Биофизика познает рак
Шрифт:
3. Период G2 наиболее короткий в норме, и увеличение его при воздействии радиации также небольшое, хотя в процентном отношении и является наибольшим. Этот период быстрее других выходит на предел возможного увеличения своей продолжительности. По количеству клеток, погибающих после облучения в периоде G2, он занимает промежуточное положение между периодами S и G1. Изменения длительности этого периода не отражаются существенно на общей продолжительности митотического цикла.
Интересные данные получены Ямагучи и Табачником при исследовании кинетики клеток эпидермиса кожи морских свинок в норме и после локального воздействия бета-радиации. Основные исследования проводились в период 12—14
| G1 | S | G2 | M | Сумма | |
|---|---|---|---|---|---|
| Без облучения | 76-77 | 9,3-9,6 | 5,0-5,6 | 0,4-0,6 | 91-92 |
| После облучения | 3-4 | (5,7-7,2) | 2,3-2,6 | (0,4-0,6) | 16 |
| Во сколько раз сокращено | ~20 | ~1,5 | ~2 | 1,0 | ~5 |
Полученные данные вновь подтвердили, что длительность периодов М и S наиболее неизменяема, в то время как длительность периода G1 была наиболее измененной, она оказалась сокращенной примерно в 20 раз. Доля G1 в митотическом цикле у этих клеток составляет 83 %. Для базальных клеток эпидермиса в норме характерен очень длительный период G1, составляющий до 80—85% всей продолжительности клеточного цикла. По-видимому, это связано с главной особенностью кожи — постоянным контактом с изменениями окружающей среды и необходимостью противостоять вредным ее воздействиям.
Изменения клеточного цикла в предопухолевых состояниях и в опухолях
При канцерогенезе на первый план всегда выступают количественные изменения пропорции дифференцирующихся и размножающихся клеток, связанные с уменьшением доли дифференцирующихся клеток среди дочерних генераций.
Интенсивность пролиферации злокачественной ткани часто превышает нормальную этих же тканей. Это различие, однако, не относится к числу абсолютных критериев. Известно достаточное количество примеров обратных взаимоотношений, когда скорость деления злокачественных клеток снижена по сравнению с исходными нормальными значениями. К тому же в массе опухолевой ткани могут существовать и длительно не пролиферирующие клетки, пребывающие в состояниях покоя или дифференцировки.
Опухоли чаще всего возникают в местах длительной и (или) интенсивной физиологической или репаративной (раневой) регенерации, сопровождаемой увеличением клеточной массы. Между канцерогенезом и предшествующей ему длительной и (или) интенсивной пролиферацией существует, как правило, положительная корреляция.
Однако после завершения малигнизации пролиферативная активность может быть разной. Важная пролиферативная характеристика гетерогенности популяции — коэффициент вариации длительности митотического цикла составляющих ее клеток. Вариабельность длительности цикла и отдельных его периодов увеличена для клеток в ходе предопухолевой активной пролиферации и в злокачественных опухолях.
Нормальные обновляющиеся ткани, обладающие очень высокой митотической активностью, имеют минимальный резерв ее дальнейшего увеличения. Поэтому стимулы, направленные на дальнейшее увеличение интенсивности деления клеток этих тканей, в процессе канцерогенеза могут вести к срыву компенсаторного резерва, который находится и в норме «на пределе», и в результате к концу канцерогенеза — к уменьшению скорости деления. В тканях, в которых скорость нормального размножения клеток далека от максимальной, величина компенсаторного резерва пролиферативной активности может оказаться достаточно высокой. Поэтому в этих тканях неэкстремальные стимулы к интенсификации клеточного деления вызывают в них прямой эффект усиления митотической активности, сохраняющейся и после окончания канцерогенеза. Время генерации пролиферирующих лейкозных бластов обычно значительно меньше, чем ранних кроветворных предшественников, т. е. они размножаются быстрее и с укороченным митотическим циклом.
Вероятность опухолевой трансформации наиболее велика для клеток активно пролиферирующих тканей. Возникновение процесса трансформации клеток, по нашему мнению, можно рассматривать как результат естественной метаболической перестройки клетки в ответ на внешние для нее воздействия и условия, вызывающие длительную и непрерывную стимуляцию клеточного деления, происходящего при сокращении митотического цикла клеток и особенно периода G1.
Биохимические и биофизические изменения, связанные с усилением пролиферативной активности
Имеется большое количество книг и обзоров, рассматривающих биохимические процессы в тканях и популяциях клеток со стимулированной пролиферацией. Существуют общие закономерности, свидетельствующие об одинаковой направленности большинства биохимических изменений в эмбриональных, регенерирующих и опухолевых тканях по сравнению с нормальной тканью, хотя встречаются и отдельные исключения.
Пролиферирующие активно делящиеся клетки обычно отличаются усиленным расходованием липидов, ускоренным гликолизом, нуклеосинтезом и протеосинтезом, повышением активности пентозофосфатного шунта. В таких клетках, как правило, соотношение циклаз смещается в сторону гуанилатциклаз, соотношение циклонуклеотидов — в сторону цГМФ над цАМФ. Соответственно увеличивается активность цГМФ-зависимых протеинкиназ и уменьшается активность цАМФ-зависимых протеинкиназ. В митохондриях увеличивается активность АТФаз и снижается активность АТФ-синтетаз, накапливаются ионы Ga2+ и уменьшается содержание ионов Mg2+. Активность НАДФ-зависимых дегидрогеназ повышается, а НАД-зависимых — падает. В цитоплазме уменьшается соотношение белковых SH- и S—S-групп, а в ядре и ядрышке — увеличивается. В отношении небелковых SH- и S—S-групп картина обратная.
При длительном усилении пролиферативной активности ткани и снижении степени дифференцировки составляющих ее клеток однозначно увеличивается активность систем, определяющих основные биологические характеристики делящихся клеток и являющихся более древними в эволюционном плане. Одновременно или несколько позже в таких случаях снижается активность эволюционно более молодых систем, связанных с ведущими признаками дифференцированного состояния клетки.
Эта закономерность общая для всех ускоренно размножающихся клеток, включая и клетки злокачественных опухолей. Не обнаружено никаких специфических опухолевых ферментов или каких-либо белков, липидов, гликолипидов или других химических соединений, которые не были бы свойственны нормальным клеткам на различных этапах их жизненного пути.
При длительном состоянии ускоренной пролиферации любых клеток происходит определенная редукция клеточного метаболизма. Так, Уоррен и Бак отметили, что злокачественные, активно пролиферирующие клетки содержат больше гликолипидов с короткими углеводными цепями, чем нормальные (из-за сниженного содержания сиаловой кислоты), но меньше гликолипидов с длинными цепями. Такие клетки в силу укорочения митотического цикла не успевают завершать синтез углеводных компонентов своих гликолипидов. Уменьшено среди белков и гликопротеидов поверхности клеток количество фибронектина и коллагена, неспецифических и адгезивных гликопротеидов как при стимуляции пролиферации в норме, так и при опухолевом росте. Подобные аномалии могут нести к снижению чувствительности клеток к контактному угнетению митотической активности и к изменению иммунной специфичности гликопротеинов клеточной поверхности.