Choroby nowotworowe powstają na skutek zmian w materiale genetycznym ,czyli mutacji.

Zmiany te wywołują nietypowe podziały i rozwój komórek organizmu. Choroba nowotworowa może rozwijać się w dwojaki sposób : albo powoduje nadmierne podziały komórkowe albo je hamuje. Mutacje w genomie prowadzą do tego , że niektóre geny wykazują wzmożona aktywność ( powodując intensywne podziały komórkowe ) lub aktywność ich jest wstrzymana ( brak podziałów komórkowych ).

Geny które są odpowiedzialne za rozwój i różnicowanie się komórek danego organizmu to protoonkogeny. Geny te ulegając mutacjom stają się onkogenami czyli genami wywołującymi schorzenia nowotworowe. Zmiany w genach dotyczą ich ilości a także miejsca i czasu działania kodowanych przez te geny białek.

Zmiany w protoonkogenach mogą być wywołane:

  • mutacjami punktowymi, prowadzącymi do zmiany kolejności aminokwasów w białkach;
  • przeniesieniem tych genów w okolicę enhancerów oraz fuzji odcinków tych genów;
  • amplifikacją protoonkogenów.

Współczesna genetyka jest w stanie przypisać konkretnej chorobie nowotworowej typ mutacji który ją wywołuje. Przykładem może być chromosom Philadelphia, który jest odpowiedzialny za wywoływanie pewnego typu białaczki przewlekłej. Nazwa jego powstała od miasta w którym został on poznany . W Philadelphii właśnie odkryto, że chromosom ten powstaje w wyniku fuzji ramion dwóch różnych chromosomów, tj. chromosomu 22 i 9.

Protoonkogeny kodują wiele białek, które można rozróżnić na kilka typów. Typy tych białek związane są z funkcjami jakie pełnią w organizmie. Do białek tych należą:

  • białka receptorowe czynników wzrostu albo posiadające aktywność tyrozynowej kinazy;
  • białka będące czynnikami wzrostu;
  • białka pełniące funkcje czynników transkrypcyjnych;
  • białka uczestniczące w transmisji sygnału w komórkach;
  • białka o właściwościach kinazy serynowo- treoninowej.

Do najlepiej poznanych onkogenów zalicza się :

  • gen sis → kodujący białka budujące płytkowy czynnik wzrostu ( PDGF );
  • gen erb-B → kodujący białka będące receptorami naskórkowych czynników wzrostu (EGF ). Mutacje tego genu są przyczyną raka piersi oraz nowotworów mózgowych;
  • gen src → kodujące białko błonowe o właściwościach kinazy tyrozynowej.

Onkogeny wpływają przede wszystkim na czynniki wzrostowe. Powodują nadmierną produkcję tych czynników. Onkogeny działają na komórki sąsiadujące ale również na komórki , które są źródłem tych mutacji. Wpływają one na działanie czynników wzrostowych a także na ich receptory. Możliwe jest , że w sytuacji gdy nie ma czynników wzrostowych onkogeny pobudzają ich receptory na tyle silnie aby aktywowane były podziały komórkowe.

Niektóre onkogeny ( np. geny z rodziny RAS ) mogą wywoływać zmiany w przekazywaniu sygnału w kaskadzie sygnałów ( czyli ciągu białek przekazujących określoną informację ).

W takim przypadku możliwe jest wywołanie podziałów komórkowych nawet w przypadku gdy brak jest bodźca z receptorów czynników wzrostu.

Białka powstałe z onkogenów bywają także składnikami czynników transkrypcyjnych, np. białka Fos i Jun budują czynnik transkrypcyjny AP - 1 . Czynnik ten ma zdolność rozpoznawania sekwencji promotorowej i wywoływania transformacji nowotworowej.

Duże znaczenie w procesie nowotworowym mają także geny supresorowe. Geny te kodują specyficzne białka, które mają za zadanie wyhamowywać procesy wzrostu i różnicowania się komórek. W przypadku mutacji tych genów dochodzi do nie wytworzenia ich produktów lub ich inaktywację . Wynikiem tego są nieograniczone podziały komórkowe ( proliferacja ) prowadzące do powstania tkanki nowotworowej.

Oddziaływanie genów typu supresorowego na komórki jest zróżnicowane w ciągu całego cyklu komórkowego. Niezmutowane geny supresorowe przeciwdziałają chorobom nowotworowym ponieważ produktem ich ekspresji są białka odpowiedzialne za hamowanie procesów proliferacji. W przypadku mutacji tych genów nieprawidłowe działanie ich produktów powoduje intensywne namnażane się komórek nowotworowych.

Dzięki postępowi w dziedzinie genetyki zostały poznane już niektóre geny supresorowe. Najlepiej poznane z nich to białka pRb i p53.

Gen kodujący białko Rb zlokalizowany jest na 13 chromosomie. Białko kodowane przez gen Rb odpowiedzialne jest za prawidłowy przebieg cyklu komórkowego. Jest ono produkowane w jądrze komórkowym i odpowiada ono za hamowanie replikacji DNA w komórce. Natomiast mutacje genu Rb powoduje , że wynikiem jego ekspresji jest białko nieaktywne, w związku z czym nie wstrzymuje ono namnażania materiału genetycznego i podziałów komórkowych. Białka kodowane przez gen Rb może wykazywać różnice w budowie, w związku z czym wyróżniamy dwa typy białek Rb : ufosforylowane i nieufosforylowane.

Forma ufosforylowana tego białka jest nieaktywna i powoduje zahamowanie namnażania DNA. Ufosforylowane ( wbudowanie w jego cząsteczkę reszt fosforanowych ) białka Rb ma miejsce w etapie S, czyli syntezy cyklu komórkowego. Forma nieufosforylowane przyłącza się do białek regulujących procesy replikacyjne DNA aktywując je i tym samym przyczynia się do namnażania materiału genetycznego.

Przyczyną mutacji genu Rb jest retinoblastoma ( schorzenie układu wzrokowego ) u dzieci. Gen Rb jest recesywny, w związku z czym schorzenie ujawnia się tylko osobników homozygotycznych lub heterozygotycznych, jeśli nastąpi delecja w genie Rb.

Gen p53 zlokalizowany jest w chromosomie 17 i koduje białko p53 , które w warunkach normalnych obecne jest w organizmie śladowych ilościach. Jeśli dochodzi zniszczenia DNA następuje produkcja dużej ilości białka p53 , które wywołuje zjawisko apoptozy w komórkach z uszkodzonym materiałem genetycznym.

W przypadku mutacji genu p53 , powstałe w wyniku jego ekspresji białko nie ma zdolności niszczenia komórek o uszkodzonym DNA . W takiej sytuacji dochodzi do namnażania się nieprawidłowych komórek o zniszczonym materiale genetycznym. W efekcie prowadzi to do powstania choroby nowotworowej.