Karcenogeneza, czyli nowotworzenie

Karcenogeneza, inaczej nazywana nowotworzeniem, to złożony proces prowadzący do powstania zmiany nowotworowej. Zmiany które zachodzą w komórce w jego trakcie wynikają z szeregu sumujących się mutacji, czyli uszkodzeń DNA. W ich wyniku dochodzi do niekontrolowanych podziałów prowadzących do powstania choroby nowotworowej. Jak przebiega proces karcenogenezy? Jakie czynniki odpowiadają za jego rozpoczęcie?

Spis treści

1. Etapy procesu karcenogenezy
2. Czym jest transformacja nowotworowa?
3. Jakie czynniki mogą wywołać rozpoczęcie procesu karcenogenezy?
4. Czym są inicjatory?
5. Czym są promotory?
6. Geny związane z procesem nowotworzenia
7. Rola wirusów w procesie nowotworzenia
8. Wiedza na temat procesu karcenogenezy - znaczenie dla zdrowia

Nowotworzenie inaczej karcynogeneza lub kancerogeneza jest procesem wynikającym z błędów w informacji genetycznej. Geny są instrukcjami zawartymi w DNA, sterującymi funkcjami komórki. W momencie gdy dojdzie do uszkodzenia informacji genetycznej dotyczącej cyklu życiowego lub mechanizmów naprawczych DNA, może dojść do rozpoczęcia procesu karcenogenezy.

Powstawanie zmiany nowotworowej jest złożonym, długotrwałym procesem. Wynika on z szeregu mutacji, które stopniowo się nawarstwiają. Ostatecznie w wyniku tych uszkodzeń dochodzi do transformacji nowotworowej, czyli nabycia przez komórkę zespołu cech nowotworowych.

Etapy procesu karcenogenezy

Karcenogeneza jest procesem ciągłych następujących po sobie zmian. Zazwyczaj dzieli się ją na trzy etapy:

• inicjacja
• promocja
• progresja

Na czym polega etap inicjacji?

W trakcie etapu inicjacji pojawia się pierwsza zmiana w DNA prowadząca do rozpoczęcia się procesu nowotworzenia. Często nazywa się ją mutacją inicjującą. Takie uszkodzenie może powstać spontanicznie lub w wyniku działania kancerogenu, czyli czynnika rakotwórczego.

Takie zmiany zachodzą w naszych organizmach bardzo często, jednak dzięki mechanizmom zabezpieczającym nie dochodzi do rozwoju choroby. Większość mutacji DNA jest naprawiana przez specjalne białka naprawcze obecne w komórce.

Do inicjacji procesu nowotworzenia dochodzi zazwyczaj, gdy uszkodzenie informacji genetycznej dotyczy danych dotyczących mechanizmów naprawy DNA lub cyklu życiowego. Taka zmiana prowadzi do utraty kontroli nad podziałami komórkowymi oraz nowymi mutacjami. Doprowadza to do ciągłego namnażania się tkanki jak również pojawiania się kolejnych uszkodzeń materiału genetycznego.

Proces kancerogenezy często powiązany jest z upośledzeniem mechanizmu apoptozy, czyli samobójczej śmierci komórki. Jest to droga na której usuwane są uszkodzone komórki w naszym organizmie. W zmianach nowotworowych mechanizm ten jest wadliwy na skutek mutacji. W wyniku tego komórki te namnażają się mimo błędów w DNA.

To czy komórka wkroczy na kolejny etap nowotworzenia zależy od miejsca w informacji genetycznej w którym zaszła mutacja. Jeżeli zmiana jest nieodwracalna, a cykl życiowy został zaburzony, dochodzi do rozpoczęcia promocji nowotworowej. Zdarza się jednak że zainicjowane komórki pozostają w stanie utajenia przez wiele lat, nie mutując dalej.

Czytaj też: Czym jest mutacja nowotworowa?

Na czym polega etap promocji?

W trakcie etapu promocji dochodzi do aktywacji onkogenów. Pod tym pojęciem kryją się wadliwie zmutowane protoonkogeny, które w zdrowej komórce są odpowiedzialne za kontrole cyklu życiowego. W wyniku aktywności onkogenów dochodzi do intensywnej, nieograniczonej proliferacji, czyli inaczej namnażania.

W wyniku ciągłych podziałów oraz uszkodzonych funkcji naprawczych, dochodzi do pojawienia się szeregu nowych mutacji. Wraz z kolejnymi błędami w DNA zmiana nowotworowa staje się coraz groźniejsza. Szczególnie niebezpieczne są wszystkie uszkodzenia dotyczące informacji o cyklu życiowym komórki oraz apoptozie.

Wartą wyszczególnienia jest pojawiająca się w niektórych przypadkach mutacja białka p53. Jest ono często nazywane "strażnikiem genomu". Nazwa ta wynika z funkcji jaką pełni to białko w zabezpieczaniu DNA przed uszkodzeniami oraz inicjowaniu procesu apoptozy. Zmiany nowotworowe w których doszło do mutacji w obrębie informacji o p53 zazwyczaj rokują gorzej od innych.

