Biologia raka
Precis
Ten artykuł zawiera krótkie wyjaśnienie biologii raka, w tym jego biologicznych i molekularnych przyczyn. W tekście wyjaśniono szereg złożonych terminów naukowych (oznaczonych pogrubioną czcionką).
Co To jest rak
rak jest nieprawidłowością w wewnętrznych mechanizmach regulacyjnych komórki, która powoduje niekontrolowany wzrost i reprodukcję komórki. Wydaje się to proste, ale prawdopodobnie w komórce występuje więcej interakcji regulacyjnych niż interakcji między ludźmi w Nowym Jorku w danym dniu.
normalne komórki tworzą tkanki, a gdy komórki te tracą zdolność do zachowania się jako określona, kontrolowana i skoordynowana Jednostka (dedifferencjacja) wada prowadzi do chaosu wśród populacji komórek. Kiedy to nastąpi, powstaje guz. (Więcej o tym później.) Rak jest terminem opisującym dużą różnorodność zaburzeń proliferacji. Specyficzne zaburzenie może się różnić w zależności od rodzaju tkanki. Pojedynczy guz może nawet mieć różne populacje komórek w nim z różnymi procesami, które poszły nie tak.
złośliwy a łagodny
guz można zaklasyfikować jako złośliwy lub łagodny. W obu przypadkach dochodzi do nieprawidłowej agregacji i proliferacji komórek. W przypadku nowotworu złośliwego komórki te zachowują się bardziej agresywnie, nabywając właściwości zwiększonej inwazyjności. Ostatecznie komórki nowotworowe mogą nawet zyskać zdolność do oderwania się od mikroskopowego środowiska, w którym powstały, rozprzestrzeniają się na inny obszar ciała (z bardzo innym środowiskiem, zwykle nie sprzyjającym ich wzrostowi) i kontynuować ich szybki wzrost i podział w tej nowej lokalizacji. To się nazywa przerzuty. Gdy komórki nowotworowe mają przerzuty, osiągnięcie wyleczenia jest trudniejsze.
guzy łagodne mają mniejszą skłonność do inwazji i są mniej podatne na przerzuty. Dzielą się jednak w sposób niekontrolowany. W zależności od ich lokalizacji, mogą być tak samo zagrażające życiu, jak zmiany złośliwe. Przykładem tego może być łagodny guz w mózgu, który może rosnąć i zajmować przestrzeń w czaszce, co prowadzi do zwiększonego nacisku na mózg.
Korekcja nieprawidłowości
Korekcja różnych nieprawidłowości komórkowych w komórkach nowotworowych może potencjalnie zapobiec lub odwrócić proliferację komórkową, prowadząc do wyleczenia choroby. Istnieje wiele powodów, dla których jest to tak trudne, ale głównym wyjaśnieniem jest to, że nie mamy jeszcze wystarczającego zrozumienia wszystkich procesów zachodzących w komórce na poziomie molekularnym. Bez tej wiedzy brakuje nam zdolności do „mówienia” komórkom rakowym, aby po prostu „zachowywały się”.”Zamiast tego musimy osiągnąć nasze leczenie poprzez zabijanie komórek nowotworowych.
innym problemem jest to, że komórki (w tym nienowotworowe) naturalnie nabywają mutacje podczas ich rozmnażania. Szybko rozmnażające się grupy komórek mutują w jeszcze większym tempie. Komórki mają w sobie pewną „maszynerię”, która pomaga skorygować te mutacje, gdy występują podczas rozmnażania, ale komórki nowotworowe często tracą tę zdolność (więcej o tym poniżej). Efektem końcowym jest to, że pojedynczy guz może zawierać heterogeniczną grupę komórek o różnych cechach komórkowych.”Nawet jeśli zrozumiemy mechanizm skłonności do proliferacji w obrębie guza, nie wszystkie komórki w danym guzie są takie same. Wiele innych typów komórek, które różnią się nieco, istnieje w populacji komórek nowotworowych, a komórki te również muszą być ukierunkowane przez nasze strategie leczenia.
badania genetyczne
istnieje wiele obszarów obecnych aktywnych intensywnych badań mających na celu rozwiązanie tych problemów. Głównym przedsięwzięciem jest Human Genome Project (HGP), Krajowy skoordynowany wysiłek w celu scharakteryzowania całego ludzkiego materiału genetycznego zawartego w ludzkich komórkach. Ostatecznym celem HGP jest odkrycie wszystkich ponad 80 000 ludzkich genów i udostępnienie ich do dalszych badań biologicznych.
