بيولوجيا الأورام

أ ب ت ث ج ح خ د ذ ر ز س ش ص ض ط ظ ع غ ف ق ك ل م ن هـ و ي

بيولوجيا الأورام

بيولوجيا اورام

tumor Biology - biologie des tumeurs

ماهر سلمون

تخليق الـ دنا	الاستماتة
نقل الإشارة	الجينات الورمية والجينات الكابتة للأورام
دورة حياة الخلية	تولد الأوعية

تُتناول في بحث بيولوجيا الأورام cancer biology المواضيع التالية:

1- تخليق الـ (DNA synthesis) DNA وإصلاحه.

2- نقل الإشارة signal transduction.

3- دورة حياة الخلية cell cycle.

4- الاستماتة apoptosis.

5- الجينات الورمية والجينات الكابتة للأورام oncogenes and tumor suppressor genes.

6- تولد الأوعية angiogenesis.

أولاً- تخليق الـ دنا :(DNA synthesis)

الشكل (1)

يؤلف الـ DNA المادة الوراثية التي توجد داخل صبغيات النواة الخلوية، وتتألف من سلسلة من النوكليوتيدات التي يرتبط بعضها ببعض بروابط هدروجينية، ويلتف شريطا الـ DNA أحدهما حول الآخر بشكل حلزوني. وقد تم كشف هذه البنية الحلزونية من قبل واتسن وكريك Watson and Crick في خمسينيات القرن الماضي.

الوحدة الوظيفية المكونة للـDNA هي النوكليوتيد التي تتألف من سكر الريبوز منقوص الأكسجين + أساس (أدينين وغوانين وسيتوزين أو تيمين) + وظيفة فوسفاتية كما هو مبين في الشكل (1).

تقسم الأسس إلى بورينات وبيريميدينات، تتألف البورينات من الغوانين guanine والأدينين adenine، وتتألف البيريميدينات من اليوراسيل uracil والتيمين thymine والسيتوزين cytosine كما في الشكل (2).

يرتبط الأدينين دوماً بالتيمين بروابط ثنائية في حين يرتبط السيتوزين بالغوانين بروابط ثلاثية.

يتم تخليق الـ DNA دوماً من منطقة خاصة تدعى الريبليكون replicon، أما الريبليكاتور replicator فهي المنطقة القادرة على قيادة عملية التخليق والمحتوية على مناطق البدء والإنزيمات القادرة على إزالة التفافات الـ DNA؛ وبالتالي فصل الشريطين المتممين أحدهما عن الآخر. ولكي تبدأ العملية السابقة؛ لابد من توافر مناطق في الـ DNA رابطة للبروتينات التي لها الفعل الأساسي في هذه العملية حيث ترتبط هذه البروتينات بمنطقة الريبليكاتور، وتبدأ بذلك عملية التخليق synthesis.

الشكل (2)

تقوم بروتينات البدء initiator proteins بثلاثة أعمال رئيسية:

1- الارتباط بمناطق محددة من الريبليكاتور.

2- حالما ترتبط بالجزء المطلوب من الريبليكاتور تقوم بفك الالتفاف وإزالته من مناطق الـ DNA المجاورة لمكان الارتباط السابق الذكر.

3- تقوم بروتينات البدء بالتضافر والتقاء بروتينات أخرى ضرورية لعملية البدء.

تحتاج عملية بدء تخليق الـ DNA إلى مَشْرَع primer (مكان الشروع بالعمل)، ويكون من الـ RNA الذي يتفعل حالما يتفاعل مع DNA helicase؛ وهو الإنزيم الذي يقوم بفك جديلة الـ DNA وإبعاد الشريطين أحدهما عن الآخر.

الشكل (3) شوكة الانتساخ replication fork

تنسخ الـ :(DNA Replication) DNA

يتم تكرر الـDNA من خلال عدة إنزيمات؛ أهمها DNA بوليميراز، تبدأ العملية في عدة مناطق على شريطي الـ DNA، ويكون اتجاه التكرر من 3" إلى 5" وذلك باستعمال شريط محرك رئيسي (مَشْرع primer)، وتسمى السلسلة المكررة على شريط البدء السلسلة القيادية leading strand؛ لأن تكررها يستمر دون تقطعات. أما السلسلة المكررة على الشريط المقابل فتسمى السلسلة المتلكئة lagging strand؛ وذلك لتعذر تكررها على نحو مستمر. في هذه الحالة تقوم سلاسل أوكازاكي Okazaki strands بملء مناطق التقطعات في السلسلة المتلكئة من دون أن يُنسى عمل الإنزيم الرابط ligase الذي يربط بين طرفي السلاسل المتجاورة والتي تم تكررها للتو كما هو مبين في الشكل (3).

إذاً تقوم الإنزيمات بفك جديلة DNA، وهكذا يَحدث في النهاية شريطا DNA متقابلان يتمم كل منهما الآخر، ومن الضروري انفصال الشريطين أحدهما عن الآخر من أجل تشكيل أساس لنسخ الشريط المتمم، وبذلك تكون العملية نصف محافظة بحيث يُحصل بعد نهاية كل انتساخ أو تخلق على نصف المعلومات الوراثية التي كانت موجودة أصلاً.

