MOLEKULARNO-GENETIČKA OSNOVA RAKA

Maligni tumori su bolesti gena što ne znači da je rak nužno nasljedna bolest (samo u 5 – 10% slučajeva rak se nasljeđuje) jer je velika većina ostalih tumora posljedica somatskih, dakle sekundarnih, mutacija koje vode malignoj transformaciji. Samo 2% bolesti u čovjeka je monogeno (uzrokovano promjenom jednog gena). Ostatak od 98% bolesti je ili poligen (istodobno uzrokovano promjenom više gena) ili epigen (uzrokovan negenskim ili postgenskim poremećajima ćelijskih molekula.

Promjene tokom karcinogeneze dovode do gubitka normalnih mehanizama kontrole ćelijske proliferacije, diferencijacije, programirane smrti (apoptoza), međusobne povezanosti i organizacije ćelija. Remeti se ravnoteža između ćelijskog gubitka, što rezultira stvaranjem tumorske mase, praćene tumorskom invazijom i formiranjem metastaza. Spoznaja da je rak posljedica nakupljanja genetičkih grešaka u dužem razdoblju ima svoju potvrdu u činjenici da učestalost raka znatno raste s dobi.

Onkogeneza i onkogeni    

J. Michael Bishop i Harold Varmus dobili su 1989. god. Nobelovu nagradu za otkriće protonkogena i njihove sposobnosti da se pretvore u onkogene – gene koji mogu potaknuti nesvrsishovit rast ćelija. Promjena strukture ili funkcije protoonkogena naziva se aktivacijom, kojom nastaju onkogeni. Prvi onkogeni su otkriveni kao dijelovi genoma akutno transformišućih retrovirusa koji uzrokuju stvaranje tumora kod životinja u vremenu od dvije do tri nedjelje (virusni onkogeni, v-onc).

Umnožene mutacije narušavaju integritet ćelijskog genoma čime se spriječava popravak oštećenih gena i narušava prirodna ravnoteža i stabilnost genoma. Proteinski produkti protoonkogena regulišu diobu ćelije i djeluju na svim nivoima: membrani, citoplazmi i jezgri. Drugim riječima onkoproteini su činioci rasta, ćelijski receptori, drugi glasnici, transkripcijski faktori i izvršioci diobe.

Mehanizmi aktivacije protoonkogena u onkogene

Protoonkogeni se u onkogene aktiviraju na tri načina: mutacijom, translokacijom i amplifikacijom.

• Mutacija.Najčešće su tačkaste mutacije, kada se jedan nukleotid zamijeni drugim što rezultira kodiranjem pogrešnog proteina. Najčešći primjer je mutacija gena iz porodice ras (c-Ki-ras, c-H-ras ili c-N-ras).
• Delecija.Gubitak dijela gena, koja dovodi do gubitka ili sticanja određene funkcije
• Translokacija. Premještanje dijelova hromozoma i spajanje s drugim često zahvata i mjesta koja se aktivno prepisuju a koja mogu biti i onkogeni.
• Amplifikacija.Prekomjerna aktivnost nekog gena zove se amplifikacija. Najčešće zahvaćeni geni su myc i erbB-2/neu (HER-2). Može se izazvati retroviralnom insercijom u genom kada prekomjerno aktiviran gen produkuje velike količine myc-proteina.
• Genska insercija.Umetanje genetičkog materijala (virusa), koja dovodi do djelovanja stranog genetičkog materijala ili mijenja aktivnost gena domaćina

Tumor-supresorski geni (antionkogeni)

Tumor-supresorski geni potiču nesvsishovit rast supresijom ili gubitkom vlastite funkcije. Kodiraju proteine koji inhibiraju ćelijski ciklus i sudjeluju u nadzoru popravka oštećenja DNA. U ćelijama raka funkcija ili struktura tumor-supresorskih gena je narušena ili promijenjena što je najčešće posljedica mutacije. Obzirom da su proteinski produkti tumor-supresorskih gena negativni regulatori ćelijske proliferacije, te pozitivni regulatori ćelijske diferencijacije, gubitak njihove ekspresije u ćelijama tumora vodi ka pojačanoj proliferaciji i smanjenoj diferencijaciji ćelija što je pretpostavka za nastanak i razvoj malignih tumora .