niektóre z tych genów są już zaangażowane w wzrost guza. Onkogeny to geny w komórce, które po aktywacji pomagają w niekontrolowanym podziale komórki. Podobnie, istnieją pewne znane geny supresorowe guza, które są normalnie aktywne w komórce, aby zapobiec niekontrolowanemu wzrostowi, ale które stają się wadliwe lub są „wyłączone” w niektórych komórkach nowotworowych.
chociaż wiele z tych genów zostało zidentyfikowanych, jednak tylko niewielka ich liczba jest w rzeczywistości szczegółowo poznana. Sama liczba genów, kodów genów i podjednostek DNA sprawia, że badanie tego problemu zniechęca.
Zdjęcie Dostarczone za zgodą DOE Human Genome Project
przyczyny nieprawidłowości genetycznych
istnieje wiele potencjalnych czynników powodujących ludzkie nieprawidłowości genetyczne. Teraz wiemy, że niektóre nabyte mutacje mogą włączyć onkogenów lub mogą hamować geny supresorowe nowotworu. Mutacje te występują w chromosomach komórki (46″ jednostek „lub” pakietów ” w komórce, które zawierają jej materiał genetyczny) podczas normalnego podziału komórkowego. Istnieją nazwy niektórych z tych rodzajów mutacji chromosomalnych, które można zobaczyć w dalszej lekturze, takie jak „translokacje chromosomalne”, „inwersje”, „delecje”, „amplifikacje” lub „mutacje punktowe.”(Specyfika tych różnych anomalii chromosomowych wykracza poza zakres tego artykułu, ale wystarczy powiedzieć,że te nieprawidłowości prowadzą do różnego rodzaju genetycznego nieładu.)
funkcje komórkowe i uszkodzenia
chociaż genetyka jest kluczem do zrozumienia transformacji normalnych komórek w guzy, musimy również zrozumieć, w jaki sposób mutacje genetyczne wpływają na funkcje komórkowe.
aby zrozumieć proliferację komórek, zrozumienie roli cyklu komórkowego jest kluczowe. Wszystkie komórki w organizmie rozmnażają się (choć niektóre wolniej niż inne). Na przykład wierzchnia warstwa skóry jest stale tracona i zastępowana przez całe życie. Aby komórka się reprodukowała, musi przejść przez ten „cykl” zdarzeń, który obejmuje podwojenie swojego materiału genetycznego i zwiększenie ilości komórkowej „maszyny”, tak aby kiedy komórka dzieli się na dwie, każda komórka ma wystarczająco dużo podstawowych materiałów do przetrwania i rozmnażania.
uporządkowany przebieg zdarzeń w tym cyklu komórkowym zależy od specyficznych mechanizmów czasowych. Onkogeny i geny supresorowe nowotworu bezpośrednio kontrolują wiele aspektów cyklu komórkowego. Kiedy te geny stają się zmutowane przez nieprawidłowości chromosomowe, mogą one spowodować cykl komórkowy kontynuować w niekontrolowany sposób poprzez wyłączenie różnych mechanizmów, które normalnie uniemożliwiają komórce replikacji w sposób nieuporządkowany.
różnicowanie
każda komórka w twoim ciele pochodzi z jednej pierwotnej komórki (powstałej, gdy jajo i plemnik połączyły się). Ponieważ komórka ta rozmnaża się w więcej komórek i tworzy płód, różnicują się (różnicują) w różne typy tkanek (mięśnie, kości, chrząstki, nerwy, wyściółka żołądka i tak dalej). W końcu ludzkie ciało składa się z Być może setek rodzajów komórek. Jedną z ciekawych rzeczy (nie dobrze zrozumianych przez naukowców) jest to, że gdy komórka staje się komórką nerwową (na przykład), nie może przekształcić się w komórkę mięśniową, nawet jeśli pierwotna komórka, z której pochodzi, faktycznie miała taką zdolność. Jest zróżnicowana.
zróżnicowane komórki mają inną właściwość-„sklejają się” w ściśle określony sposób (w mikroskopijne i makroskopowe rurki, arkusze lub sznurki) w twoim ciele, tworząc różne tkanki. Po wystąpieniu nieprawidłowości chromosomalnych i komórki stają się dediferentiated (lub niezróżnicowane), komórki te mogą stracić tendencję do „trzymać się razem” na poziomie komórkowym. Naukowym terminem na to jest ” utrata hamowania kontaktowego.”
