A szabadgyökök: Olyan ingatag és reaktív molekulák (molekula töredékek), melyek párosítatlan elektronnal rendelkeznek és egy másik elektron után „kutatnak”, hogy új párt hozzanak létre. Károsító hatásukat azzal fejtik ki, hogy testünk ép sejtjeiből igyekeznek elvenni a keresett elektront. Ezt a szabad kapacitást a szervezetünk bármely ép sejtjében próbálják megtalálni, illetve onnan felvenni. Sejt- és egyben DNS-károsító tevékenységük miatt sejtméregnek is nevezzük őket. Számos krónikus betegség kialakulásában jelentős szerepe van a szabadgyök-antioxidáns egyensúly eltolódásának, így pl.: daganatos betegségekben, szív és érrendszeri betegségekben, gyulladásos bélbetegségekben stb. Sok betegség patofiziológiájában feltételezik a szabadgyökök és az általuk okozott oxidatív stressz szerepét. Ezekben a betegségekben, a természetes antioxidáns védekezés csökkenését mutatták ki. A kutatók felvetették, hogy a természetes antioxidáns anyagok (flavonoidok, vitaminok stb.) pótlásával az oxidatív károsodás csökkenthető, és ezzel a betegségek progressziója késleltethető, visszafordítható. Továbbá az is kiderült, hogy a rosszindulatú tumorok kialakulása minden esetben DNS-károsodásra (mutáció, metiláció, esetleg öröklött génhibára) vezethető vissza. A szabadgyökök képződése egyrészt a normális anyagcsere folyamatokhoz, így a terminális oxidációhoz köthető, másrészt a szervezetben lejátszódó biokémiai folyamatok következményei. A keletkező szabadgyökök a lipideket alkotó zsírsavmolekulákat, a szénhidrátokat, fehérjéket és nukleinsavakat is károsíthatják, gyökös mechanizmusú láncreakcióval.
A lipidek károsodása a lipidperoxidáció, amely során elsősorban hidroperoxidok keletkeznek, amelyek agresszívan támadják meg az egyéb molekulákat, mint az enzimeket, fehérjéket és aminosavakat stb. Következményként a membránok felszakadhatnak, ami a destruktív lizoszómás enzimek kiszabadulását eredményezheti, így az adott szövet károsodhat. A lipidperoxidáció következtében esszenciális zsírsavhiány alakul ki, amely károsítja a sejtmembrán (elsősorban a mitokondrium-, lizoszóma-, plazmamembrán) finom szerkezetét, funkcióját. Ezzel párhuzamosan a folyamat zavart okozhat a sejtek közötti kommunikációban, végső esetben a sejtek nekrotikus pusztulásához vezethetnek.
Jó tanács: Minden égetett és magas hőfokon pörkölt élelmiszer tartalmazhat karcinogén, anyagokat. Akrilamidot a 175°C fok fölé hevített olajban sült ételek bőséges mennyiségben tartalmaznak. A forró fritőzben sült krumpli és a sercegő olajon, hirtelen átsütött hús tehát kimondottan veszélyes lehet a rákkeltő anyagok keletkezése szempontjából. Kerüljük a dohányfüstöt, a roston vagy olajon sülteket, magas UV-B sugárzást, cukrozott üdítőket.
A kémiai szabadgyökök fontos szerepet játszanak az öregedés folyamatában, a szervezet kollagén kötőszöveti rostjainak károsításában, a bőr ráncosodásában, víztartalmának csökkenésében. Stresszhelyzetben a kiserek keringésének beszűkülése olyan oxigénhiányt idéz elő, mely kémiai szabadgyökök felszabadulását eredményezi, ezért is rendkívül káros állandó stresszes élethelyzetben élni.
A génexpresszióról röviden:
A géneket az utódok szüleiktől öröklik a szaporodási folyamat során. A sejtmag kromoszómáiban, a DNS-ben található gének olyan nukleinsav-szakaszok, melyek a szervezet működését és növekedését befolyásoló fehérjék szabályozásához és előállításához szükséges információkat tartalmazzák. Ezen kódoló gének mellett azonban nagy százalékban találhatók ismétlődő, ismeretlen funkciójú vagy nem-kódoló szakaszok.
Amikor egy gén funkciója érvényesül, azt génkifejeződésnek, azaz génexpressziónak nevezzük. A gének kifejeződése azonban nem mindig egyértelmű, ritka hogy egy gén önmaga határoz meg egy tulajdonságot. A legtöbb esetben az adott gén (sok esetben több más gén) és a környezeti hatások közötti szoros összhang játszik ebben szerepet.
