Mechanizmus rakoviny

Karcinogenéza ako viacstupňový proces

Mechanizmus vzniku rakoviny (karcinogenéza) je dlhodobý, viacstupňový a evolučný proces, pri ktorom normálna bunka postupne nadobúda vlastnosti umožňujúce nekontrolované delenie, prežitie v nepriaznivých podmienkach, inváziu a metastázovanie. Kľúčovou podstatou je hromadenie genetických a epigenetických zmien (mutácie, delecie, amplifikácie, prestavby, metylačné zmeny), ktoré zasahujú siete regulujúce bunkový cyklus, opravy DNA, apoptózu, signalizáciu rastových faktorov, interakcie s mikroprostredím a imunitný dohľad.

Genetický základ: onkogény, nádorové supresorové gény a „driver“ mutácie

V genóme nádorovej bunky rozlišujeme dve hlavné funkčné triedy génov:

• Onkogény: ide o mutované alebo amplifikované formy protoonkogénov (napr. KRAS, BRAF, EGFR, MYC), ktorých ziskové mutácie (gain-of-function) trvalo aktivujú proliferáciu, prežitie alebo metabolizmus.
• Nádorové supresorové gény (TSG): gény ako TP53, RB1, PTEN, APC, BRCA1/2 tlmia delenie, podporujú opravy DNA alebo spúšťajú apoptózu. Strátové mutácie (loss-of-function), delecie či epigenetické umlčanie vedú k strate kontrolných mechanizmov. Často platí Knudsonova „two-hit“ hypotéza, kde sú potrebné dva zásahy na úplnú inaktiváciu alel.

Nie všetky mutácie majú rovnakú dôležitosť. Driver mutácie poskytujú rastovú výhodu a smerujú evolúciu klonu; passenger mutácie sú neutrálne a hromadia sa ako vedľajší efekt genomickej nestability.

Zdroje poškodenia DNA: endogénne a exogénne karcinogény

• Endogénne: reaktívne formy kyslíka z mitochondriálneho dýchania, chybné replikácie, deaminácia cytozínu, chyby pri opravách DNA.
• Exogénne: UV žiarenie (pyrimidínové diméry), ionizujúce žiarenie (dvojvláknové zlomy), chemické karcinogény (tabakové nitrozamíny, aflatoxín B1), environmentálne toxíny, niektoré liečivá.
• Infekčné agens: onkogénne vírusy (HPV, HBV/HCV, EBV, HTLV-1), baktérie (Helicobacter pylori) a parazity môžu indukovať chronický zápal, integráciu vírusovej DNA alebo expresiu onkoproteínov.

Opravy DNA a genomická nestabilita

Stabilitu genómu zabezpečuje súbor opravárenských dráh: excízna oprava báz (BER), nukleotidová excízna oprava (NER), oprava nesprávneho párovania (MMR), homologická rekombinácia (HR) a nehomológne spájanie koncov (NHEJ). Deficity v týchto systémoch vedú k charakteristickým typom nestability:

• MSI (mikrosatelitová nestabilita): porucha MMR (napr. MLH1, MSH2) spôsobuje akumuláciu inzercio-delečných chýb v repetičných sekvenciách.
• HRD (deficit homologickej rekombinácie): poruchy BRCA1/2 a príbuzných génov vedú k nepresnej oprave dvojvláknových zlomov, chromozomálnym prestavbám a chemosenzitivite k platine/ PARP inhibícii.
• Chromothripsis a kataegis: katastrofické jednorazové udalosti vedúce k masívnym prestavbám alebo lokálnym „búrkam“ mutácií.

Epigenetické mechanizmy a transkriptomické preprogramovanie

Metylácia DNA, modifikácie histónov a remodelácia chromatínu zásadne ovplyvňujú expresiu génov bez zmeny sekvencie DNA. Hypermethylácia promótorov nádorových supresorov (napr. CDKN2A) ich umlčí; naopak globálna hypomethylácia môže zvyšovať genomickú nestabilitu. Deregulácia ne-kódujúcich RNA (miRNA, lncRNA) mení posttranskripčnú reguláciu a sieťové vlastnosti signálnych dráh.

Kľúčové signálne dráhy v karcinogenéze

• RAS–RAF–MEK–ERK (MAPK): riadi proliferáciu a diferenciáciu; mutácie KRAS, BRAF vedú k konštitutívnej aktivácii.
• PI3K–AKT–mTOR: podporuje rast, prežitie a metabolizmus; alterácie PIK3CA a strata PTEN sú časté.
• WNT/β-katenín a TGF-β: regulujú kmeňovosť a EMT; mutácie APC sú typické pre kolorektálnu karcinogenézu.
• p53 a kontrola stresu genómu: „strážca genómu“ spúšťa opravu, zástavu cyklu alebo apoptózu; inaktivácia TP53 uľahčí prežitie poškodených klonov.
• Hippo/YAP–TAZ a Notch: ovplyvňujú mechanotransdukciu, kontaktovú inhibíciu a osud buniek v mikroprostredí.