apoptoza
apoptoza, zwana programowaną śmiercią komórki, jest kolejnym skomplikowanym elementem cyklu komórkowego. Apoptoza jest odrębną formą śmierci, która jest zaprogramowanym zdarzeniem i występuje w odpowiedzi na pewne bodźce. Apoptoza jest niezbędna do prawidłowego rozwoju tkanek. Ponadto system ten pozwala komórkom na autodestrukcję po wykryciu uszkodzenia DNA, a nie utrwalanie mutacji, które mogą być śmiertelne dla całego organizmu.
decyzja komórki o wzroście i naprawie uszkodzenia DNA lub wywołaniu apoptozy nie jest zrozumiała, ale może być związana ze stopniem uszkodzenia DNA. Gen p53 jest kluczowym uczestnikiem tego procesu. Utrata funkcji p53 może skutkować zarówno niewłaściwym postępem w cyklu komórkowym po uszkodzeniu DNA, jak i przeżyciem komórki, która w przeciwnym razie mogła umrzeć. Ponieważ p53 jest podstawą stabilności cyklu komórkowego i apoptozy, nie jest zaskakujące, że jest to najczęściej zmutowany gen w ludzkich nowotworach, zawierający wady w ponad 50% wszystkich nowotworów.
Gen pRb odgrywa również ważną rolę w zapobieganiu kontynuowaniu cyklu komórkowego w niekontrolowany sposób. (Zapewnia tak zwany „punkt kontrolny” w cyklu komórkowym i zapobiega dalszemu cyklowi komórkowemu, chyba że spełnione zostały pewne rygorystyczne kryteria.) Gdy gen pRb jest zmutowany, komórka może stracić ten ważny krok, który kontroluje reprodukcję komórek. To z kolei prowadziłoby do zwiększonej proliferacji komórek, zwiększając w ten sposób złośliwą transformację komórki.
podsumowanie
komórki mogą stać się złośliwe, gdy geny odpowiedzialne za apoptozę ulegną mutacji. Zmutowane geny zapewniają:
- mniejsze niż zwykle hamowanie progresji cyklu komórkowego (geny supresorowe nowotworu),
- zwiększony Napęd przez cykl komórkowy (onkogeny)
- zwiększone sygnały anty-apoptozy; i/lub
- zmniejszone sygnały pro-apoptozy
w miarę lepszego zrozumienia śmierci komórki, można opracować metody, które wykorzystują apoptozę do wzmocnienia klinicznego. Metody te mogą obejmować selektywną aktywację apoptozy w komórkach nowotworowych, a nie w normalnej tkance; korekcja defektów apoptotycznych w komórkach nowotworowych poprzez w jakiś sposób przywrócenie genu p53; lub zapobieganie apoptozie w normalnych tkankach środkami, które chronią normalne tkanki przed uszkodzeniem przez promieniowanie (radioprotekcja) i chemioterapię (chemoprotekcja), aby wyższe dawki promieniowania mogły być dostarczane do komórek nowotworowych bez wpływu na normalne tkanki ludzkie.
wnioski
istnieją setki znanych czynników związanych z przyczyną raka i setki innych, które nadal są wątpliwe lub nieznane. Wiele z nich jest przedmiotem dochodzenia lub było wcześniej zamieszanych w sprawę, ale obecnie uznaje się je za główne czynniki (np. bliskość linii elektroenergetycznych). Zanim wyleczenia można znaleźć za pomocą genetyki molekularnej, będziemy musieli zrozumieć pełną interakcję komórki i jej otoczenia.
jest mało prawdopodobne, aby kiedykolwiek zidentyfikowano jedną przyczynę raka. Wspólne mechanizmy prowadzące do rozwoju wszystkich nowotworów mogą i istnieją. Identyfikacja i zapobieganie tym nieprawidłowym procesom jest prawdopodobnie najbardziej prawdopodobnym sposobem zmniejszenia częstości występowania nowotworów. Gdy rak tworzy, jednak, wiele różnych strategii muszą być stosowane w celu przerwania tych procesów komórkowych, i usunąć i wyłączyć nieprawidłowe komórki. Strategie te, z konieczności, będą się różnić w zależności od typów nowotworów, lokalizacji i innych czynników nowotworowych i gospodarza.