وتتشكل كما أوضح سابقاً فقاعات، وهي بمنزلة تباعدات بين الشريطين على طولهما من أجل توفير تخلق DNA سريع يبدأ في عدة مناطق. يظهر الشكل (3) ما يسمى بشوكة الانتساخ replication fork حيث يتم تخلق الـ DNA في الاتجاهين؛ ولكن دوماً من 3" باتجاه 5"، وبالتالي يكون اتجاه الشريط المنتسخ من 5" إلى 3"، وهكذا تستمر العملية حتى الحصول على شريط جديد يتمم الشريط الأساسي الذي استعمل في عملية التخليق الآنفة الذكر.

عند تشكل الشريط الجديد يكون مرتبطاً في طرفيه بالشريط الأم؛ مما يستدعي تدخل إنزيم آخر شديد الأهمية يقوم بقطعه في الطرفين؛ وبالتالي فك ارتباطه بالشريط الأم عن طريق إنزيم topoisomerase II.

إصلاح الـ :(DNA repair) DNA

تشكل النوكليوتيدات الوحدات الوظيفية البنيوية للـ DNA، وقد تتناول الأذيات التي تصيبها الأساس أو السكر أو الزمرة الفوسفاتية.

مصدر الأذية:

1- الحرارة.

2- الحوادث الاستقلالية (الجذور الحرة).

3- الأشعة فوق البنفسجية والأشعة السينية.

4- التعرض للمواد البينزينية.

أنواع الأذية:

1- إزالة الأمينات من النوكليوتيدات.

2- إزالة البورينات من النوكليوتيدات.

3- أكسدة الأسس.

4- تكسرات في شريطي الـ DNA.

ومن الأمثلة على الأمراض التي تسببها أذيات الـ DNA متلازمة ويرنر Werner syndrome التي تتظاهر بتأخر النمو إضافة إلى الشيخوخة الباكرة، ومتلازمة بلومBloom التي تتظاهر بازدياد الحساسية لضوء الشمس.

ومن أهم التبدلات التي تطرأ على بنية الـ DNA وتستوجب الإصلاح:

1- فقدان أساس: وهو ما يعرف بالمكان فاقد البورين أو البيريميدين.

2- إزالة الأمينات: على سبيل المثال إن إزالة الجذر الأميني من السيتوزين يؤدي إلى تشكل اليوراسيل، ويتم إنتاج أكثر من 100 يوراسيل يومياً بهذه الطريقة.

3- الأذية الضوئية: من أهم المنتجات الناجمة عن الأذية الضوئية تشكل ارتباطات بين البيريميدينات على شريط الـ DNA نفسه؛ مما يؤدي إلى التقارب بين الأساسين المتجاورين، وبالتالي حصول تشوهات غير قابلة للحياة في شريط الـ DNA المصاب، ومن هنا جاء الأثر السيئ للتعرض المديد للأشعة فوق البنفسجية التي تؤدي إلى التقارب وتشكل الروابط بين أساسي تيمين thymine متجاورين مؤدياً إلى تشكل ديمر (مثنوي dimer) بين التيمين والسيكلوبوتان؛ ما يمكِّن الأشعة فوق البنفسجية من تشكيل روابط بين أساسين متقابلين من كل شريط للـ DNA، وهذا يؤدي إلى تشوه في البنية الحلزونية إضافة إلى التقطعات التي تطرأ على شريط واحد أو الشريطين.

تأتي أهمية إصلاح الـ DNA من أنه المخزن الكامل لكل المعلومات الوراثية، وهو الجزيء الكيميائي الحيوي الوحيد الذي يتم إصلاحه؛ ومن هنا تُفهم أهمية وجود أكثر من مئة جين تتدخل في عملية الإصلاح آنفة الذكر.

حين حدوث قطع في شريط واحد يكون الإصلاح ممكناً بسبب وجود نسخة احتياطية في الشريط المقابل في حين يتعذر الإصلاح إذا حدث تقطع في الشريطين بسبب غياب النسخة الاحتياطية في الطرف المقابل.

حين حصول أي خطأ في اصطناع الـ DNA تأتي الإنزيمات التي تتعرف الخطأ وتحديد مكانه مما يستنفر إنزيم النوكلياز nuclease الذي يقوم بقطع طرفي الأساس الخاطئ ثم استدعاء إنزيم بنائي آخر هو البوليميراز الذي يقوم بإضافة الأساس الذي تم استئصاله في وقت سابق ليأتي الإنزيم الرابط ligase الذي يقوم بربط طرفي الأساس المذكور بطرفي الشريط المقطوع.

ثانياً- نقل الإشارة :signal transduction

تحتاج الخلايا الطبيعية والورمية على حد سواء إلى إشارات لتحريض نموها وانقسامها. هذه الإشارات قد تكون داخلية أو خارجية. الهدف من الإشارة هو نقل عوامل نمو من خلايا مجاورة إلى داخل الخلية الهدف؛ تتمثل ببروتينات تنقل معلومات انقسامية حيث ترتبط بادئ ذي بدء بمستقبلات خاصة إما على سطح الخلية وإما داخل السيتوبلازما؛ ليبدأ شلال من المعلومات ينتهي في النواة حيث يتوضع الـ DNA الذي يقوم بتكرار المعلومات القادمة وإرسالها إلى الشبكة السيتوبلازمية الداخلية المحببة من خلال RNA مرسال يقوم بحمل المعلومات اللازمة لترجمة الإشارة إلى بروتينات وظيفية تقوم بعملها داخل الخلية أو خارجها.

