Проблемы и перспективы молекулярной генетики. Том 1 - Свердлов Е.Д.
ISBN 5-02-002753-7
Скачать (прямая ссылка):
Таблица 8. Изменения уровней экспрессии генов окислительного фосфорилирования у трансгенных мышей, содержащих ген tat HIV-1
Ген Трансгенные мыши
№312 №313 №502
НАДН-де-гидрогеназа 4 + + N
Цитохром-с-оксидаза 2 + + +
Цитохром b + + +
АТФ-синтаза 6 N N +
Обозначения + — повышенная экспрессия
по сравнению с нормой, N -ний (норма). отсутствие измене-
167
процессом. Определенные изменения в работе генетического аппарата выступают в качестве триггеров. Поскольку метаболизм клетки является интегральным процессом, нарушение даже в одном из звеньев приводит к цепной реакции, отражающейся в изменении экспрессии сотен других генов. При этом нарушается баланс между продуктами онкогенов и антионкогенов, между различными факторами, участвующими в апоптозе, которые в норме во многом определяют процессы нормальной жизнедеятельности клеток. Метаболизм в раковых клетках направляется в сторону их неуправляемого размножения. Перепрограммирование, происходящее в раковых клетках, затрагивает множество метаболических путей. Поэтому, когда интегрально исследуется картина экспрессирующихся генов в опухолях, существует главная проблема - это вычленение причины и следствия.
Один из важных метаболических путей, меняющих свои свойства в злокачественных клетках, связан с такими органеллами, как митохондрии, обеспечивающими энергетику клеток. Транскрипция, трансляция, репликация и репарация митохондриального генома зависят от ядерного генома, но пока не до конца ясно, как эти два генома интегрированы друг с другом. Изучение механизмов межгеномного взаимодействия может стать полезным для понимания интегральной картины процессов злокачественного перерождения клеток.
К митохондриям в настоящий момент приковано внимание многих групп исследователей. Это связано с осознанием того влияния, которое оказывают митохондрии на метаболизм клетки, в том числе на злокачественную трансформацию и апоптоз. Как выяснилось, в осуществлении этих процессов значимую роль играет регуляция экспрессии митохондриальных генов (Capuano et al., 1997; Heddy et al., 1999; Penta et al., 2001). В разных типах раковых клеток среди усиленно экспрессирующихся генов “домашнего хозяйства” встречаются гены белков ОФ. Это свидетельствует о том, что повышенная экспрессия ряда генов окислительного фосфорилирования может быть общим свойством предраковых и раковых клеток. Имеющиеся данные можно рассматривать как указание на заметные изменения в энергетическом метаболизме раковой клетки. В принципе данное заключение можно было бы высказать, исходя из общих соображений, а также на основании некоторых известных данных по исследованию ферментативной активности в раковых клетках. Однако последние указывали на энергетическую зависимость злокачественных клеток скорее от гликолиза, чем от окислительного фосфорилирования.
Выше были приведены данные, свидетельствующие о том, что в разных типах лимфом человека и обезьян усиливает свою экспрессию ограниченный спектр митохондриальных генов, кодирующих белки ОФ. Хотя набор этих генов слегка различается в разных типах опухолевых клеток, следует отметить, что во всех проанализированных нами лимфомах имела место повышенная экспрессия гена субъединицы 2 цитохром-с-оксидазы и субъединиц 1 и 2 NADH-дегидрогеназ. В то же время анализ экспрессии гена NADH-дегид-рогеназы 2, проведенный в качестве контроля, не позволил обнаружить изменение уровня его транскрипции в опухолевых клетках (см. табл. 7).
Повышенную экспрессию ряда генов, кодирующих белки окислительного фосфорилирования (цитохрома Ь, субъединицы 2 цитохром-с-оксидазы, субъединиц 1 и 4 NADH-дегидрогеназы) и митохондриальную 16S рРНК,
168
обнаруживали ранее в разных типах раковых тканей и трансформированных клеточных линиях (Sharp et ah, 1992; Wang et al., 1996; Heddy et al., 1996; Penta et al., 2001). Данные, полученные в этих работах, в целом коррелируют с нашими результатами в том отношении, что при этом в опухолевых клетках усиливают свою экспрессию не все, а лишь ограниченный набор митохондриальных генов.
Важно отметить, что увеличение экспрессии в злокачественных клетках отдельных митохондриальных генов белков ОФ не связано с изменением относительного содержания в клетках митохондриальной и ядерной ДНК. Изучение биогенеза митохондрий в опухолевых клетках с увеличенным числом транскриптов некоторых генов ОФ показало, что копийносгь митохондриальной ДНК в них не увеличивается по сравнению с нетрансформиро-ванными клетками. Напротив, оказалось, что в опухолевых клетках снижено количество митохондрий при парадоксальном увеличении содержания митохондриальных транскриптов (Mullauer et al., 1991; Luciakova, Kuzela, 1992; Heddy, 1996, 1999). Обнаруженное нами увеличение экспрессии ограниченного набора митохондриальных генов при лимфомогенезе также не может быть просто объяснено эффектом увеличения числа митохондрий в злокачественной клетке, так как происходило изменение экспрессии не всех генов митохондриального генома.
Остается нерешенным вопрос, заключающийся в том, что в этих процессах является первичным, а что вторичным. Согласно нашим данным, в частности полученным на трансгенных мышах с геном tat HIV-1, усиление окислительного фосфорилирования может по крайней мере в некоторых случаях предшествовать злокачественному перерождению клеток и, вероятно, быть причиной последнего. В этом отношении интересны результаты, полученные недавно Cavalli с соавт. (1997), которые показали, что при истощении раковых клеток митохондриальной ДНК они ревертируют к дикому типу. Ответ на вопрос о том, является ли усиление экспрессии ряда митохондриальных генов белков ОФ одной из причин лимфомогенеза, или его следствием, могло отчасти дать определение уровней экспрессии митохондриальных генов белков ОФ в первичных иммортализованных клетках человека -модельной системе ранних этапов онкогенеза. С этой целью был проведен дифференциальный скрининг клонотек кДНК нормальных и иммортализованных SV40 фибробластов человека с использованием в качестве зондов кДНК некоторых митохондриальных генов ОФ, уровень экспрессии которых в клетках лимфом выше, чем в В-лимфоцитах и лимфоузлах. Оказалось, что в иммортализованных клетках также повышен уровень экспрессии COX-II, ND-IV и сохранен неизменным уровень экспрессии гена ND-II (Николаев и др., 2001). Эти данные позволяют считать, что изменение (повышение) экспрессии отдельных генов митохондриального генома может быть одним из ранних проявлений онкогенеза и, в частности, лимфомогенеза.
