Biologie moleculară

Cancere sunt cauzate de o serie de mutaţii. Fiecare mutaţie alteră comportamentul celulei într-un fel.

Carcinogeneza, ceea ce înseamnă iniţierea sau generarea de cancere, este procesul deranjării ciclului de diviziunea celulară datorită alterării ADN-ului. Cancerul este, în final, o boală a genelor. Pentru ca o celulă să înceapă să se dividă necontrolat, genele care controlează creşterea celulară trebuie alterate. Protooncogenele sunt gene care promovează creşterea celulară şi mitoza, un proces de diviziune celulară, şi genele supresoare de tumori  sunt genele care reţin creşterea, descurajează creşterea celulară sau întrerup diviziunea celulară pentru a putea avea loc repararea ADN-ului. O serie de câteva mutaţii ale acestor gene este necesară pentru  ca o celulă normală să se transforme într-o celulă canceroasă.

Protooncogenele promovează creşterea celulară în diverse feluri. Multe pot produce hormoni, un mesager chimic între celule, care încurajează mitoza.

Mutaţiile în protooncogene pot modifica informaţia şi funcţia lor, crescând cantitatea sau activitatea proteinei produse. Când acest lucru se întâmplă, ele devin oncogene, şi în acest mod celulele au o şansă mai crescută pentru a se divide excesiv şi necontrolat. Apariţia cancerului nu poate fi redus prin îndepărtarea protooncogenelor din genom deoarece ele sunt esenţiale pentru creşterea, repararea şi homeostazia organismului. Doar când ele devin alterate, semnalele pentru creştere devin excesive.

Genele supresoare de tumori codează informaţii pentru semnale şi proteine anti-proliferare care întrerup mitoza sau creşterea celulară. General, genele supresoare de tumori sunt factori de transcriere care sunt activate de stresul celular sau alterări ale ADN-ului. Funcţia acestor gene este de a reţine prograsul ciclului celular pentru a duce la final reparaţiile ADN-ului, pentru ca mutaţiile să nu fie trecute mai departe celulelor fiice.

Totuşi, o mutaţie poate altera gena supresoare de tumori însăşi, sau semnalul care o activează, stingându-l. Consecinţa invariabilă a acestui lucru este că alterările ADN-ului sunt acumulate fără reparaţii, ducând inevitabil la cancer.

De obicei, oncogenele sunt dominante iar genele supresoare de tumori sunt recesive. Fiecare celulă are două copii ale aceleiaşi gene, una de la fiecare părinte, în majoritatea cazurilor , transformarea unei proto-oncogene anume în oncogenă în o copie este suficientă pentru a iniţia carcinogeneza, pe când, de obicei, mutaţia unei anume gene supresoare de tumori trebuie să aibă loc în ambele copii pentru ca gena supresoare de tumori să fie clasificată drept nonfuncţională. Acest fenomen este numit efectul dominant negativ şi este observat în multe mutaţii.

Mutaţii  ale genelor  supresoare de tumori care sunt  trecute la următoarea generaţie, pot determina un risc crescut de cancer la copii pacienţilor suferind de aceste mutaţii. Membrii ale acestor familii au o rată crescută de tumori multiple.  Modul de moştenire a genei mutante supresoare de tumori se produce astfel: un membru afectat moşteneşte o copie defectă de la un părinte, şi o copie normală de la celălalt. Deoarece mutaţiile în genele supresoare de tumori acţionează într-un mod recesiv (deşi sunt excepţii), pierderea copiei normale determină fenotipul cancerului.

Patologia cancerului ţine într-un final de acumularea de mutaţii ale ADN-ului care afectează negativ  informaţia genelor supresoare de tumori sau pozitiv informaţia proteinelor care conduc ciclul celular.

Substanţele care cauzează aceste mutaţii sunt cunoscuţi sub numele de agenţi mutageni, iar agenţii mutageni care cauzează cancerul sunt cunoscuţi sub numele de carcinogene.