أنماط مستقبلات الإشارة:

1- التيروزين كيناز :(tyrosine kinase) مثل عامل النمو المشتق من الصفيحات (PDGF)، وعامل النمو الشبيه بالإنسولين (IGF)، وعامل النمو الظهاري (EGF).

2- التيروزين فوسفاتاز :(tyrosine phosphatase) مثل CD45.

3- غوانيلات سيكلاز :(Guanylate cyclase) مثل المستقبلات الببتيدية.

4- سيرين تريونين كيناز :(serine/threonine kinase) مثل عامل النمو المحول (transforming growth factor :TGF-B).

الشكل (4)

مستقبلات التيروزين كيناز: تتألف هذه المستقبلات من وحدات وظيفية مختلفة منها الوحدة الرابطة الخارجية والوحدة الرابطة الداخلية والوحدة الوظيفية عبر الغشاء إضافة إلى وحدات وظيفية غنية بالحموض الأمينية تدعى SH2,SH3 لها شأن مهم في عملية الفسفرة اللازمة لنقل الإشارة كما هو مبين في الشكل (4).

ومن المستقبلات التي لا تعتمد على التيروزين كيناز تلك التي تتوضع داخل السيتوبلازما، وتدعى SRC and Janus، وتعدّ هذه المستقبلات غير نشيطة إنزيمياً، وتسهم بنقل الإشارة بفعل وجودها الفراغي والكيميائي إذ تحمل الإشارة، وتنقلها إلى داخل النواة.

ومن المستقبلات التي تعمل بهذه الآلية مستقبلات السيتوكينات مثل الإنتيرلوكين-2 (IL-2) ومستقبلات كل من CD8 وCD4.

نقل الإشارة داخل الخلية الورمية:

يبدأ نقل الإشارة من خلال عوامل النمو التي تأتي من الوسط المحيط وترتبط بالمستقبلات الخاصة على الغشاء الخارجي لتقوم بتنشيط إحدى سبل نقل الإشارة، أهمها سبيل MAP kinase الذي يعدّ من أهم سبل نقل الإشارة داخل الخلايا الورمية والذي يتعرض لتبدلات جينية مختلفة في بعض الأورام البشرية، وهو أكثر ما درس من بين سبل نقل الإشارة.

يرتبط عامل النمو بالوحدة الخارجية للمستقبل على سطح الخلية، فتنتقل الإشارة من القسم الخارجي إلى القسم الداخلي للمستقبلات من خلال الوحدة عبر الغشاء؛ ليقوم عامل النمو المذكور بفسفرة الوحدة الداخلية وتنشيطها؛ مما يؤدي إلى تنشيط عامل الملاءمة Grb-2 الذي يقوم بتقديم ذرة من الفوسفور إلى بروتين SOS الذي يفسفر Ras (التي تعدّ من أهم الجينات الورمية البشرية، وتعدّ مسؤولة عن العديد من السرطانات مثل سرطانات الرئة والمعثكلة حين وجود طفرة على أحد الأسس المكونة لها).

تقوم Ras بتفعيل سبيل الـ MAP kinase الذي يتضخم في كل مرّة ناقلاً الإشارة إلى النواة؛ وبالتالي إلى عوامل الانتساخ التي تترجم الإشارة إلى RNA رسول يقوم بتحويلها إلى البروتين المطلوب حالما ينتقل إلى الشبكة السيتوبلازمية الداخلية المحببة.

عوامل الانتساخ النووية :nuclear transcription factors

1- :C-Fos هو أحد الجينات الورمية المتعلقة بعوامل الانتساخ؛ إذ يمتاز بوجود وحدة وظيفية رابطة لعوامل النمو الخارجية على شكل سحّاب اللوسين leucine zipper. يتم تنشيط عامل الانتساخ هذا من خلال سبيل الـ .MAP kinase

2- :STATs proteins هذه الكلمة هي اختصار لترجمة الإشارة وانتساخ بروتيناتها حيث تعمل على تنشيط عوامل النقل السيتوبلازمية كعائلة .Janus تتألف هذه العائلة من ستة بروتينات من STAT1 إلى .STAT6 تعمل هذه البروتينات كنواقل بين السيتوبلازما والنواة.

3- إصبع الزنك :zinc finger يتكون من ذرة من الزنك توجد بين أساسين من السيستيئين وأساسين من الهيستيدين. تتراصف أصابع الزنك هذه عند الثلمة الكبيرة للـ DNA؛ وبالتالي تكون بيئة ملائمة لاستقبال عوامل النمو وإرشادها إلى مكان ارتباطها بالـ DNA.

الشكل (5) يظهر نقل الإشارة إضافة إلى عوامل الانتساخ.

الشكل (5)

ثالثاً- دورة حياة الخلية :cell cycle

تتألف دورة حياة الخلية من أربعة أطوار مرتبة بالشكل التالي: G1,S,G2,M.

G تعني الفجوة gap، وS تعني اصطناع الـ synthesis DNA وM تعني الانقسام mitosis. تتم في طور الفجوة الأول التحضيرات الإنزيمية والبنيوية من أجل اصطناع الحمض الريبي النووي منقوص الأكسجين DNA، ويتم في طور الفجوة الثاني التحضيرات الخاصة بعملية انقسام الخلية.

