Фиксация изменений ДНК при канцерогенезе. Восстановление ДНК после воздействия канцерогенов
Высокая положительная корреляция между мутагенезом и канцерогенезом не исключает возможности взаимодействия метаболитов канцерогенов с иными, чем ДНК, макромолекулами клетки, которые содержат множественные нуклеофильные участки, — РНК и белками. Ряд канцерогенов способен алкилировать транспортные РНК. Это в свою очередь ведет к нарушению трансляции мРНК и синтеза белков. Значение таких биополимеров в канцерогенезе недостаточно ясно. Тем не менее поскольку генетическая информация связана с ДНК, именно модификации последней играют ключевую роль в молекулярных событиях, конечным результатом которых является инициация канцерогенеза.
Третья фаза инициации — фиксация индуцированных изменений. Указанные выше повреждения ДНК должны проявиться в потомстве клетокмишеней, способных давать пролиферативный пул. Это могут быть стволовые клетки, клетки-предшественники различных стадий зрелости, а также дифференцированные клетки, обладающие пролиферативной активностью в определенных условиях (гиперплазия, функциональная регенерация). Естественно, что повреждения ДНК могут быть "узнаны" контролирующими и защитными системами организма, поддерживающими молекулярно-клеточный гомеостаз, а затем элиминированы путем включения систем репарации.
Восстановление ДНК от повреждений осуществляется несколькими различными механизмами. В настоящее время насчитывается по крайней мере шесть подобных типов репарации: эксцизионная, фотореактивация, пострепликативная, репликативная, SOS-репарация (аварийная) и рекомбинационная. Обычно репаративные системы разделяют на две основные группы: дорепликативную репарацию, представляющую безошибочно протекающий процесс, который объединяет первые два типа из приведенной выше классификации, и пострепликативную индуцибельную репарацию, протекающую с ошибками и включающую остальные четыре типа.
Большое значение в канцерогенезе имеет эксцизионная репарация, восстанавливающая исходную структуру ДНК. В клетках, резистентных к действию канцерогенов, скорость элиминации 06-метилгуанина значительно выше, чем других алкилированных аддуктов, т.е. для тканей-мишеней характерна задержка восстановления повреждений ДНК, что в свою очередь ведет к длительной персистенции измененных оснований и искажению генетического кода. Ингибирование дорепликативной системы репарации имеет одно важное последствие: помимо того, что часть повреждений остается нерепарированными, активируется пострепликативная репарация, но она происходит с ошибками. Обычно же пострепликативное восстановление устраняет вторичные повреждения (бреши), появляющиеся в геноме в местах, оппозитных повреждению.
Известно, что разнообразные типы репарации представляют собой многоэтапные процессы, осуществляемые при помощи ферментов и контролируемые различными генами. Например, в эксцизионной репарации участвуют эндонуклеазы и гликозилазы, экзонуклеазы и полимеразы, а также полинуклеотидлигазы. Процесс пострепликативной репарации осуществляется путем синтеза ДНК de novo с помощью экзонуклеаз, полимераз, лигаз. Ферменты, участвующие в процессах репарации, и гены, контролирующие эти процессы, охарактеризованы недостаточно полно. Нерепарируемые и персистирующие в течение ряда репликаций повреждения ДНК ведут к стабильному изменению генотипа, т.е. к мутациям.
Понятно, что обратный переход инициированной клетки в исходное состояние представляется невозможным или же такая возможность чрезвычайно низка (как вероятность обратной мутации).
Не исключено, что ряд немутагенных химических соединений может способствовать инициации канцерогенеза другими, опосредованными механизмами без вовлечения в процесс ферментных систем и образования электрофилов. К подобным агентам относят негенотоксические канцерогены — индукторы гладкого эндоплазматического ретикулума (ДДТ, диэтилстильбэстрол), пролифераторы пероксисом (гиполипидемические средства), митохондриальные пролифераторы (метапирилен-гидрохлорид, ди-2-этилгексилфталат) и вещества смешанного действия (асбест, никель, тиоацетамид). Известно, что пролифераторы пероксисом генерируют внутриклеточное образование Н2О2.
Другие агенты инактивируют супероксиддисмутазу. В результате этих реакций происходит перекисное повреждение ДНК (разрыв нитей). С другой стороны, увеличение активности под действием указанных агентов в окислительной системе жирных кислот и образование Радикалов кислорода приводят к окислению и переокислению липидов. Продукты подобных реакций связывают тиосодержащие соединения, участвующие в репарации. Признаками негенотоксических ("эпигенетических") канцерогенов являются:
1. Отсутствие генетических эффектов:
- маловероятно превращение в электрофильную форму;
- не обнаруживаются соответствующие аддукты в ДНК;
- тесты на генотоксичность отрицательные.
2. Наличие эпигенетических эффектов:
- повреждение клеток в органе-мишени;
- стимуляция пролиферации;
- рост клонов предопухолевых клеток; нарушение межклеточных контактов.
3. Дозовые и временные зависимости эффектов:
- эффективны лишь высокие дозы при длительном применении;
- эффект полностью обратим в ранних стадиях;
- пороговость в проявлении эффектов;
- зависимость доза — эффект как для эпигенетических проявлений, так и для возникновения опухолей.