Anumite substanţe au fost puse în legătură cu apariţia unui anume tip de cancer.

Fumatul este asociat cu cancerul de plămâni.

Expunerea mult timp la radiaţii, în special radiaţie UV de la soare, conduce la melanoma.

Respirarea de fibre de azbest este asociată cu cancerul pleural.

Cu alte cuvinte, chimicale numite agenţi mutageni şi radicalii liberi sunt cunoscute în a cauza mutaţii.

Alte tipuri de mutaţii pot fi cauzate de inflamaţiile cronice, când granulocitele neutrofile secretă radicali liberi care deteriorează ADN-ul.

Mulţi agenţi mutageni sunt şi carcinogeni, dar unii carcinogeni nu sunt mutageni. Exemple de carcinogeni care nu sunt mutageni includ alcoolul şi estrogenul. Despre acestea se crede că promoveaă cancerele prin efectul lor stimulant asupra mitozei. Viteza mai mare a mitozei progesiv lasă tot mai puţine oportunităţi pentru enzimele reparatoare să repare ADN-ul alterat pe perioada replicării ADN-ului, crescând posibilitatea unei greşeli genetice. O greşeală făcută pe perioada mitozei poate duce ca celula fiică să primească un număr greşit de cromozomi ceea ce poate conduce la cancer.

Mai mult, multe cancere provin din o infecţie virală. Acest lucru este adevărat în special la animale precum păsările, dar şi la oameni, aşa cum viruşii sunt responsabili pentru 15%  din cazurile de cancer la om din întreaga lume. Principalii viruşi asociaţi cu cancerul uman sunt virusul uman papiloma, virusului hepatitei B, virusul Epstein Barr şi virusul limfotrofic T uman.

Metodele prin care viruşii induc tumori pot fi împărţite în două, rapide şi încete. În cazul viruşilor care se transformă rapid, particulele virale poartă o genă care codează informaţia pentru o oncogenă foarte activă numită oncogenă virală, iar celula infectată este transformată imediat ce oncogena virală este formată.

De partea opusă, în cazul viruşilor care se transformă încet, genomul viral este introdus, deoarece inserarea genomului viral este o acţiune obligatorie pe care retroviruşii o practică, în aproprierea unei protooncogene în genomul gazdă. Elemente rglatoare ale transcripţiei la rândul lor produc hiper-exprimarea acestei protooncogene, care la rândul ei induce proliferări celulare necontrolate.

Este imposibil de menţionat cauza iniţială pentru orice tip de cancer. Totuşi, cu ajutorul tehnicilor de biologie moleculară, este posibilă caracterizarea mutaţiile sau aberaţiile cromozomiale din o tumoare.

Unele mutaţii fac posibil ca tumoarea să crească vase de sânge înăuntru pentru a face rost de mai mulţi nutrienţi, sau pentru a metastaza, răspândindu-se în alte părţi ale organismului.

Celulele tumorale maligne au proprietăţi specificice:

-  evită apoptoza

-  potenţial de creştere nelimitat

-  insensibilitate la factorii anti-creştere

-  viteză de diviziune a celulei mare

-  abilitate alterată în a se diferenţia

-  capacitatea de a invada ţesuturi învecinate

-  posibilitatea de a se răspândi în organism

-  capacitatea de a promova creşterea de vase de sânge

O celulă care generează in o celulă tumorală nu capătă toate aceste proprietăţi dintr-odată, dar celulele sale descendente sunt construite pentru a le obţine.  Acest proces poartă numele de evoluţie clonală.  Primul pas în evoluţia unei celule tumorale este de obicei o mică schimbare în ADN, de obicei o mutaţie, care duce la o instabilitate genetică a celulei. Instabilitatea poate creşte până la un punct în care celule pierde toţi cromozomii, sau are multiple copii a câtorva. Celulele care se divid cu viteză mare, precum celulele epiteliale, prezintă un risc mai ridicat de a deveni celule tumorale decât cele care se divid mai puţin sau nu se divid deloc, ca de exemplu neuronii.