يستمر G1 من 5-10 ساعات، S من 6-8 ساعات، وG2 من 4-5 ساعات في حين يستمر الطور M من ساعة إلى ساعتين.

يوجد على مستوى دورة حياة الخلية نقطتا تحقق: الأولى بين الطورين G1 وS يسيطر عليها الجين الكابح للأورام P53، والثانية بين الطورين G2 وM لم يعرف بعد البروتين الذي يسيطر عليها.

من أهم البروتينات التي تسهم في تطور الدورة الخلوية السيكلينات cyclin. حيث تقسم السيكلينات إلى عدة أنواع، من أهمها cyclin D,E التي تسيطر على تقدم الدورة الخلوية من الطور G1 إلى الطورS . ويحتاج كل سيكلين إلى بروتين كيناز خاص به يربطه، ويعطيه الطاقة اللازمة من أجل الحصول على الفعالية اللازمة الكفيلة بتقدم الدورة الخلوية من الطور G1 إلى الطور S. ويرتبط السيكلين D بالبروتين كيناز CDK4,6 ، ويتشكل المعقد cyclin D/CDK 4,6 الذي يسيطر في الطور G1 في حين يرتبط السيكلين E بالبروتين كيناز CDK2 مشكلاً المعقد cyclin E/CDK2 الذي يسيطر بين الطورين G1/S، ويسهم بتقدم الدورة الخلوية من الطور G1 إلى الطور S.

الشكل (6)

يسيطر السيكلين A على طور الاصطناع S ويشكل معقدين: الأول مع CDK2 والثاني مع CDC-2، يسهم المعقد cyclin A/CDK2 بإعطاء الطاقة اللازمة للتقدم عبر S في حين يشكل المعقد cyclin A/CDC-2 أساساً للتقدم من الطور S إلى الطور G2. أما السيكلين B فيسيطر على الطور الانقسامي M، ويشكل معقداً مع CDC-2 بالشكل التالي cyclin B/CDC-2، والشكل (6) يوضح أطوار الدورة الخلوية بما فيها توزع السيكلينات.

ولا يستمر تقدم الدورة الخلوية باتجاه الانقسام إلى ما لا نهاية؛ إذ أنه لابد من ضوابط تتمثل بمثبطات السيكلينات، ومن أهمها عائلة CIP/KIP family، وهي اختصار للبروتينات المثبطة للسيكلينات cyclin inhibitor proteins، ومن أهمها P21,P27,P57 التي تختص بتثبيط المعقدات Cyclin A /CDK2 and cyclin E /CDK2، وهناك عائلة أخرى هي عائلة INK (INK family) وهي اختصار لمثبطات الكيناز Inhibitor of protein kinase. من أشهر هذه البروتينات P15,P16,P18,P19، التي تقوم بفصل السيكلينات عن البروتينات المعتمدة على الكيناز، فعلى سبيل المثال في حال الحاجة إلى إيقاف الدورة الخلوية في الطور G1 تقوم هذه البروتينات بفصل المعقد cyclin D /CDK4,6 إلى cyclin D وCDK4,6؛ وبالتالي تختفي فعالية التيروزين كيناز، ويتوقف التقدم باتجاه الطور S.

كيف يقوم الجين الكابح للأورام P53 بالسيطرة على الدورة الخلوية؟

تتميز الأورام بنشاط انقسامي مستمر للخلايا الورمية ناجم عن فعالية شديدة في السيكلينات بأنواعها؛ ولاسيما تلك التي تسيطر في الطور الأول للدورة الخلوية، ففي حال الانقسام الفوضوي للخلايا يتنبه الجين الكابح للأورام Rb الذي يسيطر على نقطة التحقق الأولى بين الطورين G1 و S والتي تقوم بتنبيه P53 التي تنفعل، وتقوم بتنشيط العائلة المثبطة للكيناز؛ ولاسيما البروتين P16 الذي يقوم بتفكيك المعقد cyclin D/CDK4,6 وتحويله إلى معقد غير فعال؛ وبالتالي توقف الدورة الخلوية عند الطور G1.

الانتقال من G1 إلى :S

فهمت التغيرات الكيميائية الحيوية في هذا الطور أكثر من التغيرات التي تحدث في الأطوار الأخرى. هناك نقطة في الطور G1 تسمى نقطة التقييد restriction point حيث تتهيأ الخلية بعدها للدخول إلى الطور S، وبعدها أيضاً لا حاجة إلى عوامل النمو الانقسامية لإكمال اصطناع الـ DNA. غالباً ما تبدأ الخلايا عملية اصطناع الـ DNA خلال ساعتين إلى ثلاث ساعات من عبور النقطة R؛ وبذلك يقسم الطور G1 إلى قسمين: ما قبل R وما بعد R.

حين تصل إشارات النمو الانقسامية والتي تُدخل الخلايا في وضع الهمود quiescence إلى الطور G1؛ يزداد إنتاج السيكلينات - ولاسيما من النمط Cyclin D (D1,D2,D3)- خلال المرور عبر الطور G1، ويستمر إنتاجها ما دامت عوامل النمو الانقسامية مستمرة بالوصول إلى الخلية.