Bunkový cyklus, apoptóza a senescencia

Nádorové bunky obchádzajú reguláciu prechodov G1/S a G2/M (cyklíny D/E, CDK4/6, RB1) a vypínajú apoptotické dráhy (BCL-2 rodina, kaspázy) alebo programovanú senescenciu. Získanie tzv. replikatívnej nesmrteľnosti súvisí s reaktiváciou telomerázy (TERT) alebo alternatívnymi mechanizmami udržiavania telomér (ALT).

Metabolické preladenie: Warburgov efekt a beyond

Nádorové bunky uprednostňujú aeróbnu glykolýzu (Warburgov efekt), aj keď je kyslík dostupný, čím získavajú biosyntetické prekurzory a redoxnú rovnováhu. Aktivácia mTOR, MYC a HIF-1α podporuje príjem glukózy, glutamínový metabolizmus a lipidogenézu. Metabolické spojenia s mikroprostredím zahŕňajú laktátový „shuttle“, acidifikáciu a toleranciu hypoxie.

Nádorové mikroprostredie (TME) a angiogenéza

Nádor nie je len populácia mutovaných buniek, ale ekologický systém. Fibroblasty asociované s nádorom (CAF), endotelové bunky, pericyty, adipocyty a imunitné bunky (T-lymfocyty, makrofágy, dendritické bunky, MDSC) spolu tvoria mikroprostredie, ktoré ovplyvňuje rast, invazivitu a odpoveď na liečbu. Hypoxia indukuje VEGF a podporuje neovaskularizáciu, často chaotickú a priepustnú, čo vedie k tlakovým a nutričným gradientom a heterogenite.

Imunitný dohľad a jeho obchádzanie

Zmutované proteíny generujú neoantigény, ktoré môžu aktivovať adaptívnu imunitu. Nádory však vyvíjajú mechanizmy úniku: nadmerná expresia inhibičných ligándov (PD-L1), strata prezentácie antigénov (β2-mikroglobulín, MHC I), sekrécia imunosupresívnych cytokínov (TGF-β, IL-10) a nábor Treg a MDSC. Celková „mutational burden“ a MSI status ovplyvňujú imunogenicitu.

Invázia, EMT a metastatický cyklus

Metastázovanie prebieha v krokoch: lokálna invázia, intravazácia, prežitie v cirkulácii, extravazácia, kolonizácia a rast v novom orgáne. Epiteliálno-mezenchýmová tranzícia (EMT) znižuje adhéziu (downregulácia E-kadherínu), zvyšuje migráciu a odolnosť voči stresu; reverzný proces (MET) potom napomáha kolonizácii. Úspech metastáz závisí od „seed and soil“ kompatibility a preformovaných niku v cieľových tkanivách.

Medzinádorová a intranádorová heterogenita

Nádory sú klonálne mozaiky podliehajúce Darwinovskej selekcii. Priestorová a časová heterogenita (primár vs. metastázy, pre- a post-terapeutické vzorky) komplikuje diagnostiku a liečbu. Terapie vyvolávajú selekčný tlak, ktorý zvýhodňuje rezistentné subklony (sekundárne mutácie v cieľovom géne, bypass dráhy, fenotypové preprogramovanie).

Mutational signatures a etiologické stopy

Spektrá bázových substitúcií, indelov a prestavieb vytvárajú „podpisy“ spojené s konkrétnymi procesmi (UV, tabakový dym, APOBEC deaminázy, defekty MMR/HR). Analýza týchto podpisov pomáha spätne identifikovať etiologické faktory a zraniteľnosti nádoru.

Chronický zápal a tumorigenéza

Perzistentný zápal (napr. pri ulceróznej kolitíde, hepatitíde) generuje ROS/RNS, podporuje proliferáciu a angiogenézu a vytvára tolerogénne TME. Transkripčné osi NF-κB a STAT3 spájajú zápal so survival signálmi a imunitným únikom.

Prednádorové lézie a viacstupňová progresia

Karcinogenéza často prechádza štádiami: hyperplázia → dysplázia → in situ karcinóm → invazívny karcinóm → metastázy. Sekvenčné akumulovanie „driverov“ (napr. APC → KRAS → TP53 v kolorekte) predstavuje klasický model, no alternatívou môže byť aj „big bang“ s následnou neutralnou evolúciou.

