk, meg kell értenünk a sejt és környezete teljes kölcsönhatását.
nem valószínű, hogy a rák egyetlen okát valaha is azonosítják. Az összes rák kialakulásához vezető közös mechanizmusok létezhetnek és léteznek is. Ezeknek a kóros folyamatoknak az azonosítása és megelőzése valószínűleg a legvalószínűbb módja annak, hogy csökkentsük a rák arányát. Amint azonban rák alakul ki, számos különböző stratégiát kell alkalmazni ezeknek a sejtfolyamatoknak a megszakítására, valamint az abnormális sejtek eltávolítására és letiltására. Ezek a stratégiák szükségszerűen különböznek a tumor típusától, helyétől és más tumor-és gazdatényezőktől függően.