Біологічні канцерогенні фактори

История раковых исследований весьма поучительна. Самое важное открытие было сделано в 1911 г., когда молодой сотрудник Рокфеллеровского института в Нью-Йорке П. Раус обнаружил «фильтрующийся агент», вызывающий саркому у кур. Правда, Нобелевскую премию он получил за это открытие через… 55 лет! При этом он сказал «Не так трудно сделать открытие, как получить премию за него».

Одна из причин того, что эти уникальные разработки не были признаны открытием, заключалась в том, что Америка еще не была мировым научным центром. Кроме того, почти одновременно с ним сделал аналогичное открытие и датчанин Й. Фибигер, ученик Коха. Он обнаружил у экспериментальных мышей паразит (вирус), который вызывал опухоли. В 1928 г. он стал нобелевским лауреатом, а через два месяца умер, не узнав о своем фиаско: результаты Фибигера объявили фальсификацией, и длительное время его имя было синонимом недобросовестности в науке, хотя только сегодня стал понятен истинный смысл его открытия.

История изучения вирусного канцерогенеза неразрывно связана с именем выдающегося отечественного ученого Л. А. Зильбера (1884—1966). Будучи вирусологом, он много лет занимался дальневосточным энцефалитом. Вместе с академиками М. П. Чумаковым и В. Д. Соловьевым он организовал научную экспедицию на Дальний Восток в 1937 г., а вскоре после возвращения в Москву его арестовали и обвинили в диверсии в пользу Японии. Он утверждал, что он открыл новый, ранее не известный вирус, а работники госбезопасности — что Л. А. Зильбер имеет дело с известным вирусом японского энцефалита и тем самым прикрывает диверсии японцев, якобы распространяющих «свой» энцефалит на нашей территории. За этим последовал арест и лагеря ГУЛАГа^[1].

Находясь в лагере, а затем в химической шарашке, Л. А. Зильбер сумел развернуть исследовательскую работу по выделению вируса из опухолей мышей и крыс. Эти опыты длительное время были неудачными: возбудитель рака не выявлялся, пока в опыт по случайному стечению обстоятельств не была взята крыса с опухолью на самой начальной стадии возникновения. Фильтрат этой опухоли оказался биологически активным — у крысы-реципиента возникла опухоль. Так было показано, что вирус надо искать в самом начале процесса: он вызывает необратимые изменения, после чего не нужен для роста опухоли. Вирус бесполезно искать в зрелой опухоли, он активен лишь при индукции опухоли, а затем либо маскируется, либо утрачивается. «Мавр сделал свое дело, мавр может уйти», — часто говорил Л. А. Зильбер, иллюстрируя это положение.

По мнению этого выдающегося российского ученого, в основе вирусного бластомогенеза лежат следующие механизмы: вирус действует как мутагенный агент, вызывая соматическую мутацию и нарушая регуляторные функции наследственного аппарата клетки, а также вносит дополнительную информацию, соединяясь с генетическим аппаратом клетки. Впоследствии эта гипотеза нашла полное экспериментальное подтверждение и мировое признание.

В течение 40 лет лучшие умы мира пытались раскрыть природу опухолей, и лишь в 1968 г. Р. Хюбнером и Дж. Тодаро была выдвинута и опубликована гипотеза, согласно которой рак вызывают онкогены вируса. Вирус же эти гены только переносят из клетки в клетку. Спустя пять лет советский исследователь А. Д. Альтштейн выдвинул гипотезу, что онкогены имеют клеточное происхождение, т. е. рак «гнездится» в наших клетках. Это подтверждено экспериментально.

Американский ученый X. Темин доказал, что раковые вирусы могут синтезировать ДНК на РНК. В 1975 г. они вместе с Д. Балтимором и Р. Дульбекко за это открытие были удостоены Нобелевской премии. И тогда стало ясно, каким образом вирус встраивает свои гены в клетки. Несколько позднее Р. Уайнберг из Массачусетского технологического института выделил ген, который кодирует белок р21, а последний регулирует размножение клеток. Достаточно небольшого изменения в этом гене (в генетическом коде), чтобы он стал онкогеном. Нарушение в генетическом коде приводит к замене одной аминокислоты на другую, в результате чего нормальный белок переходит в раковый.

