Способ деления раковых клеток

До начала деления клетка находится в фазе роста G1. Затем наступает фаза активного синтеза ДНК (S-фаза), в результате которой образуются две генетически идентичные копии хромосомальной ДНК клетки. Эти двойные хромосомы получили название сестринских хроматид. На данном этапе еще до начала митоза хроматиды можно четко наблюдать в световом микроскопе.

Непосредственно перед началом митоза клетка вступает в фазу G2, которая инициируется ферментами — циклин-зависимыми киназами. В самом начале митоза, в прометафазе, каждая из сестринских хроматид связывается с белками в своем центромере, что затем приведет к формированию митотического веретена. Когда все хроматиды свяжутся с белками, происходит образование митотического веретена, или собственно метафаза. В конце этого процесса ядерная мембрана исчезает.

Еще одна группа ферментов — комплекс промоторов анафазы — разлагает белки, препятствующие вхождению клетки в анафазу. В период анафазы эти ферменты расщепляют связи, соединяющие сестринские хроматиды друг с другом, и два набора хромосом расходятся к противоположным полюсам клетки. Клетка делится, и две дочерние клетки вступают либо в фазу продолжительного покоя (фаза G0), либо в фазу роста (фаза G1), когда в клетках вновь начинается репликация ДНК.

На каждой фазе клеточного роста существуют механизмы, которые отслеживают корректность проходимых в клетке процессов и не дают клетке вступить в следующую фазу при обнаружении ошибок. Митоз никогда не начнется, пока не будут выявлены все ошибки в клеточном ДНК. За это ответственны ферменты р53, ATM и СНК2. Формирование митотического веретена происходит под контролем белков BUB1 и MAD. При деактивации этих ферментов расхождение хромосом может произойти с нарушениями.

Диаграмма процесса митоза с указанием ключевых точек контроля.
А — точки проверки нарушений ДНК белками р53 и ATM
Б — проверка нарушений митотического веретена белками MAD2 и BUB1

Хромосомная нестабильность является отличительной чертой раковых опухолей, так как их клетки очень часто бывают анеуплоидны. Принимая во внимание сложность митотичес-ких процессов, можно представить себе множество механизмов, которые ответственны за эту нестабильность. В онкологии описано множество мутаций генов, поддерживающих нормальный митотический процесс.

Например, отмечаются мутации в гене р53 при различных локализациях рака. Потеря функциональности у белка р53 приводит к тому, что при делении клеток не выявляются многочисленные нарушения структуры ДНК, что приводит к постепенному дальнейшему нарушению генетической структуры и, в конечном счете, к развитию злокачественных новообразований. Некоторые регуляторные белки являются мишенями для вирусных онкогенов. Так вирус ВТКЛ-1 продуцирует белок TAX.

Последний инактивирует фермент MAD1, что ведет к хромосомной нестабильности. Существует и множество других белков, участвующих в регуляции митоза, мутации в которых приводят к развитию опухоли, как, например, АПК (мутация ведет к аде-номатозному полипоидному колиту).

Нестабильность хромосомной структуры в сочетании с характерными чертами злокачественного фенотипа (подвижность, инвазивность и метастазирование) делает опухолевые клетки более чувствительными к цитостатическим препаратам, чем нормальные клетки. Именно из-за такой высокой чувствительности в лечении рака возможно применять цитостатические агенты в таких дозах, которые оказывают летальное воздействие на опухолевые клетки, но не наносят необратимых повреждений здоровым тканям.

Учебное видео: митоз клетки и его стадии

Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021

Источник

Раковые клетки

Раковые клетки часто образно называют клетками-бунтарями или клетками с асоциальным поведением. Они «живут для себя», не считаясь с интересами соседей и всего организма: бесконтрольно размножаются, не реагируют на молекулярные сигналы извне, не выполняют полезные функции и могут на свое усмотрение перемещаться в организме. Когда их достаточно много, они образуют злокачественную опухоль, и у человека диагностируют рак.

Чем раковые клетки отличаются от нормальных?

Для того чтобы организм человека правильно работал как единое целое, каждая клетка в нем должна подчиняться общим правилам и обладать некоторыми основополагающими свойствами:

находиться в отведенном ей месте: это обеспечивается за счет клеточной адгезии, то есть способности клеток «слипаться» между собой;
размножаться только тогда, когда это необходимо;
специализироваться на выполнении определенных функций: для этого каждая клетка сознательно себя ограничивает, активирует одни гены и «отключает» другие;
«чинить» свою ДНК, если в ней произошли «поломки», мутации;
совершить «самоубийство», если в ней произошли непоправимые патологические изменения, или если она «состарилась».