يرتبط بعدها السيكلين D بالسيكلين المعتمد على الكيناز CDK4,6 مشكلاً المعقدات التالية: cyclin D /CDK4 and cyclin D /CDK6 حيث يتم تنشيط المعقدين السابقين بفعالية كينازية تدعى CAK؛ ليصبح كل من المعقدين السابقين فعالاً.

ويتألف CAK من معقد من cyclin/CDK أيضاً يتكون من cyclin H وCDK7، ويقوم CAK بتفعيل المعقدات السابقة من خلال فسفرة الحمض الأميني التريونين threonine في الموقع 172 من CDK.

حالما يتفعل المعقد cyclin D/CDK4,6 يقوم بفسفرة بروتين الريتينوبلاستوما (pRb) retinoblastoma protein. إن فسفرة بروتين الريتينوبلاستوما عند النقطة R أو بالقرب منها يؤدي إلى تحررها من وظيفتها الكابحة للنمو والانقسام وبالتالي تحرر عوامل الانتساخ وعلى رأسها E2F. يقوم عامل الانتساخ E2F بدوره في تحرر عوامل الانتساخ الأخرى وتحريض الجينات اللازمة لإنتاج البروتينات الضرورية لعبور الخلية من الطور G1 إلى الطور S.

من السكلينات التي لها شأن مهم في السيطرة على الطور G1 السيكلين E الذي يتم اصطناعه في مرحلة لاحقة للسيكلين D حيث يصل الذروة في مرحلة متأخرة من الطور G1.

ويشكل السيكلين E معقداً مع CDK2 بالشكل cyclin E /CDK2 الذي يتفعل بدوره من خلال CAK حيث يسهم المعقد الفعال بفسفرة البروتين pRb في مرحلة متأخرة من الطور G1.

يعدّ البروتين pRb مفتاح السيطرة على دورة حياة الخلية؛ ولاسيما بوجود البروتينات المتعلقة به مثل P107 and p130 والتي أثبتت الملاحظة المخبرية قدرتها على الارتباط بعوامل الانتساخ مثل E2F الذي يتألف بدوره من خمسة أنواع: E2F1,E2F2,E2F3,E2F4,E2F5 وهي تؤلف مثنوياً مغايراً heterodimer مع عوامل انتساخ أخرى هي DP-1,DP-2,DP-3، ويعمل هذا المثنوي المغاير المؤلف من E2F/DP على الارتباط بالـ DNA وتنشيط جينات عوامل النمو والانتساخ الضرورية للعبور إلى الطور S.

من أهم النتائج الناجمة عن تفعيل الجينات بفعل تنشيط عوامل الانتساخ هو إنتاج عدة بروتينات لها شأن مهم لاحقاً في الطور S إنزيم dihydrofolate reductase أو مختزلة ثنائية الفولات (DHFR)، DNA polymerase aα وthymidine kinase.

وكما ذُكر سابقاً من الضروري وجود بروتينات مثبطة لتطور الدورة الخلوية، فالانقسام لا يستمر إلى ما لا نهاية في الأجسام السليمة؛ إذ إن وجود بروتينات من زمرة p27 وp21 وp57 كفيل بإيقاف تطور الخلية من الطور G1 إلى الطور S. إن حصول أي أذية في الـ DNA يؤدي إلى توقف الخلية في الطور G1 بسبب زيادة تفعيل الجين P53 الذي يؤدي إلى زيادة تعبير p21WAF1/CIP1 الذي يسهم في تثبيط cyclin E/CDK2؛ مما يؤدي إلى توقف الدورة الخلوية في الطور G1.

الطور:S

حين تدخل الخلية الطور S لابد من انتساخ لكامل الـ DNA الخاص بها؛ إذ لا يتوقف الانتساخ إلا بانتهاء العملية السابقة برمتها، ويتم كل ذلك خلال بضع ساعات يسهم فيها الإنزيم الأساسي في عملية الانتساخ، وهو DNA polymerase الذي له ثلاثة أنواع (a, δ,ε).

يستخدم هذا الإنزيم أحد الشريطين كأساس، ويستمر بالنسخ مستخدماً النوكليوتيدات التي تنتجها الخلية، ويحدث خطأ واحد لكل 100.000 إلى 1000.000 نوكليوتيد تم انتساخه؛ مما سيقود في حال بقائه دون تصحيح إلى حوالي 1000 إلى 10.000 طفرة في كل دورة انتساخ، ومن أجل هذا الغرض يقوم DNA polymerase بوظيفة التحقق من النوكليوتيدات التي تم انتساخها، فينزع النوكليوتيدات غير المرغوبة بفعل إنزيم exonuclease الذي يسهم بإنقاص معدل الأخطاء نحو ألف ضعف؛ لتأتي بعدها آلية إصلاح الـ DNA التي تسهم بإنقاص الأخطاء الناجمة عن انتساخ الـ DNA إلى أقل مستوياتها.

إضافة إلى مشكلة الأخطاء في عملية الانتساخ تواجه الخلية تحدياً آخر، وهو مسألة السرعة في الانتساخ؛ إذ من المفترض انتساخ أكثر من 3 بلايين نوكليوتيد خلال بضع ساعات؛ وبالتالي فإن شوكة انتساخ واحدة تحتاج إلى شهر كامل في حال استطاعت انتساخ 3000 أساس في كل دقيقة، لذلك تواجه الخلية هذه المعضلة من خلال بدء انتساخ المادة الجينية في مناطق متعددة وفي الوقت نفسه بحيث يتم انتساخ السلسلة القيادية على نحو مستمر في حين تنتسخ السلسلة المتلكئة على نحو متقطع بحيث يتم ملء الفراغات التي تتركها السلسلة المتلكئة من خلال شرائط أوكازاكي.