Például a p53 elnevezésű gén feladata elsősorban a DNS-károsodást helyreállító fehérjék aktiválása, a helyrehozhatatlan hibák esetén pedig a sejtciklus blokkolása és a programozott sejthalál beindítása. A normális p53 gén inaktív, működése gátolt. Amikor azonban a DNS valamilyen hibáját a sejtciklus (sejtosztódás) ellenőrző pontjai érzékelik, akkor a p53 kifejeződését fokozzák, az általa kódolt fehérje lebomlását lassítják, így szabad, aktív p53 által kódolt fehérje halmozódik fel a sejtben. Ez a szervezet egy természetes védelmi mechanizmusa a hibás, károsodott DNS továbbíródása ellen. A humán tumorok több mint 50%-ában kimutatható továbbá a p53 valamilyen mutációja is, ugyanis ha a p53 gén megsérül, a tumorok visszaszorítása jelentős kárt szenved.
Ennek fényében a génexpressziós vizsgálat, azaz a gén kifejeződésének vizsgálata bevált módszer bizonyos betegségek és kiváltó faktoraik feltérképezésében. A rákkeltő hatások vizsgálatának egyik alternatívája, hogy a vizsgált anyag alkalmazása után a p53 génexpresszióját, az által kódolt fehérje mennyiségét vizsgálják (eset-kontroll vizsgálatoknál). Ha a kísérleti anyag károsodást okoz a DNS-ben, a p53 aktivitás jelentősen emelkedik.
Apoptózis
A rák kialakulásában a DNS-ben történő hibák alapvető fontossággal bírnak. Ezeket a problémákat a sejtciklus ellenőrzési pontjai hivatottak kiküszöbölni azáltal, hogy egyes gének (pl. a p53) leállítják a sejtciklust addig, amíg a hibák kijavításra kerülnek, vagy ha ez nem lehetséges, öngyilkosságra késztetik a sejtet (programozott sejthalál vagy apoptózis).
A programozott sejthalál az élet része, a soksejtes organizmusokban zajló természetes és szükségszerű folyamat, ami jellemző morfológiai változásokhoz (sejt membránváltozások, sejt zsugorodás, sejtmagi DNS kondenzációja, fragmentációja stb.) és a sejt halálához vezet. Az így keletkezett membránnal körülvett sejt fragmenseket „apoptotikus testeket” a fagocita sejtek felismerik, bekebelezik és gyorsan eltávolítják, mielőtt a sejtek tartalma kiürülne és szövet károsodást, valamint gyulladást okozna.
Ha egy mutált sérült sejt apoptózis, nekrózis vagy más módon nem pusztul el, hanem oszódásnak indul, akkor rákos elfajulás jöhet létre. Azaz a sejt irányíthatatlan módon osztódni kezd, a hibás „utasítások” (gének) pedig minden utódsejtben jelen lesznek. Az eredeti hibás sejtből így egy tumoros sejtvonal alakul ki, amely bizonyos értelemben halhatatlanná válik. Az apoptózis kiváltásában és szabályozásában 2 fontos jelút vesz részt: a belső (mitokondriális) és a külső (halálreceptor) jelutak. Számos kutatásból kiderült, hogy a rosszindulatú sejtosztódás különböző fázisaiban lehetőségünk van vitaminok és flavonoidok segítségével beavatkozni majd a folyamatot teljesen leállítani, így a daganatos sejtek invázióját, áttétképződését megszüntetni.
Gén: A gének olyan nukleinsav-szakaszok a DNS-ben vagy az RNS-ben, amelyek a szervezet működését és növekedését befolyásoló fehérjék szabályozásához és előállításához szükséges információkat tartalmazzák. A géneket szüleiktől öröklik az utódok a szaporodási folyamat során. A gének jelenléte a földi élet szempontjából elengedhetetlen. Minden létforma rendelkezik génekkel a vírusoktól a gombák, növényeken keresztül az emberig. Az ember kb 25000 génnel és egyben 3.000.000.000 bázispárral (komplementer DNS vagy RNS szálak egymással szemben elhelyezkedő hidrogénkötésekkel összekapcsolt nukleotidpárja) rendelkezik. Érdekességként megjegyzendő, hogy a tudomány mai állása szerint a gének száma és a bázispárok mennyisége, illetve az adott faj evolúciós sikere, fejlettsége között nincs egyértelmű összefüggés. Karcinogenezis szempontjából fontos megjegyezni, hogy a DNS nagyon sérülékeny óriásmolekula, melyen keletkező deformitások, törések, átrendeződések mutációk gyűjtőnéven ismertek. Ha olyan génszakasz mutálódik mely a sejtosztódás gyorsításáért felelős, az rosszindulatú sejtosztódást indukálhat. Minden esetben érdemes törekedni a mutációk „csökkentésére”, melyre jó lehetőséget biztosíthat a magas flavonoid bevitel.