Etap promocji doprowadza zmutowaną komórkę do przemiany w nowotworową. Proces ten może trwać wiele lat. Zmiany rozpoznane i usunięte na tym etapie dają duże szanse na wyleczenie. Z tego względu w terapii nowotworów istotna jest wczesna diagnoza.

Na czym polega etap progresji?

Progresja jest etapem prowadzącym do uzłośliwienia się nowotworu. W jej wyniku dochodzi do nabycia przez komórki zdolności do tworzenia przerzutów oraz naciekania.

Komórka w trakcie tego procesu podlega drastycznym zmianom dotyczącym kariotypu. Oznacza to że mutacjom ulegają całe chromosomy, a uszkodzenia w obrębie jądra komórkowego są widoczne pod mikroskopem.

Nowotwory wykryte na tym etapie źle rokują i cechują się złośliwością.

Czytaj też: Nowotwór: łagodny czy złośliwy?

Czym jest transformacja nowotworowa?

Transformacja nowotworowa zachodzi w trakcie procesu karcenogenezy. Tym pojęciem określa się nabycie przez komórkę zespołu cech nowotworowych:

• ograniczoną odpowiedź na czynniki blokowania wzrostu wysyłane przez organizm
• utratę zdolności hamowania wzrostu komórek
• zdolność do dzielenia się w sposób nieograniczony liczby podziałów komórkowych
• zdolność do namnażania się niezależnie od kontaktu z podłożem

Jakie czynniki mogą wywołać rozpoczęcie procesu karcenogenezy?

Proces nowotworzenia rozpoczyna się od mutacji inicjującej. Zmiana ta może pojawić się spontanicznie jako błąd w trakcie replikacji DNA. Niektóre uszkodzenia materiału genetycznego prowadzące do powstania nowotworu możemy dziedziczyć po przodkach. Pojedyncza mutacja w sposób bezpośredni nie wywołuje choroby. Do powstania zmiany nowotworowej konieczny jest szereg uszkodzeń DNA powstających w trakcie procesu karcenogenezy.

Istnieją również czynniki zewnętrzne które mogą inicjować lub stymulować proces tworzenia się zmiany nowotworowej. Są one nazywane kancerogenami. Dzieli się je na:

• czynniki fizyczne np. promieniowanie UV, promieniowanie jonowe
• czynniki chemiczne np. alkohol etylowy, substancje smoliste zawarte w dymie papierosowym
• czynniki biologiczne np. wirusy onkogenne takie jak HPV

Czytaj też: Przyczyny nowotworów czyli skąd się bierze rak?

Wśród kancerogenów ze względu na ich wpływ na proces nowotworzenia można wyróżnić inicjatory oraz promotory.

Czym są inicjatory?

Inicjatory są oddziaływaniami chemicznymi, fizycznymi lub biologicznymi o charakterze mutagennym. Te czynniki są odpowiedzialne za wywołanie mutacji inicjującej w obrębie DNA w jądrze komórkowym. Na skutek tej zmiany dochodzi do rozpoczęcia procesu nowotworzenia.

Czym są promotory?

Promotory są czynnikami stymulującymi przebieg procesu kancerogenezy. Pobudzają zmutowane komórki do szybszych podziałów. Pod wpływem ich oddziaływania nowotworzenie zachodzi w krótszym czasie, a choroba gwałtownie się rozwija.

Do grupy promotorów zaliczane są różnego rodzaju substancje toksyczne docierające do naszego ciała z zewnątrz. Niestety również związki syntezowane przez ludzki organizm mogą działać w ten sposób. Cytokiny, estrogeny oraz inne substancje endogenne mogą stymulować rozwój zmiany nowotworowej.

Geny związane z procesem nowotworzenia

Nowotwory są chorobami mającymi podłoże genetyczne. Szkodliwe procesy zachodzące w trakcie tych schorzeń wynikają z uszkodzeń DNA, czyli informacji genetycznej. Zmiany te nie dotyczą całego organizmu, jak w przypadku dziedzicznych chorób genetycznych, a jedynie zmienionej tkanki.

Po przodkach możemy dziedziczyć pojedyncze geny zwiększające ryzyko wystąpienia choroby. Nie można jednak odziedziczyć nowotworu po rodzicach.

W trakcie procesu nowotworzenia mutacjom ulegają konkretne rodzaje genów związanych z kontrolą stabilności DNA oraz cyklem życiowym komórki. Możemy wyszczególnić ich następujące rodzaje:

• onkogeny
• zmutowane geny odpowiadające za naprawę DNA - mutatorowe
• zmutowane geny supresorowe, czyli antyonkogeny

Czytaj też: Rak i geny. Nowotwory dziedziczne. Sprawdź, czy jesteś w grupie ryzyka

Czym są onkogeny?

Onkogeny to geny których aktywność prowadzi do przekształcenia zdrowej komórki w komórkę nowotworową. Powstają na z uszkodzonych protoonkogenów, będącymi prawidłowymi wersjami informacji genetycznej. Odpowiadają one za:

• przebieg cyklu komórkowego
• kontrole procesu różnicowania i namnażania się komórek
• apoptozę, czyli proces samobójczej śmierci komórki

W momencie gdy protoonkogen przekształca się w onkogen dochodzi do zaburzenia tych procesów komórkowych.

