: Главная arrow Клетка и ее структура arrow Отношение вирусов и плазмид к образованию опухолей (онкогенезу)  

Отношение вирусов и плазмид к образованию опухолей (онкогенезу)

Печать E-mail
 

Возникновение злокачественных (раковых) опухолей может иметь раз­личные причины, однако во всех случаях к этому причастен генетиче­ский материал клетки-ее ДНК. Что бы ни привело к образованию опу­холи (раковому перерождению), последующим ростом ткани управляет ДНК безудержно делящихся опухолевых клеток. В основе превращения нормальной клетки в злокачественную - опухолевой трансформации - лежит перенос или иное изменение ДНК. Агент, вызывающий пролифе­рацию клеток,-это продукт гена. До сих пор, правда, не удается создать общую теорию, которая охватывала бы все формы ракового переро­ждения, однако изучение злокачественных опухолей, вызванных вируса­ми и плазмидами, уже сейчас позволяет сделать далеко идущие выводы. Мы рассмотрим три примера онкогенеза: 1) образование опухолей у растений, 2) развитие опухолей у животных под действием ДНК-виру­сов и 3) развитие опухолей у животных под воздействием РНК-вирусов (ретровирусов).

 

Image

Образование опухолей у растений. У многих растений встречаются опухоли корневой шейки. Эти разрастания ткани уменьшают поток пи­тательных веществ между подземными и надземными частями. У мно­гих растений такие опухоли можно вызвать экспериментально; ти­пичные результаты получаются больше чем у половины изученных видов (рис. 4.15). Возбудителем является Agrobacterium tume­faciens -грам-отрицательная почвенная бактерия с перитрихальными жгутиками, сходная с представителями рода Rhizobium. Бактерии прони­кают в ткань через поврежденные участки и размножаются в межклет­никах. Бывают вирулентные и авирулентные штаммы A. tumefaciens; ви­рулентные содержат большую плазмиду, так называемую Ti-плазмиду. После заражения ткани плазмиды проникают в растительные клетки.

Плазмидная ДНК прочно интегрируется в хромосомную ДНК рас­тительных клеток и вызывает их опухолевый рост. Путем прививки та­ких клеток можно передать опухоль здоровому растению; таким обра­зом, после того как клетки претерпели опухолевую трансформацию, бактерия и ее плазмида становятся уже ненужными. Интегрированная ДНК плазмиды ответственна также за способность клеток вырабаты­вать новые ферменты, с помощью которых синтезируются аминокис­лоты октопин и нопалин, так называемые опины. Эти аминокислоты могут использоваться бактерией A. tumefaciens в качестве источника углерода и азота. Благодаря Ti-плазмиде Agrobacterium получает, таким образом, преимущественный доступ к продуктам фотосинтеза растения: Ti-плазмида обеспечивает образование аминокислот, которые могут быть усвоены только этой бактерией.

Наряду с этим Ti-плазмида представляет собой естественный генный вектор для переноса чужеродной ДНК (см. разд. 15.3, рис. 15.21) в рас­тения. Гены, определяющие опухолевый рост, можно выделить из плаз-миды и заменить другими генами. Из тканей, состоящих из клеток, трансформированных видоизмененной плазмидой, удавалось регенери­ровать целые растения табака, которые росли совершенно нормально и вдобавок ко всему синтезировали опины. Таким образом, гены чуже­родной ДНК передавались как доминантные факторы в соответствии с обычными законами наследственности.

Онкогенез, вызываемый у животных ДНК-вирусами. Исследования канцерогенеза у животных нередко проводятся на культурах тканей. Ес­ли перенести клетки животных, например из органов кур или хомячков, или фибробласты человека в подходящую питательную среду, то на внутренней стенке культурального сосуда они начнут размножаться. Обычно клетки продолжают расти лишь до тех пор, пока не начнут со­прикасаться между собой. Из-за контактного торможения образуется только однослойный клеточный газон. Если же эти нормальные клетки инфицировать опухолеродным вирусом, то контактное торможение сни­мается, клетки продолжают размножаться и начинают надвигаться друг на друга. Многослойный рост наблюдается только у клеток, претерпев­ших опухолевую трансформацию. Из клеточной массы легко выделить отдельные клетки и таким путем получить чистые линии (клоны) транс­формированных клеток.