p53 gén
Tumor protein 53 (TP53, vagy egyszerűbben p53 protein; a p53 gén kódolja). A p53 egy transzkripciós faktor. A transzkripciós faktorok olyan fehérjék, amelyek a DNS-hez kötődve elősegítik vagy gátolják egy-egy gén kifejeződését, vagyis, hogy róluk mRNS-átíródás (transzkripció) történjen. Ezt a feladatot egyedül, vagy más proteinekkel (kofaktorokkal) kooperálva végzik. A rosszindulatú daganatok több mint fele mutáns p53-at tartalmaz, ez a legnagyobb gyakorisággal mutált gén emberi tumorokban. A mutáns p53 fehérjék elvesztetik azt a képességüket, hogy a fehérjemolekula középső tartományának segítségével specifikus p53-kötőhelyekhez tudjanak kapcsolódni, vagy erősen lecsökken specifikus DNS-kötésük. A p53 fehérje hatásai jelentős változást idéznek elő a sejt működését illetően: Apoptózis-indukció, a sejtciklus megállítása, DNS-reparáció. DNS sérülés vagy celluláris stressz (hipoxia, egyéb sejtciklus anomáliák) hatására aktivizálódik, és transzkripciós faktorokként gének kifejeződését serkenti.
Statisztikai adatok is alátámasztják a p53 szerepét daganatok kialakulásában: a sporadikus daganatok 50%-ában elvész vagy mutált (legyakrabban pontmutáció vagy deléció) lesz a p53 gén, ez azonban nem azt jelenti, hogy minden egyes ilyen mutációnak oki szerepe lenne a daganat kialakulásában, hiszen egy részük a tumorigenezis későbbi stádiumában keletkezik. Az emberi daganatok 80%-ban rosszul működik a p53 útvonal. Sőt, emberben a p53 heterozigóta funkcióvesztése (Li-Fraumeni szindróma) jelentősen megnöveli a daganatok gyakoriságát (30 éves korig 50%) és a homozigóta p53 hiány halálos.
A p53 fehérje hatásai a genom integritásának megőrzését szolgálják. A normális p53-funkció esetén a kezelt sejtek vagy elpusztulnak, vagy osztódásuk gátlódik. A klinikai tapasztalatok szerint a p53+ tumorok általában jól reagálnak a kezelésre. Azok az egyének, akik a p53 génjének csak egy kópiáját öröklik, nagyobb valószínűséggel fognak szenvedni valamilyen tumortól. A p53 a sejtekben is károsodhat mutagén hatásokra, vegyszerekre, sugárzásra vagy vírusok miatt.
A hagyományos anti-tumor terápiák (kemoterápia és radioterápia) nem közvetlenül károsítják a tumorsejteket, hanem sejtes stresszt és DNS-sérüléseket idéznek elő, amely indukálja p53 gén apoptotikus aktivitását. Tehát, a kemoterápiák egy része és a sugárterápia nem közvetlenül, hanem a p53 gén aktivizálása által pusztítja el a tumorsejteket. A p53 gén (génfehérje) működéséhez elengedhetetlen néhány ásványi anyag jelenléte a sejtben (pl. cink, szelén stb.). Ezen anyagok bejuttatás a sejtbe ionofór flavonoidok segítségével egyszerűen megoldható.
Tumorszupresszor gének
A karcinogenezis bonyolult folyamatában elsősorban a protoonkogének és a tumor szuppresszor gének mutációi játsszák a fő szerepet. A tumorszupresszor gének az emberi daganatképződés szempontjából fontosabbak, mint az onkogének. Míg az onkogének elsősorban a fehérvérűség különféle típusainak kialakulásáért felelősek, addig a többi daganatban főként a tumorszupresszor gének elváltozásai (mutációi) játsszák a főszerepet.