Czytaj też: Komórka nowotworowa - czym różni się od zdrowej?

Czym są zmutowane geny mutatorowe?

Geny mutatorowe to inaczej geny naprawcze DNA, nazywane również opiekunami genomu. W zdrowej komórce zabezpieczają materiał genetyczny przed uszkodzeniami. Jeżeli dojdzie do mutacji w ich obrębie, DNA nie jest chronione przez co nowe uszkodzenia pojawiają się w gwałtownym tempie. Ostatecznie komórka mutuje coraz intensywniej, a proces kancerogenezy przyspiesza.

Czym są geny supresorowe?

W zdrowej komórce geny supresorowe blokują cykl komórkowy oraz jej podziały. W momencie, gdy komórka na skutek uszkodzeń staje się wadliwa, geny te blokują jej przejście na kolejny etap cyklu prowadzący do namnażania. Dzieje się tak dzięki syntezie specjalnych białek blokujących. Dzięki genom supresorowym uszkodzone komórki nie rozmnażają się jednocześnie uszkadzając organizm.

Karcenogeneza doprowadza do upośledzenia tego mechanizmu ochronnego. W jej trakcie dochodzi do mutacji genów supresorowych. W konsekwencji komórki nowotworowe dzielą się w niekontrolowany sposób, bez względu na uszkodzenia.

Rola wirusów w procesie nowotworzenia

Niektóre wirusy posiadają zdolność inicjowania procesu karcenogenezy. Wynika to ze sposobu namnażania się tych drobnoustrojów. Mianowicie nie są one zdolne do samodzielnego powielania. Aby namnożyć się, wirusy wprowadzają swoje DNA do materiału genetycznego komórki gospodarza. Następnie na podstawie wszczepionej informacji syntezowane są nowe drobnoustroje.

Czasami w trakcie tego procesu dochodzi do uszkodzenia DNA zawierającego dane dotyczące prawidłowego cyklu komórkowego. Taka zainfekowana komórka może dzielić się w sposób niekontrolowany, jednocześnie powielając wszczepiony materiał genetyczny wirusa. Wchodzi w ten sposób na drogę nowotworzenia.

Wśród wirusów zdolnych do wywołania procesu karcenogenezy możemy wymienić:

• wirus HPV- brodawczaka ludzkiego
• wirus WZW typu B
• wirus WZW typu C

Przed onkogennymi wirusami HPV oraz WZW typu B możemy zabezpieczyć się za pomocą szczepień ochronnych.

Czytaj też: HPV, EBV, HBV i HCV - wirusy, które mogą prowadzić do raka

Wiedza na temat procesu karcenogenezy - znaczenie dla zdrowia

Poznanie molekularnych podstaw procesu karcenogenezy zmieniło nasz sposób myślenia o nowotworach. Dzięki niemu możliwe są nowe metody leczenia, na przykład terapia celowana.

Z wiedzy dotyczącej etapów nowotworzenia można wyciągnąć istotne wnioski dotyczące profilaktyki oraz diagnostyki chorób onkologicznych. Zmiany w trakcie fazy inicjacji mogą zostać zniwelowane przez procesy ochronne w zdrowo funkcjonującym organizmie. W naszym ciele mogą ukrywać się przez wiele lat utajone komórki na etapie inicjacji, które mogą zostać aktywowane i rozwinąć się w zmianę nowotworową. Z tego względu ważny w profilaktyce nowotworów jest prozdrowotny styl życia.

Czytaj też: Rak: zapobieganie, diagnostyka i leczenie nowotworów

Kolejnym istotnym aspektem jest konieczność wczesnej diagnostyki. Zmiany chorobowe na etapie promocji, po wykryciu mogą zostać usunięte chirurgicznie z dobrymi rokowaniami na całkowite wyleczenie. Jeżeli nowotwór wkroczy w fazę progresji, nabiera cech złośliwości. Taka zmiana jest zdolna do tworzenia przerzutów. Terapia choroby na tym etapie jest trudniejsza, a rokowania znacząco gorsze.

O autorze

mgr farmacji Sara Janowska

Doktorantka interdyscyplinarnych studiów doktoranckich z zakresu nauk farmaceutycznych i biomedycznych realizowanych na Uniwersytecie Medycznym w Lublinie oraz Instytucie Biotechnologii w Białymstoku.Absolwentka studiów farmaceutycznych na Uniwersytecie Medycznym w Lublinie ze specjalizacją Lek Roślinny. Uzyskała tytuł magistra broniąc pracy z dziedziny botaniki farmaceutycznej na temat właściwości antyoksydacyjnych ekstraktów pozyskanych z dwudziestu gatunków mchów. Obecnie w pracy naukowej zajmuje się syntezą nowych substancji przeciwnowotworowych oraz badaniem ich właściwości na liniach komórek nowotworowych. Przez dwa lata pracowała jako magister farmacji w aptece otwartej.

mgr farmacji Sara Janowska