Вирусы, вызывающие опухоли, называют онковирусами. В зависимости от нуклеиновой кислоты, которую содержат онковирусы, их делят на:

• 1) РНК-содержащие онковирусы (РНК-вирусы), или онкорнавирусы (от греч. otlcos — опухоль, англ. RNA — рибонуклеиновая кислота + + лат. virus — яд, «слизистая ядовитая жидкость» или ретровирусы от лат. retro — обратно). У этих вирусов имеется обратная транскриптаза (или ревертаза, или РНК-зависимая ДНК-полимераза), с помощью которой на вирусных РНК-генах происходит синтез их ДКН-копий, так называемая обратная транскрипция (списывание наследственной информации — явление, открытое Теминым). Наиболее важными среди онкогенных ретровирусов являются вирусы лейкозо-саркоматозного комплекса, вызывающие у птиц и млекопитающих саркомы и лейкозы;
• 2) ДНК-содержащие онковирусы. Наиболее важные из них:
  • • вирусы группы papova. Это название произошло от первых слогов названий трех вирусов: (ра) — папилломы Шоупа у кроликов; (ро) — полиомы у мышей Стюарда — Эдди; (уа) — вакуолизирующего вируса SV—40 у обезьян,
  • • вирус Люкке, который вызывает аденокарциному почек у леопардных лягушек,
  • • вирус Эпштейна — Барр, вызывающий лимфому Беркитта. Это заболевание поражает детей, проживающих в определенных зонах Африки и Новой Зеландии, а назофаренгиальный рак, встречается у населения стран юго-восточной Азии, главным образом Сингапура. В качестве фактора, способствующего злокачественной трансформации и возникновению лимфомы Беркитта, выступает хроническая малярия, обусловливающая супрессию иммунной системы.

Следует отметить, что вирус Эпштейна — Барр вызывает опухолевую трансформацию только у детей, а у взрослых возникает лимфопролиферативное заболевание — инфекционный мононуклеоз. При назофаренгиальной карциноме также обнаруживается вирус Эпштейна — Барр, но проявлению этого заболевания способствуют аутоиммунные реакции и фенотипические отклонения в экспрессии большого иммунокомпетентного комплекса.

Вирус, способный вводить в нормальную клетку свой единственный ген (онкоген), вызывает неопластическую трансформацию клетки. Онкогены представляют собой измененные формы клеточных протоонкогенов (от греч. protos — первый, предшествующий онкогену), в норме выполняющих в клетке важные функции. Человеческие гомологи некоторых из этих онкогенов могут играть важную роль в опухолевых заболеваниях человека, в том числе и в возникновении лейкозов.

Открытие онкогенов (ретровирусных онкогенов) стало результатом изучения молекулярной биологии РНК-содержащих вирусов — опухолевых вирусов, или ретровирусов. Они широко распространены в природе. Инфицируя животных, они могут вызывать у них опухоли. Геном ретровируса — это молекула РНК, включающая от 8000 до 10 000 нуклеотидов. После проникновения вируса в клетку его РНК при участии обратной транскриптазы копируется на ДНК, и образовавшаяся ДНК-копия интегрируется с хромосомой ДНК клетки-хозяина (отсюда и название — ретровирус). Эта интегрированная ДНК называется провирусом.

Провирус окаймлен последовательностями длинных терминальных повторов, которые содержат основные элементы регуляции: промоторы и усилители транскрипции, сигналы терминации транскриптов вирусной РНК и сигналы интеграции в ДНК хозяина. Между длинными терминальными повторами ретровируса находится три гена: gag (внутренние структурные белки), pol (обратная транскриптаза) и env (гликопротеин оболочки). Эти гены необходимы для инфекции и репликации (репликация от англ, replication — кооперирование, воспроизведение, т. е. процесс образования реплики — англ, replica отпечаток — молекулы нуклеиновой кислоты, синтезированной на матрице).

У остротрансформирующих вирусов все или часть репликативных генов замещены трансформирующим онкогеном, который и определяет онкогенные свойства вируса. Наиболее общей структурой является спайка 5 ~ -участка гена gag с онкогеном, в результате чего синтезируется трансформирующий белок с пептидами gag в аминотерминале. Остротрансформирующийся провирус часто экспрессирует только один сайт (от англ, site — местоположение, участок — точка на хромосоме, соответствующая локализации мутации). РНК-транскрипта.

В отличие от многих других вирусов ретровирусы обычно не вызывают гибели клетки-хозяина после завершения репликации. Вместо этого они встраиваются в гены, вызывают их экспрессию и тем самым меняют фенотип клетки-хозяина. Заражение животного ретровирусами, содержащими только гены gag, pol и env, вызывает новообразования лишь после длительного латентного периода.

Остротрансформирующие ретровирусы в считанные дни или недели могут вызвать неоплазию. Почти все известные остротрансформирующие ретровирусы дефективны, т. е. они утратили часть генов, необходимых для репликации, поэтому их распространение возможно лишь путем коинфекции («ко» от лат. соп — совместимость действия) со стандартными ретровирусами-хелперами. Такие дефекты являются следствием замещения репликативных генов вируса на онкоген, который играет роль посредника для непосредственно трансформирующих свойств вируса.

Список трансформирующих вирусов, содержащих онкогены, достаточно велик. Они могут вызывать саркомы, лейкозы, лимфомы, остеосаркомы и другие опухоли у различных видов животных: мышей, крыс, кошек, индюков, цыплят, обезьян. Почти все трансформирующие вирусы могут быть обнаружены in vitro по их способности вызывать перерождение клетки в культуре.

• [1] ГУЛАГ — Главное управление лагерей и мест заключения.