A tumorszupresszor fehérjék különféle módon működnek:
- A sejtciklus előrehaladásának folytatásához nélkülözhetetlen gének elnyomása, melyek ha nem fejeződnek ki megfelelő szinten, a sejtciklus nem folytatódik, hatékonyan meggátolva a sejtosztódást. A tumor szupresszor gének termékeit inaktiváló mutációk hatására a sejt növekedése felszabadul a gátlás alól, és fokozott proliferációhoz vezet.
- A sejtciklus kikapcsolása a DNS károsodás esetén. Mindaddig, amíg a sejtben sérült DNS van, addig nem osztódhat. Ha a sérülést meg lehet javítani, a sejtciklus folytatódhat.
- Terminális differenciáció indukálása, vagy a sejtek G0-fázisba vitele.
- Apoptózis. Ha a károsodást nem lehet helyrehozni, akkor a sejtnek apoptózist kell kezdeményeznie, hogy megszüntesse az egész szervezetre jelentett veszélyt.
- Sejtadhézió fenntartása. Egyes, a sejtek adhéziójában résztvevő fehérjék megakadályozzák a tumorsejtek szétszóródását azáltal, hogy megakadályozzák az érintkezés gátlás elvesztését így gátolják a metasztázisokat. Ezeket a fehérjéket metasztázis szuppresszoroknak nevezik.
- DNS-javítás. A gondozógének olyan fehérjéket kódolnak, amelyek a genom mutációinak helyrehozásában működnek, megakadályozva a sejteknek a mutációkkal való replikációját. Azonban ha csökken a DNS-javítás, megnövekszik mutációs sebesség, ami más tumorszuppresszorok fokozott inaktivációjához és az onkogének aktiválásához vezethet.
A tumorszupresszor gének tehát inaktiválódva segítik a malignus transzformációt.
Onkogének és protoonkogének
A fehérjéknek hét olyan osztálya van, amelyek tipikusan mutált formában találhatók a tumor sejtekben. Ezekbe a csoportokba tartozó fehérjék valamilyen fokon hatással vannak a sejtproliferációra, egy részük onkogén, más részük tumorszuppresszor gén. Ide tartoznak a növekedési faktorok, a receptoraik, a szignált átvivő fehérjék, a transzkripciós faktorok, a sejt ciklust szabályzó fehérjék (mint a ciklinek, Cdk-ok, CKI) és az apotózist szabályzó fehérjék (pl. Bcl-2 vagy a p53). Elsősorban tehát az onko- és szupresszorgének mutációinak hatására alakulnak ki a daganatsejtek jellemző tulajdonságai: a szabályozástól függetlenné válás, a kóros proliferáció, a halhatatlanság, a gátolt differenciálódás, az új erek képződése vagy az apoptózis hiánya, de ma már ide tartoznak a miRNS-ek rendellenességei is.
Proto-onkogénekből onkogének
A proto-onkogének normál celluláris gének, számuk ma 100 körüli. Elengedhetetlenek az élethez ugyanis a sejtosztódás jelátviteli folyamataiban van szerepük termelt fehérjék által. Többnyire a mitotikus szignál-lánc elemei, tehát mitogén szignált közvetítenek az extracelluláris mátrix felől a citoplazmán át a sejtmagba és a sejtek szaporodását serkentő módon szabályozzák.
Onkogénné akkor válnak, ha helytelenül/szükségtelenül aktiválódnak, géntermékük mennyiségileg vagy minőségileg (struktúra/funkció/stabilitás) megváltozik. A proto-onkogének mutációja és onkogénné való válása folyamatos osztódási szignált eredményez, ezért a nem-osztódó sejtek osztódni kezdenek, az eleve osztódó sejtek pedig gyorsabb ütemű osztódásba kezdenek.
A proto-onkogén onkogénné válhat akár eredeti funkciójának kicsiny megváltozásával is és az abnormális „viselkedés” megjelenéséhez a proto-onkogének két allélja közül elegendő egyiknek a mutációja. A funkciónyeréssel járó mutációk rendszerint a szomatikus sejtekben lépnek fel, nem öröklődőek, azaz csak a mutációt elszenvedő egyén lesz beteg.
Mutáció
Mutációnak nevezzük a sejt örökítő anyagának, a DNS-nek a megváltozását. Ez a változás többféleképpen is végbemehet, emellett a mutációk eredete sem egyforma. A génhibák döntő többsége az élet során, spontán módon vagy különféle környezeti tényezők hatására alakul ki, jóval ritkább esetben pedig öröklöttek. Az öröklött mutációk különféle anyagcsere-betegségeket és családi halmozódást mutató, öröklődő daganatokat, a teljes kromoszómákat érintő változások pedig veleszületett fejlődési rendellenességeket eredményeznek.