Во многом эти функции обеспечиваются за счет того, что клетки в организме постоянно «общаются» между собой и реагируют на определенные сигнальные молекулы. Раковая клетка эти сигналы игнорирует. Она начинает жить так, как будто она тут одна и не должна считаться с интересами соседей:

Не перестает размножаться. Сколько бы своих копий ни создала опухолевая клетка, она не останавится. Злокачественная опухоль постоянно растет и распространяется в организме.

Не слипается с соседними клетками. На поверхности «бунтарей» исчезают молекулы, которые удерживают их в нужном месте среди соседей. За счет этого раковая клетка может отрываться от первичной опухоли и путешествовать по организму. Во время этого путешествия она погибает или оседает в каком-нибудь органе, создает свои клоны и образует новый опухолевый очаг — метастаз.

Не специализируются. Раковая клетка не становится специализированной и не выполняет полезные для организма функции. Процесс клеточной специализации называется дифференцировкой. Чем ниже степень дифференцировки, тем агрессивнее ведет себя рак.

Не «ремонтируют» свою ДНК. В итоге в опухолевых клетках накапливается все больше мутаций, они становятся менее дифференцированными и быстрее размножаются. Они не подвержены апоптозу — запрограммированной клеточной смерти.

При предраковых состояниях клетки тоже теряют свойства нормальных. Но они отличаются и от раковых, в первую очередь тем, что не могут распространяться в организме.
Особая разновидность злокачественных опухолей — так называемый «рак на месте» (in situ). Клетки уже являются раковыми, но пока еще не распространились за пределы своей изначальной локализации. Технически карцинома in situ — не рак, но ее принято рассматривать как самую раннюю стадию рака.

Каковы причины появления раковых клеток?

Почему в теле конкретного человека возникли раковые клетки — вопрос во многом риторический.

Каждая живая клетка функционирует и размножается в соответствии с заложенной в ней генетической информацией. При возникновении определенных мутаций эти тонкие механизмы регуляции сбиваются, и может произойти злокачественное перерождение.

Сложно сказать, что именно привело к таким мутациям в каждом конкретном случае. Современным врачам и ученым известны лишь факторы риска, которые повышают вероятность злокачественного перерождения и развития заболевания. Вот основные из них:

Неблагоприятная экологическая ситуация.
Курение.
Чрезмерное употребление алкоголя.
Профессиональные вредности, контакт с канцерогенными веществами и различными излучениями на производстве.
Ожирение, избыточная масса тела.
Ультрафиолетовое излучение солнца и соляриев.
Малоподвижный образ жизни.
Возраст: со временем мутации накапливаются, поэтому вероятность возникновения в организме раковых клеток повышена у пожилых людей.
Нездоровое питание: преобладание в рационе животных жиров, красного и обработанного мяса.

Ни один из этих факторов не приводит со стопроцентной вероятностью к развитию злокачественной опухоли.

Какие бывают типы генов рака?

Не все мутации одинаково опасны. К раку приводят те, которые возникают в определенных генах:

Онкогены активируют размножение клеток. Злокачественное перерождение происходит, когда они становятся слишком активны. В качестве примера можно привести ген, который кодирует белок HER2. Этот белок-рецептор находится на поверхности клетки и заставляет ее размножаться.

Гены-супрессоры опухолей сдерживают размножение клеток, восстанавливают поврежденную ДНК, вызывают апоптоз — запрограммированную клеточную смерть. Примеры таких генов: BRCA1, BRCA2, TP53 (кодирует белок p53 — «страж генома», который запускает апоптоз в поврежденных клетках).

Мутации, которые приводят к раку, могут быть наследственными (возникают в половых клетках) и соматическими (возникают в клетках тела в течение жизни).

Основные характеристики и строение раковых клеток

Раковые клетки обладают тремя основополагающими характеристиками, за счет которых так опасны онкологические заболевания:

Способность к бесконтрольному размножению.
Способность к инвазии — прорастанию в окружающие ткани.
Способность к метастазированию — распространению в организме и образованию новых очагов в различных органах.

Не всякая опухолевая клетка — раковая. Раком или карциномой называют злокачественные опухоли из эпителиальной ткани, которая выстилает кожу, слизистые оболочки внутренних органов, образует железы. Из соединительной ткани (костной, жировой, мышечной, хрящевой, кровеносных сосудов) развиваются саркомы. Злокачественные заболевания органов кроветворения называют лейкозами. Опухоли из клеток иммунной системы — лимфомы и миеломы.