Gen p53 smatra se čuvarom genoma. Koči nekontrolisanu proliferaciju ćelija. Smješten je na kratkom kraku horomozoma 17. Proteinski produkt p53 je fosfoprotein smješten u jezgri i ima važnu ulogu u nadzoru ćelijskog ciklusa. Gen p53 najčešće je mutiran gen u malignim tumorima (u 50-80% malignoma). U slučaju oštećenja DNA “zarobljava ćelije u G1 i omogućava popravak DNA, a ako su oštećenja veća, izaziva programiranu smrt ćelije (apoptozu). U slučaju njegove inaktivacije (tačkasta mutacija, delecija ili gubitak heterogenosti) – odsustva apoptoze ili nekontrolisane proliferacije – replicira se ćelija sa oštećenim genomom i nastaju kaskadna zbivanja koja prethode nastanku malignih tumora.

Gen Rb je drugi po važnosti supresorski gen. Nalazi se na dugom kraku 13. hromozoma. Protein Rb igra važnu ulogu u regulaciji ćelijskog ciklusa. Da bi nastao tumor moraju biti inaktivirana oba alela što znači da je retinoblastomski fenotip recesivan. Gen lociran na hromozomu 17q21 (BRCA 1) takođe djeluje kao tumor supresor gen. Njegova mutacija povezana je sa nastankom raka dojke i jajnika. Predispoziciju za nastanak raka dojke kod muškarca nosi inaktivirajuća mutacija gena na hromozomu 13q12-13 (BRCA 2).

Programirana smrt ćelija (apoptoza)

Smanjen ili potpun izostanak programirane ćelijske smrti (apoptoze) važan je mehanizam maligne alteracije. Programiranu smrt ćelije može stimulirati faktor nekroze tumora, manjak ili nedostatk interleukina 3, te oštećenje DNA. Nakon početnog stimulansa slijedi kaskadna reakcija čiji je krajnji cilj maligno bujanje ćelija. Onkogen koji mijenja apoptozu je bcl-2  ali on nije dovoljan da potakne malignu alteraciju nego su nužne mutacije drugih onkogena (npr. udruženost sa c-myc-onkogenom za nastanak folikularnih limfoma). To znači da je potrebna promjena više od jednog gena da bi nastupilo maligno bujanje.

Molekularno-genetička osnova raka dojke – supresorski geni BRCA 1 i BRCA 2

Najbolje je proučen 17. hromozom koji nosi gene p53 i BRCA 1. Gen p53 najčešće je mutirani gen u sporadičnim oblicima raka dojke i jajnika. Prekomjerna ekspresija proteina p53 nađena je u 13% karcinoma dojke in situ, u 17% tumora s obje komponente – intraduktalnom i invazivnom te u 50% invazivnih karcinoma. Dokazano je da su mutacije gena p53 vezane sa visokom učestalošću smrtnosti, odnosno pojačanom proliferacijom ćelija, ranim recidivom i ranom smrću.

Gen BRCA 1 je odgovoran za većinu nasljednih tumora dojke. Žene u tim porodicama imaju 60%-tni rizik oboljevanja od raka dojke i/ili jajnika, a taj rizik raste na 80% u dobi od 70 godina. Aktivan je u normalnoj dojci i jajniku, ali i timusu i testisima što mu daje važnost za organe čiju funkciju regulišu spolni hormoni. Gen BRCA 2 nalazi se na hromozomu 13q i odgovoran je za veliki rizik nastanka raka dojke u muškaraca.

Tumorski markeri

Proteini koje tumorske ćelije metabolišu ili stimulišu njihov metabolizam, zovu se tumorski markeri. Nalaze se u serumu, drugim tjelesnim tečnostima ili su prisutni kao antigeni na površini ćelija. Po hemijskom sastavu tumorski markeri su najčešće proteini, a obzirom na funkciju to su enzimi, hormoni i antigeni. Zbog njihove nedovoljne dijagnostičke specifičnosti i osjetljivosti treba koristiti više tumorskih markera istodobno.