في نهاية كل عملية انتساخ تفقد بعض الأسس من طرفي الشريط؛ مما يؤدي إلى تقاصر في المادة الوراثية فيما لو مضى هذا الفعل من دون تصحيح، وهنا يأتي دور القسيم الطرفي (التيلومير telomere)، وهي شرائط من الـ DNA غنية بالغوانين والسيتوزين توجد في أطراف الصبغيات، وتعمل كأساس لعمل التيلوميراز telomerase، وهو إنزيم يقوم بإطالة التيلومير؛ وبالتالي تعويض النقص الحادث في المادة الوراثية بعد كل دورة انقسامية. وحين عدم وجود التيلوميراز؛ عندها ستكون الـ DNA قادرة على الانتساخ مرات عدة قبل أن تفقد تسلسلات نوكليوتيدية مهمة منها، وعند تكرار العملية ستكون الخلية غير قابلة للحياة.

هذا ومن المعروف أن عملية التقدم في العمر أو الشيخوخة ناجمة عن الفقدان المستمر وغير القابل للتعويض في التيلوميراز الحاصل في الخلايا الطبيعية. أما الخلايا الورمية فيبدو أنها طورت آلية خاصة تتمكن من خلالها من التعبير المستمر عن التيلوميراز؛ وبالتالي تكتسب قدرته الأبدية ومقاومة الموت.

بقي أن يُذكر أن عملية الانتساخ تبدأ من خلال التأثير الإيجابي للمعقد cyclin A/CDK2 في بداية الطور S والمعقد cyclin A/cdc في وقت متأخر من الطور المذكور.

الانتقال من الطور G2 إلى الطور :M

حالما تنسخ الخلية مادتها الوراثية على نحو كامل يأتي دور فصل المادة الوراثية وتوزيعها على نحو متساوٍ بين خليتين جديدتين، في معظم الخلايا هناك فترة الفجوة الثانية G2 يتم من خلالها التأكد من الانتساخ الجيد للمادة الوراثية إضافة إلى تشكل المعقد cyclin B/cdc2 حيث يتم اصطناع cyclin B في أواخر الطور S وبداية الطور G2، ويكون cdc2 بشكله غير المفسفر الذي لا يلبث أن يتفعل من خلال فسفرته عند التريونين .161

الانتقال من الطور M إلى الطور G1:

حالما تدخل الخلية إلى الطور الانقسامي الأول prophase يتم تفكيك معقدات cyclin B؛ ما يؤدي إلى دخول الخلية طور الصعود anaphase. خلال الطور الانقسامي تتكثف الصبغيات، وتنفصل، ومن ثم تعود وتتكثف من جديد بعد انفصالها حيث تتضاعف أقطاب المغزل، وتنفصل، وتهاجر إلى طرفي النواة للمساهمة في عملية الانفصال، وأخيراً تحصل تغيرات تصيب الغشاء النووي؛ ليتلاءم مع وجود خليتين جديدتين.

رابعاً- الاستماتة :apoptosis

الشكل (7) الاستماتة

الشكل(8)
يوضح أحد الوسائل التي تقوم بها الخلية التائية:
كي تبدأ الاستماتة في الخلية الهدف
(الخلايا المخموجة بالفيروس)

تموت الخلايا إما من خلال الأذية وإما الانتحار؛ وبكلمة أخرى إما من خلال النخر وإما الاستماتة الخلوية، وهما عمليتان مختلفتان من الناحية الفيزيولوجية حيث يحصل النخر تالياً لأذية ما في حين تحصل الاستماتة الخلوية بسبب الانتحار.

- النخر الخلوي: يحصل بسبب أذية ما مرافقاً لظروف غير فيزيولوجية تتعارض وحياة الخلية مثل نقص الأكسجة والانسمام. يحصل النخر الخلوي بسبب ثقوب وتمزقات في الجدار الخلوي؛ مما يؤدي إلى فقد مركّب الطاقة ATP مؤدياً إلى تحرر إنزيمات الخلية وخروجها؛ لتكون على تماس مباشر مع الخلايا المجاورة محرضة تفاعلاً التهابياً شديداً.

- الاستماتة الخلوية: يحصل الموت الخلوي هنا على نحو منظم تحت سيطرة جينية تؤدي إلى تقطع الكروماتين وتضاؤل حجم السيتوبلازما وحصول تقطعات صغيرة في الـ DNA، ويكون مصير الخلية البلعمة من دون أي أذى للجدار الخلوي, وتحتاج هذه العملية إلى طاقة تأخذها من الـ ATP.

للاستماتة الخلوية سبيلان: داخلي معتمد على المتقدرات والسيتوكروم C وخارجي عن طريق مستقبلات الاستماتة الخلوية، وكلا السبيلين بحاجة إلى caspases، وهي بروتينات مؤلفة في تركيبها من حمضي السيستيئين والاسبارتات.

