Portál:Otázky z biochemie (1. LF UK, VL, ÚLB)/Protoonkogeny

]

Protoonkogeny jsou geny, které se běžně vyskytují v organismu a jsou odpovědné za proliferaci.

Podílí se na regulaci buněčné proliferace, regulaci průběhu buněčného cyklu, diferenciace, vývoje, stárnutí, programované buněčné smrti (apoptóze), imunitní odpovědi a karcinogenezi na všech úrovních signálních drah.

Produkty protoonkogenů

Růstové faktory

protoonkogen sis kóduje část biologicky aktivního b-řetězce růstového faktoru PDGF (růstový faktor odvozený od krevních destiček)
protoonkogen hst kóduje růstový faktor fibroblastů FGF
v nádoru prsu, jícnu a u maligních melanomů je hst amplifikován a jeho zvýšená exprese má podíl na maligní transformaci

Receptory růstových faktorů

nejčastěji mají tyrosinkinasouvou aktivitu – jedná se tedy o enzymy, které fosforylují tyrosiny cílových proteinů nebo o proteiny s tyrosinkinasovými doménami
patří sem protoonkogen HER-2/neu (human epidermal growth receptor)
patří do rodiny 4 protoonkogenů kódujících receptory pro epidermální růstové faktory (EGFR) s tyrosinkinasovou aktivitou
v mutované hyperaktivní formě se vyskytuje v gliomech, amplifikace tohoto genu bývá také v buňkách karcinomu prsu

Proteiny vázající GTP – G-proteiny

jde o intracelulární proteiny (GTPasy), které působí spolu s tyrosinkinasami
podílejí se na regulaci buněčné proliferace
mezi G-proteiny patří např. produkty protoonkogenů rodiny ras
mutované protoonkogeny (onkogeny c-ras) kódují protein, jehož aktivita není regulována střídáním vazby s GTP nebo s GDP (aktivace nebo inaktivace ras proteinu) – v důsledku toho není ras onkoprotein schopen ukončit signál stimulující množení buněk
nalézají se v buňkách různých nádorů

Tyrosinkinasy lokalizované v plasmatické membráně

produkty protoonkogenů abl a src patří mezi proteiny s aktivitou tyrosinkinasy
umožňují přenos signálů z plasmatické membrány do cytoplasmy

Cytoplasmatické proteiny

přenos signálů cytoplasmou do jádra, které jsou vyvolané růstovými faktory, diferenciačními hormony, cytokiny, mobilizací iontů kalcia, kyslíkovými radikály nebo látkami poškozujícími DNA, je regulován produkty mnoha protoonkogenů
spolu s produkty protoonkogenů rodiny ras zajišťuje přenos těchto signálů cytoplasmou také např. protoonkogen raf-1
jeho produkt – proteinkinasa Raf-1, neboli první MAP-kinasa, má regulační úlohu v kaskádě přenosu signálů zprostředkovaných proteinikinasami

Transkripční faktory

protoonkogeny fos, jun, erb-A, myc kódují proteiny se specifickou funkcí – transkripční faktory
jsou aktivovány MAP-kinasami a jejich produkty podněcují nebo tlumí transkripci cílových genů pro regulaci jednotlivých úseků buněčného cyklu

Proteiny kontrolující průběh buněčného cyklu

protoonkogeny myc a myb stimulují přechod z G1 do S fáze, zvýšená exprese vede ke zkrácení klidového stádia fáze G1 před vstupem do S fáze buněčného cyklu
tím je omezen čas pro opravy DNA (omezení tzv. velkého repairu)

U různých protoonkogenů byly nalezeny velké podobnosti mezi různými živočišnými druhy, např. i u člověka, myší, kvasinek nebo drosophily. mutace v jednom z párových protoonkogenů na homologních chromosomech je dostatečná pro změnu regulace buněčné aktivity, na které se tento protoonkogen podílí. Mutace protoonkogenů byly dosud převážně detekovány jen v somatických buňkách a mají charakter dominantní mutace.

Onkogeneze

Protoonkogen

Jestliže dojde k abnormální aktivaci protoonkogenu, dochází k zvýšení exprese nebo hyperaktivitě proteinu. Důsledkem je nadměrné buněčné dělení. Tato mutovaná forma se nazývá onkogen. Protoonkogen může být takto aktivován v důsledku:

bodové mutace,
amplifikace (zvýšení počtu kopií protoonkogenu),
translokace do transkripčně aktivního místa (např. Burkittův lymfom),
vzniku chimerického (fúzního) genu v důsledku chromozomální přestavby (např. Filadelfský chromozóm).

Jiným mechanismem vzniku nádorového bujení je mutace antiproliferačních tumor-supresorových genů. Ty se v genomu vyskytují vždy ve dvou kopiích a pro jejich poškození je nutný zásah obou kopií. Protoonkogeny se však v této oblasti liší. Mutace jedné kopie protoonkogenu na onkogen bohatě stačí k vzniku projevů – dominantní charakter.

Protoonkogeny mohou kódovat velmi širokou paletu proteinů s mnoha různými funkcemi (geny buněčné diferenciace, signální molekuly, povrchové receptory, regulační geny…). Jestliže dojde k poškození např. proteinu signalizačních drah, může se změnit reaktivita buněk na působení růstových faktorů. Následuje výrazné buněčné dělení. To může být způsobeno několika mechanismy:

protein začne být tvořen i v buňkách, ve kterých se normálně netvoří;
protein je tvořen odpovídajícími buňkami, ale v nadměrném množství;
protein se tvoří ve formě, která nemůže být regulována normálními mechanismy.

Nové výzkumy objevily napojení aktivace protoonkogenů na onkogeny přes microRNA. Jedná se o úseky RNA o velikosti 21–25 nukleotidů. Ty mohou kontrolovat expresi těchto genů pomocí jejich down-regulování. V budoucnu by možná mohly být užívány k zablokování působení onkogenů.

V současné době je známo na 40 druhů protoonkogenů. Z toho u 16 z nich byla prokázána přímá souvislost s nádorovým bujením, např.:

Protoonkogen	tkáň
Her-2/ neu	nádory prsu
K-ras	nádory jícnu, tlustého střeva, pankreatu
beta-Catenin	nádory pankreatu, tlustého střeva
Cyclin E	nádory jater
mutantní B-Raf	melanomy

Příklady (proto)onkogenů

Mezi onkogeny patří například odvozené formy růstového faktoru PDGF, receptory pro růstové hormony nebo proteiny intracelulárních signálních drah. Všechny tyto buňky se vyznačují podobným chováním – reagují tak, jako by neustále dostávaly signalizační pokyny k dělení. Buňky se tak zcela vymykají regulačnímu řízení.

Mezi onkogeny patří také virový gen src. Viry způsobující rakovinu se nazývají transformační viry (často se jedná o retroviry). Za normálních okolností reguluje gen src proteinkinázu kontrolující buněčné dělení. Jednotlivé struktury onkogenu a protoonkogenu se od sebe liší v několika aminokyselinách.

Virové onkogeny	normální funkce protoonkogenu	nádory způsobené mutací
onkogen abl	Tyr-specifická proteinkináza	pre-B-lymfocytární leukémie
erb-B	receptor epidermálního růstového faktoru (EGF)	erytroleukémie
fos, jun	regulace genové exprese	osteosarkomy, fibrosarkomy
myc	regulace genové exprese	sarkomy a karcinomy
src	Tyr-specifická proteinkináza	sarkomy