Diagnostika: od histopatológie po genómiku

• Histológia a imunohistochémia: základný fenotyp, grading, biomarkery (ER/PR/HER2, PD-L1, Ki-67).
• Molekulárne testy: PCR/FISH pre špecifické rearranžmenty (napr. ALK), NGS panely (SNV/indely, CNV, fúzie), WES/WGS, transkriptomika.
• Biomarkery opráv: MSI testovanie, HRD skóre, metylačné panely.
• Tekutá biopsia: cirkulujúca nádorová DNA (ctDNA), CTC na monitorovanie minimálnej reziduálnej choroby a klonálnej dynamiky.

Terapeutické implikácie mechanizmov

• Cielené terapie: inhibítory tyrozínkináz (EGFR, ALK, ROS1), BRAF/MEK inhibítory, HER2 cielenie, KRAS G12C inhibítory; účinnosť závisí od prítomnosti konkrétnej „driver“ zmeny a rezistenčných obvodov.
• Inhibícia dráh prežitia: PI3K/AKT/mTOR, CDK4/6; kombinácie cielia redundanciu a adaptívne úniky.
• DNA-zacielené stratégie: PARP inhibítory pri HRD/BRCA, platina pri defektoch opráv; syntetická letalita využíva špecifické slabiny.
• Imunoterapia: checkpoint inhibítory (PD-1/PD-L1, CTLA-4) efektívne pri MSI-H, vysokom TMB alebo preformovanom imunitnom infiltráte; kombinácie s rádioterapiou či anti-angiogénmi modifikujú TME.
• Epigenetické lieky: DNA metyltransferázové a HDAC inhibítory pri vybraných hematologických malignitách a skúmané kombinácie v solidných nádoroch.
• Metabolické zásahy a anti-angiogénna liečba: cielenie mTOR, IDH mutácií, inhibítory VEGF/VEGFR na „normalizáciu“ ciev.

Mechanizmy liekovej rezistencie

• On-target mutácie: sekundárne zmeny v cieľovom proteíne bránia väzbe lieku (napr. EGFR T790M).
• Bypass signalizácia: aktivácia paralelných dráh (MET amplifikácia, MAPK reaktivácia).
• Fenotypový prechod a plasticita: EMT, prechod na kmeňový fenotyp, transdiferenciácia (napr. malobunkový fenotyp pri NSCLC po anti-EGFR).
• Farmakokinetické mechanizmy: efluxné pumpy (ABC transportéry), zmeny metabolizmu liečiv.
• Mikroprostredie: ochranné niky, hypoxia, acidóza, nábor supresívnych imunitných buniek.

Prevencia a interceptívne stratégie

• Primárna prevencia: zníženie expozície karcinogénom (nefajčenie, fotoprotekcia, vakcinácia proti HPV a HBV), kontrola zápalových stavov, zdravý životný štýl.
• Sekundárna prevencia: skríning (mamografia, kolonoskopie, cervikálny skríning), sledovanie predrakovinových lézií, chemoprevencia vo vybraných rizikových skupinách.
• Tercierna prevencia: monitorovanie minimálnej reziduálnej choroby, personalizované úpravy liečby podľa dynamiky klonov (ctDNA).

Modely karcinogenézy a experimentálne platformy

Myšie modely (GEMM), PDX, organoidy a 3D kultúry umožňujú testovanie génových interakcií, liekovej citlivosti a vplyvu TME. CRISPR/Cas9 urýchľuje funkčné validácie „driverov“ a syntetických letálnych párov.

Komplexný pohľad: „Hallmarks of cancer“ v kontexte

Moderné rámce zlučujú kľúčové fenotypy: udržateľná proliferácia, únik z rastových supresií, odolnosť voči bunkovej smrti, replikatívna nesmrteľnosť, indukcia angiogenézy, aktivovaná invázia/metastázy, deregulovaný metabolizmus, únik z imunitného dohľadu a umožňujúce charakteristiky (genomická nestabilita, zápal). Tieto znaky nevznikajú izolovane, ale ako výsledok prepojených genetických, epigenetických a ekologických zmien.

Rakovina ako evolučný systém

Rakovina je dynamický, evolučný systém, v ktorom klony súťažia o zdroje a adaptujú sa na terapeutické zásahy. Porozumenie mechanizmom vzniku a progresie – od pôvodu mutácií cez dráhy signalizácie, opravy DNA, imunitný dohľad až po interakcie s mikroprostredím – umožňuje presnejšiu diagnostiku, prognostiku a personalizované liečebné stratégie. Budúci pokrok bude stáť na integrovanej multi-omickej analýze, longitudinálnom monitorovaní a racionálnych kombináciách terapií, ktoré cielene zasiahnu zraniteľnosti nádoru a obmedzia jeho evolučnú plasticitu.