- السبيل الداخلي: يحتوي الغشاء الداخلي للمتقدرات في الخلايا السليمة على البروتين Bcl-2 وهو جين ورمي. إن أي أذية للخلية من الداخل (مثل التأثير المؤذي لجذور الأكسجين الحرة) تؤدي إلى تنشيط Bcl-2 للبروتينات المتعلقة به مثل BAX الذي يحفر ثقوباً داخل أغشية المتقدرات لتحرير السيتوكروم C الذي يرتبط بدوره بالبروتين apaf-1 وهو العامل المنشط لبروتياز الاستماتة الخلوية (apoptosis protease activating factor-1). وباستعمال الطاقة المقدمة من ATP تتراكم هذه المعقدات لتشكيل ما يسمى بجسيمات الاستماتة apoptosomes التي ترتبط بـ caspase-9 وهو واحد من عشرات البروتيازات التي تسهم في عملية الاستماتة الخلوية، وقد اكتسبت اسمها؛ لأنها تعمل على تقطيع البروتينات عند حمض الاسبارتيك. يقوم البروتياز السابق بتقطيع البروتينات قدر المستطاع إضافة إلى تنشيط البروتيازات الأخرى، ومن أهمها caspase-3 and caspase-7. يستمر شلال هضم البروتينات بالعمل مؤدياً إلى تفكيك بروتينات السيتوبلازما، وتستمر العملية السابقة حتى تحطيم الـ DNA وبلعمة الخلية كما هو موضح في الشكل (7).

- السبيل الخارجي: يحوي الغشاء الخلوي مستقبلات الاستماتة ومن أهمها Fas وTNF. فحالما تصل إشارات الاستماتة الخلوية إلى الخلية تقوم هذه المستقبلات بنقل الإشارات القادمة إلى السيتوبلازما؛ ما يؤدي إلى تنشيط caspase-8 الذي يشابه caspase-9 في تنشيطه شلال الاستماتة الخلوية، ومن ضمنها البروتيازات caspase-3؛ وبالتالي بلعمة الخلية كما هو موضح في الشكل (8).

والجينات التي تتحكم بالاستماتة الخلوية هي:

· الجينات التي تحرض الاستماتة الخلوية: p53,BAX.

· الجينات التي تثبط الاستماتة الخلوية: Bcl-2,Bcl-xL.

خامساً- الجينات الورمية والجينات الكابتة للأورام :oncogenes and tumor suppressor genes

من أهم الجينات الورمية RAS، ومن أهم الجينات الكابتة للأورام P53.

- :RAS تم اكتشافه لأول مرّة بعد ملاحظة انتقاله عبر ڤيروسات الساركوما في الجرذان، وقد تم كشف أول نشاط كيميائي حيوي له من خلال ارتباطه بغوانين نوكليوتيد. إن كشف الشكل الفعال للـ RAS في أورام المثانة البولية كان أول كشف لجين ورمي بشري حيث تم كشف أول طفرة نقطية تصيب جيناً ورمياً بشرياً بحيث يتم استبدال الحمض الأميني فالين مكان الحمض الأميني غليسين عند الموقع رقم 12. إن الطفرات النقطية المؤدية إلى تنشيط RAS تصيب الأحماض الأمينية في المواقع 95 و13 و12 و61 حيث تعمل هذه الطفرات على حلمهة الغوانين ثلاثي الفوسفات التابع للجين المذكور مؤدياً إلى إعطائه الطاقة اللازمة لتنشيطه، وهكذا يتم تنشيطRAS على نحو مستمر بصورة يوفر معها الجين الطافر مقاومة على GTP-ase ، وهو الإنزيم الذي يحرم الجين من الطاقة اللازمة لتفعيله. من أهم الأمراض التي يحصل فيها طفرة على RAS هو الورم الليفي العصبي، ومن أهم أشكاله داء Von Recklinghausen الذي يحصل بنسبة 1-3000؛ إذ إن نصف الحالات تأتي بطفرات جديدة كما أن نفوذية الجين بحدود 100% وتنتقل بشكل خلة جسدية سائدة على الصبغي .17q تم عزل الجين المسؤول عن داء ڤان ريكلينغهاوزن وسُمِّي .NFI

- :P53 من أهم الجينات الكابحة للأورام على الإطلاق، تم اكتشافه للمرة الأولى بوصفه مستضداً ورمياً في الخلايا التي أصيبت بڤيروس .SV-40 يتوضع موقع P53 على الذراع الصغير للصبغي السابع عشر 17q، وهو من أكثر الجينات التي تتعرض للتبدلات في الأورام البشرية حيث يبدي نحو 75% من سرطانات القولون تبدلات في الجين المذكور. كما تلاحظ تبدلات مماثلة في متلازمة لي- فراوميني Li-Fraumeni syndrome حيث يولد المريض بطفرة في أليل واحد، ومع حصول الورم تتطور طفرات تصيب كلا الأليلين. من المعروف تدخل P53 في السيطرة على الاستماتة الخلوية ونقاط ضبط الدورة الخلوية؛ إذ إن أي تأذٍ في الـ DNA يؤدي إلى تراكم P53 وتوقف الدورة الخلوية بين G1/S في حين تفتقد الخلايا التي لا تحتوي على P53 سليم لهذه الخاصية. يعمل P53 على تثبيط معقدات السيكلين والكيناز cyclin/CDK ، وبالتالي إيقاف تطور الدورة الخلوية من G1 إلى .S

سادساً- تولد الأوعية :angiogenesis

يسهم تولد الأوعية في العمليات الطبيعية والمرضية، فمن العمليات الطبيعية تكون الجنين والدورة الطمثية وشفاء الجروح. أما العمليات المرضية فمنها التهاب المفاصل الرثياني والصداف والأورام على سبيل المثال.

