Генетика и рак

В генах человека постоянно возникают мутации, однако в норме это не приводит к возникновению рака. Должно сложиться несколько факторов, чтобы клетка стала опухолевой.

Что такое мутация?

Мутация — изменение в генетическом коде (ДНК) клетки. Изменения в определенных генах могут привести к заболеванию, например раку, или увеличить риск его возникновения. Подробнее о том, как и почему возникает рак, читайте здесь. 

Какие бывают мутации?

Мутации делятся на два типа:

• соматические (приобретенные, ненаследуемые),
• герминальные (наследуемые).

Герминальные мутации возникают в половых клетках родителей, яйцеклетках и сперматозоидах, и передаются потомству. Поскольку весь новый организм развивается из этих клеток, полученные от родителей мутации присутствуют в каждой его клетке и передаются следующему поколению. 

Для диагностики мутаций в основном используется венозная кровь пациента. Доля герминальных патогенных мутаций в общей популяции невелика, но при некоторых онкологических заболеваниях частота встречаемости патогенных мутаций может составлять 5–15%.

Соматические мутации могут возникать в любых других, неполовых клетках организма, и не наследуются следующими поколениями. Для диагностики соматических мутаций используется непосредственно опухолевая ткань.

Приобретенные мутации возникают в одной клетке и передаются всем новым клеткам, возникшим в результате ее деления. Такие мутации могут возникать в результате повреждения ДНК (например, радиацией или химическими веществами), но зачастую происходят случайно, без внешней причины. Во время процесса деления клетка делает копию всей своей ДНК и иногда при копировании происходят ошибки (мутации). Приобретенные мутации – гораздо более распространенная причина рака, чем наследственные.

В зависимости от размера изменений в ДНК мутации подразделяются на:

• генные (точечные),
• хромосомные,
• геномные.

О том, что такое гены и хромосомы, читайте здесь.

Генные мутации возникают внутри одного гена, и среди них могут быть: 

• вставки, 
• выпадения, 
• замены одних нуклеотидов («кирпичиков» ДНК) на другие. 

Например, мутации в гене BRAF происходят при меланоме кожи. Для обнаружения таких мутаций часто используют молекулярно-генетические исследования. 

Хромосомные мутации затрагивают несколько генов и включают изменения в структуре хромосомы (хромосома – элемент ядра клетки, содержащий определенный набор генов). Выделяют следующие хромосомные мутации:

• делеция — выпадение участка хромосомы;
• дупликация — создание дополнительных копий генов в хромосоме;
• инверсия — встраивание отдельного участка хромосомы в ту же хромосому в противоположном направлении, т. е. другой стороной;
• инсерция — вставка участка одной хромосомы в другую;
• транслокация — обмен фрагментами ДНК между хромосомами. 

Пример такой перестройки — образование Филадельфийской хромосомы при хроническом миелолейкозе, когда происходит транслокация между 9 и 22 хромосомами.

Геномные мутации — изменения в числе хромосом. Например, дополнительная 21-я хромосома приводит к развитию синдрома Дауна (при этом общее количество хромосом — 47, а не 46 как в норме). 

Для диагностики количественных или структурных изменений хромосом в основном используются цитогенетические методы (кариотипирование, флюоресцентная in situ гибридизация и др.).

Как изменения в генах могут повлиять на риск возникновения рака?

Существуют гены, контролирующие рост и деление клеток. Они же могут отвечать за исправление ошибок в ДНК или программировать гибель клетки, когда это необходимо. Если такие гены работают неправильно, это может влиять на риск развития рака. Примеры таких генов:

Онкогены. Образуются в результате мутаций в генах, обычно помогающих клеткам расти и делиться. Их появление может привести к бесконтрольному росту клеток и развитию опухоли.

Гены-супрессоры опухолей, контролирующие деление клеток и вызывающие их гибель в нужное время. Повреждение их также может привести к бесконтрольному росту клеток. Большинство мутаций генов-супрессоров опухолей приобретенные. Наследуемые мутации этих генов могут приводить к развитию наследственных опухолевых синдромов.

Гены репарации ДНК, отвечающие за исправление ошибок в ДНК клетки. Поломки в ДНК возникают постоянно, но в норме гены репарации ДНК исправляют эти ошибки. Изменения в этих генах могут отключить их работу, что приведет к накоплению ошибок и выходу клетки из-под контроля.

Изменения ДНК, создающие онкогены или отключающие гены-супрессоры опухолей либо гены репарации ДНК, могут привести к раку. Обычно требуется несколько генных изменений, чтобы клетка стала опухолевой.

Выводы

• Мутации — изменения в генетическом материале клетки. Мутации, вызывающие развитие заболевания, называют патогенными вариантами гена.
• Мутации бывают герминальными (наследуемыми) или соматическими (приобретенными, ненаследуемыми). Герминальные мутации возникают в половых клетках и присутствуют во всех клетках организма, а соматические — только у клеток-потомков мутировавшей клетки.
• В зависимости от размера затронутого изменениями участка ДНК выделяют генные, хромосомные и геномные мутации.
• Онкологическое заболевание может развиться в результате поломки в генах, отвечающих за регуляцию роста и деления клеток, таких как гены-супрессоры опухолей и гены репарации ДНК. Также причиной развития опухоли может стать образование онкогенов.

Что еще посмотреть?

Видео о типах мутаций (на английском языке).