Вирусы полиомы и SV40 («Обезьяний вирус 40») относятся к группе паповавирусов. Они содержат двухцепочечные кольцевые молекулы ДНК. В эксперименте вирус можно перенести для размножения в клет­ки тканевой культуры. Размножаясь в некоторых (так называемых пер-миссивных) клетках, вирус вызывает их лизис, и по мере его размноже­ния клетки гибнут. В других (непермиссивных) клетках вирус ведет себя иначе. В этом случае размножение вируса подавляется, и примерно в одной из 105 клеток вирусная ДНК интегрируется в клеточную ДНК. Такое включение вирусной ДНК в геном клетки-хозяина может приво­дить к опухолевой трансформации. В трансформированной клетке обра­зуется белок (Т-антиген), который запускает репликацию клеточной ДНК, и в результате начинается размножение клеток. Инъекция такого рода трансформированных клеток животным приводит к быстрому образованию опухолей.

Онкогенез, вызываемый у животных РНК-вирусами. К образованию опухолей у животных могут быть причастны также и РНК-вирусы -ретровирусы. Они относятся к икосаэдрическим вирусам с обо­лочкой и содержат (+ )РНК-геном (одноцепочечную РНК). В качестве онкогенных вирусов они, например, вызывают саркому Рауса у кур и лейкемию у мышей. Название «ретровирусы» связано с тем, что в их размножении участвует обратная транскриптаза (см. конец раздела 15.1). РНК этих вирусов не может воспроизводиться путем простой ре­пликации-необходима ее предварительная транскрипция в ДНК с последующей интеграцией этой ДНК в одну из хромосом клетки-хозяина. Интеграция-необходимый этап репродукции вируса; только интегриро­ванная вирусная ДНК будет транскрибироваться. Так как интеграция в клеточную ДНК входит в жизненный цикл вируса, частота интеграции очень велика. Вероятно, вирусная ДНК может включаться в клеточную в любом месте.

Размножение вируса не приводит к лизису клетки. Нуклеокапсид образуется внутри клетки, перемещается затем к плазматической мем­бране и выходит наружу, одетый в оболочку из этой мембраны. Инте­грированная ДНК ретровируса реплицируется вместе с геномом клетки-хозяина и поэтому содержится в каждой клетке опухоли (саркомы). Опухолевый рост клеток обусловлен экспрессией вирусного гена «src». Этот ген кодирует белок, который, по-видимому, представляет собой киназу, фосфорилирующую белки. Можно думать, что эта киназа уча­ствует в преобразовании дифференцированной клетки в клетку эмбрио­нального типа.

Недавно была выяснена последовательность оснований в вирусной РНК. Оказалось, что она сходна с последовательностью одного из ге­нов человека. Отсюда можно заключить, что src -это ген животного происхождения, который в результате неточной транскрипции был включен в РНК вируса вместе с вирусными генами и закрепился в ней. Это мог быть ген, кодирующий важный для эмбриональной клетки фактор роста. Таким образом, опухоли, вызываемые ретровирусами, в конечном счете обусловлены переносом какого-то гена животного происхождения в клетку животного.

Виройды. Недавно удалось установить, что возбудителями неко­торых опухолей растений являются маленькие «голые», т.е. лишенные белковой оболочки, свободные молекулы РНК. Их назвали вироидами. Это замкнутые в кольцо одноцепочечные молекулы с длиной цепи при­мерно в 360 нуклеотидов (мол. масса 12-10* Да).

Таким образом, они в десять раз меньше инфекционных РНК самых мелких из известных до сих пор вирусов, и, следовательно, это самые мелкие возбудители болезней. Вироиды вызывают болезни картофеля, цитрусовых, огурцов, хризантем, хмеля, кокосовых пальм и других растений.

 
След. »