يحتاج نمو الخلايا - كما هو معروف - إلى عوامل مغذية تراوح من الشوارد إلى أعقد أنواع البروتينات اللازمة لتكاثرها وانقسامها كما هو الحال في الخلايا الورمية التي طورت تقنية تولد الأوعية التي تمكنها من جلب المزيد من المواد اللازمة لتطورها وانقسامها إضافة إلى تمكينها من إعطاء نقائل بعيدة.

تشتمل عملية تولد الأوعية على المراحل التالية:

1- تحريض خلايا البطانة الوعائية من خلال عوامل النمو التي تطلقها الخلايا الورمية.

2- إطلاق البروتيناز الفلزية المطرسية matrix metalloproteinase (MMP).

3- تدرك الغشاء القاعدي.

4- هجرة الخلايا البطانية الوعائية.

5- تكاثر خلايا البطانة الوعائية.

6- تشكل لحمة أو مطرس جديدة.

وتتم السيطرة على هذه العملية بدقة متناهية من خلال التوازن بين منشطات تولد الأوعية ومثبطاته كالتالي:

منشطات تولد الأوعية:

1- عوامل النمو البطانية الوعائية vascular endothelial growth factors (VEGF).

2- عوامل نمو الأرومة الليفية الحمضية والأساسية .(acidic and basic fibroblast growth factor) aFGF, bFGF

3- .Angiogenin and angiotropin

4- عامل النمو البطاني .endothelial growth factor (EGF)

مثبطات تولد الأوعية:

1- .Thrombospondin-1

2- .Angiostatin

3- .Endostatin

في حالة النسج السليمة تميل كفة الميزان باتجاه العوامل المثبطة لتولد الأوعية حتى الحاجة إلى تولد أوعية جديدة، في حين تستطيع الخلايا الورمية إمالة الكفة باتجاه تولد جديد ومستمر للأوعية.

دور عامل نمو البطانة الوعائية .(VEGF)

يفرز هذا العامل من قبل النسج التي تحتاج إلى أوعية جديدة كما يفرز من قبل الخلايا الورمية على نحو موازٍ، وهو نوعي جداً لخلايا البطانة الوعائية؛ إذ يرتبط بمستقبلات التيروزين كيناز على الغشاء السطحي لخلايا البطانة الوعائية.

تؤدي فسفرة المستقبلات المذكورة إلى تفعيلها؛ وبالتالي نقل الإشارة وتضخيمها مما يؤدي في نهاية الأمر إلى تكاثر الخلايا البطانية؛ وبالتالي تنشيط إفراز بروتيناز اللحمة الفلزية المطرسية matrix metalloproteinase (MMP)، هذه الإنزيمات تقوم بتخريب الغشاء القاعدي للمطرس المجاور إضافة إلى زيادة النفوذية الوعائية وحفر ثقوب عميقة وسراديب يتم رصفها فيما بعد بالخلايا البطانية؛ لتكون في النهاية أساساً للأوعية الجديدة التي تم تكوينها.

يتم تحريض تولد الأوعية في حالة الأورام من خلال تعرض النسج لنقص الأكسجة؛ الشيء الذي يعكس حاجتها إلى الغذاء ,يحرض نقص الأكسجة عوامل الانتساخ، وأهمها HIF التي تسهم في زيادة انتساخ الجين HRE الذي يحرض إنتاج عوامل النمو اللازمة لعملية تولد الأوعية وعلى رأسها VEGF.

من العوامل التي تساعد أيضاً على تولد الأوعية حدوث تنشيط الجينات الورمية، وأهمها H-RAS التي تنشط وتزيد في إنتاج VEGF and bFGF يمكن بالتوازي حصول طفرة مثبطة للجينات المثبطة للأورام، ومنها P53؛ مما يؤدي إلى إفلات الجينات الورمية من السيطرة؛ وبالتالي تزايد إنتاج العوامل المنشطة لتولد الأوعية.

التطبيقات السريرية: من خلال التجارب السريرية التي تم إجراؤها لدى حيوانات التجربة؛ أدى إعطاء مضادات تولد الأوعية إلى تراجع حجم الأورام التي تم إحداثها في مرحلة سابقة. قاد هذا الاستنتاج إلى فكرة توظيف مضادات تولد الأوعية في علاج الأورام. من الأهداف المحتملة لمضادات تولد الأوعية محاولة تثبيط عوامل النمو الخاصة بالبطانة الوعائية, وتثبيط عامل نمو خلايا الأرومة الليفية وتثبيط حالاّت البروتينات الفلزية المطرسية؛ إضافة إلى تثبيط تكاثر الخلايا البطانية وهجرتها. وفيما يلي بعض الأدوية المستخدمة بوصفها مضادات تولد الأوعية:

1- .Angiostatin

2- .Avastin (bevacizumab)

3- .Celebrex (celecoxib)

4- .Endostatin

5- .Metaret (suramin)

6- .Thalid