Как выглядят раковые клетки под микроскопом?

Если коротко, то они сильно отличаются от нормальных, тех, что ожидает увидеть патологоанатом, когда рассматривает под микроскопом фрагмент ткани. Раковые клетки имеют более крупные или мелкие размеры, неправильную форму, аномальное ядро. Если нормальные клетки в одной ткани все примерно одинаковых размеров, то раковые зачастую разные. Ядро содержит очень много ДНК, поэтому оно крупнее (его размеры тоже вариабельны), а при окрашивании специальными веществами выглядит более темным.

Из нормальных клеток образуются определенные структуры, например, железы. Раковые клетки располагаются более хаотично. Например, они образуют железы искаженной, неправильной формы или непонятные массы, которые на железы совсем не похожи.

Как развиваются раковые клетки, какие этапы проходят в своем развитии?

Раковые опухоли растут за счет деления клеток, которые входят в их состав. Во время деления злокачественная клетка образует две своих копии, таким образом, рост происходит в геометрической прогрессии. Например, для того чтобы образовалась опухоль размером 1 см, нужно около 30 удвоений. Через 40 удвоений новообразование достигает веса 1 кг, и этот размер считается критическим, смертельным для пациента.

Согласно современным представлениям, за рост злокачественной опухоли отвечают так называемые стволовые опухолевые клетки. Они активно делятся, в то время как другие опухолевые клетки просто существуют. Современные ученые заняты поиском методов лечения, направленных против этих стволовых клеток.

Время удвоения опухолевых клеток бывает разным. Например, при лейкозе это происходит за 4 дня, а при раковых новообразованиях толстой кишки — за 2 года. Проходит много времени, прежде чем опухоль достигнет настолько больших размеров, что станет проявляться какими-либо симптомами. Например, если у онкологического больного появились некоторые жалобы, и после этого он прожил год, вероятно, опухоль в его организме на момент появления жалоб существовала уже около трех лет, просто он об этом не знал.

Пока раковая опухоль небольшая, ей вполне хватает кислорода. Но по мере роста она все сильнее испытывает кислородное голодание — гипоксию. Чтобы обеспечить свои потребности, опухолевые клетки вырабатывают вещества, которые стимулируют образование кровеносных сосудов — ангиогенез.

По мере роста опухоли происходит инвазия — распространение раковых клеток в окружающие ткани. Они вырабатывают ферменты, которые разрушают нормальные клетки.

Некоторые из них отрываются от материнской опухоли, проникают в кровеносные и лимфатические сосуды, образуют в них вторичные очаги — метастазы. В этом самая главная опасность злокачественных опухолей. Именно метастатические очаги становятся причиной гибели многих онкологических пациентов.

Ликвидация раковых клеток: что помогает их уничтожить?

С раковыми клетками можно бороться разными способами. Например, удалить их из организма хирургическим путем. Но это возможно лишь в случаях, если опухоль не успела сильно распространиться в организме. Даже если можно выполнить радикальную операцию, никогда нет стопроцентной гарантии того, что в организме не остались микроскопические опухолевые очаги, которые в будущем станут причиной рецидива. Поэтому зачастую хирургические вмешательства дополняют адъювантной и неоадъювантной терапией.

Другие методы лечения:

Химиопрепараты обладают разными механизмами действия, но все они сводятся к повреждению и уничтожению быстро размножающихся клеток. В первую очередь, конечно же, раковых, но страдают и некоторые нормальные ткани, из-за этого могут возникать серьезные побочные эффекты.
Лучевая терапия действует аналогично химиопрепаратам, поражая быстро размножающиеся клетки.
Таргетные препараты воздействуют на молекулы, которые помогают раковым клеткам быстро размножаться, выживать и защищаться от иммунной системы. Например, существуют блокаторы HER2, о котором речь шла выше, ингибиторы VEGF — вещества, с помощью которого опухолевые клетки «выращивают» для себя кровеносные сосуды.
Иммунотерапия помогает иммунной системе обнаруживать и уничтожать опухолевые клетки.

В «Евроонко» применяются наиболее современные оригинальные препараты для борьбы с раком. У нас есть возможность провести молекулярно-генетический анализ опухолевой ткани, разобраться, из-за каких мутаций клетки стали злокачественными, и назначить наиболее эффективную персонализированную терапию. Свяжитесь с нами, мы знаем, как помочь.

Источник