Onkofetalne bjelančevine

• Alfa-fetoprotein (AFP) je glikoprotein koji stvaraju ćelije fetalne jetre. Povišene je koncentracije kod tumora jetre i testisa te metastaza kolona, karcinoma pankreasa, prostate i tumora ovarija. Povišen je i u trećine bolesnika sa akutnim i hroničnim hepatitisom.
• Karcinoembrionalni antigen (CEA) je glikoprotein, antigen fetusa iz epitela endoderma koji se pred kraj trudoće zamijeni drugim antigenom odraslih osoba. Povišen je kod raka pankreasa, želuca, kolona, rektuma, dojke te u metastazama u jetri. Nije strogo specifičan jer se ponekad javi kod ulceroznog kolitisa i drugih bolesti probavnog trakta.
• Gastrointestinalni karcinomski antigen (CA 19-9) je glikoprotein specifičan je za gastrointestinalni karcinom. Za karcinom pankreasa je osjetljiv 70-92% a specifičan 96%. Povišen je i kod raka želuca, kolona i rektuma i smatra se boljim pokazateljem tih karcinoma nego CEA.
• Ovarijski karcinomski antigen (CA 125) je visoke osjetljivosti (94%) i specifičnosti (89%) za rak jajnika, a osjetljivost se povećava ako se uz CA 19-9 određuje i CEA
• Karbohidratni antigen (CA 15.3) je glikopeotein koji prisutan u visokom koncentracijama kod raka dojke
• Antigen specifičan za prostatu (PSA) je glikoprotein koji nalazimo kod hiperplazije i raka prostate. Osjetljivi je od prostatične kisele fosfataze (PAP).
• Tkivni polipeptidni antigen (TPA) je membranski protein fetalnih i malignih ćelija. Povišen je kod raznih malignih bolesti a kod raka dojke u 90% slučajeva.
• Tennessee antigen je povišen u 75-80% slučajeva kod raka želuca, pluća, pankreasa i kolorektalnih tumora.
• Citokeratinski fragment (CYFRA 21-1) povišen je kod raka bronha a koristi se i za praćenje liječenja i otkrivanje recidiva

Enzimi i izoenzimi

Najčešće rastu aktivnosti glikolitičkih enzima u serumu bolesnika sa metastazama zbog  dezintegracije i diseminacije malignog procesa.. Aktivnost alkalne fosfataze je povišena kod primarnih malignih tumora jetre i kod metastaza u jetri. Prostatična kisela fosfataza (PAP) marker je za adenokarcinom prostate sa visokim koncentracijama u serumu kod koštanih metastaza  tog tumora. Izoenzim kreatin kinaza (CK-BB) je osjetljiv marker za adenokarcinom pluća, bubrega, dojke, jajnika i prostate. Izoenzimi LDH4 i LDH5 prisutan je kod karcinoma dojke, metastaza u jetru, melanoma i limfoma. Beta glukuronidaza (BG) visoka je kod hormon (estrogen) ovisnih tumora dojke i cerviksa. U bolesnika s primarnim ili metastatskim procesom u jetri i pankreasu povišena je aktivnost serumske d-glutamiltransferaze (GGT). Dioksifenilalaninska oksidaza (DOPA-oksidaza) je tumorski marker malignog melanoma a neurospecifična enolaza (NSE) marker neuroendokrinih tumora.

Hormonski markeri

Tumorski markeri mogu biti i hormoni. Humani horionski gonadotropin (HCG) je najpoznatiji hormonski tumorski marker posebno u horiokarcinoma. Maligni tumori pluća, želuca, gušterače, endometrija i hepatom mogu takođe producirati HCG. Adenokortikotropni hormon (ACTH) je povišen kod karcinoma pluća, digestivnog trakta i pankreasa gdje je povišen i inzulin. Kateholamini su tumorski marker za feohromocitom i neuroblastom; eritropoetin za tumor bubrega, hepatom i feohromocitom, a parathormon za tumor paratiroideje. Veoma važno je određivanje hormonskih receptora (imunohistohemijskim reakcijama) estrogena, progesterona, androgena i glikokortikoida kod malignih tumora. U tom slučaju se može korektno sprovesti hormonska ili antihormonska (selektivna), osnovna ili adjuvantna terapija malignih tumora.