A mutáció a DNS-szekvenciában bekövetkezett olyan változás, melynek populációs gyakorisága kisebb, mint 1%. Ezzel szemben polimorfizmusnak az olyan változatot nevezzük, melynek populációs gyakorisága nagyobb, mint egy 1%.
A mutációt indukáló anyagok
Mutáció tehát általában külső hatásra következik be, ilyen lehet a magas hőmérséklet, toxikus anyagok és különféle ionizáló sugárzások.
A mutációt indukáló kémiai anyagok (mutagének) olyan vegyületek, amelyek fokozzák a mutációk kialakulásának veszélyét. Az ilyen, nyilvánvalóan külső eredetű mutációkat indukált mutációknak nevezzük. Ezek nagy szerepet játszottak a kísérletes genetika tudományának kialakulásában (az indukált mutáción kívül azonban spontán mutációk is bekövetkeznek, amelyeket nemigen lehet elkerülni).
A szomatikus mutációk
A szomatikus mutáció egy adott testi sejtben alakulhat ki, majd az egymást követő osztódások során e sejt utódaira átadódik, így egy azonos eredetű, azonos mutációt hordozó sejtcsoport alakul ki. Attól függően, hogy az egyedfejlődésben korábban vagy későbben jön létre a mutáció, az érintett sejtek száma eltérő lesz. A testi vagy szomatikus mutációkat tehát nem örököljük, hanem saját testi sejtjeinkben halmozzuk fel az évek során. A szerzett mutációk megjelenésének és felhalmozódásának oka, hogy egészséges sejtjeink örökítő anyaga folyamatosan károsodik életünk során.
A rák kialakulásával összefüggésbe hozható génhibák fő típusai:
- a pontmutációk (a DNS egy bázisának megváltozása, kiesése vagy beékelődése),
- a gének példányszámának növekedése és
- a genetikai anyagot tároló kromoszómák átrendeződése.
A telomer régiók
A telomer régiók a lineáris kromoszómák végein elhelyezkedő többszörösen ismétlődő azonos méretű és sorrendű nukleotid szakaszok, melyek védik a DNS-t és meggátolják a kromoszómavégek összetapadását. A telomer a DNS nem kódoló része.
Az emlős fajokban, így az emberi kromoszómákban is a telomerek 6 bázis hosszúságú TTAGGG szekvenciákból állnak. A humán telomer hossza szomatikus sejtekben ~4-12 kilobázis.
A telomerek minden sejtosztódásnál rövidülnek. Ennek az oka a DNS polimeráz enzimek működése. [A DNS polimerázok csak 5’-3’ irányban tudnak működni, másrészt a DNS-polimeráz III csak egy RNS darab, ún. primer folytatásaként képes az új DNS szál létrehozására. A szintézis végén a szál végén maradó RNS-t a DNS-polimeráz I eltávolítja, a helyére nem kerül DNS szakasz így az új szál rövidebb lesz.]
Az adott sejttípusban minden osztódással rövidebbek lesznek a kromoszómák telomerjei, egy adott méret alatt a sejt nem osztódik tovább, megöregszik. Ezt a lényegében fiziológiás öregedést szokták replikációs öregedésnek is nevezni. [A sejt öregedése: „a sejt progresszív funkcionális károsodása és csökkent képessége arra, hogy megfelelően válaszoljon a környezeti ingerekre és sérülésekre”. Az „öreg sejt” jellemzői a következők: ellapult forma, megnagyobbodott térfogat (mind a citoplazma, mind a sejtmag), több lizoszóma és Golgi, vakoulumok a citoplazmában.]
Ahogy a telomerek rövidülnek, a sejtekben nő néhány tumor szuppresszor gén expressziója (pl. p16). A diszfunkcionális telomerek korlátozzák a sejtek proliferációs képességét azáltal, hogy aktiválják a p53-p21- és p16 (INK4a) -Rb-függő DNS-károsodási válaszokat.
A telomerek hosszúsága az életkorral csökken, azonban azonos életkorúaknál nagy változékonyságot mutat. Genetikai okok befolyásolják a telomer hosszúságát, valamint a telomer rövidülés mértékét is. Megnövekedett oxidatív stressz hatására a telomer rövidülés nagyobb mértékű lehet.
