Ung thư
Sinh bệnh học > Di truyền học

Về cơ bản, ung thư là một loại bệnh liên quan đến việc kiểm soát sự tăng sinh của mô. Để một tế bào bình thường chuyển dạng thành tế bào ung thư, các gen quy định sự phát triển và biệt hóa của tế bào phải bị biến đổi.
Các gen bị ảnh hưởng được chia thành hai nhóm lớn. Các gen sinh ung thư là gen thúc đẩy sự phát triển và nhân lên của tế bào. Các gen ức chế khối u là gen ức chế sự phân chia và tồn tại của tế bào. Sự chuyển dạng ác tính có thể đến từ việc hình thành các gen sinh ung thư mới, sự biểu hiện quá mức của các gen sinh ung thư bình thường, hoặc do sự biểu hiện thiếu hụt hoặc không biểu hiện của các gen ức chế khối u. Thông thường, cần có nhiều thay đổi trong nhiều gen để tế bào bình thường chuyển thành tế bào ung thư.
Sự thay đổi di truyền có thể xảy ra ở các mức độ khác nhau và theo các cơ chế khác nhau. Việc thêm hoặc mất toàn bộ nhiễm sắc thể có thể xuất hiện thông qua các sai sót trong nguyên phân. Loại thay đổi phổ biến hơn là các đột biến, tức những thay đổi trong trình tự nucleotide của phân tử DNA trong bộ gen.
Đột biến quy mô lớn liên quan đến việc mất hoặc thêm một phần của nhiễm sắc thể. Sự lặp gen xảy ra khi một tế bào có thêm các bản sao (thường là 20 hoặc nhiều hơn) của một locus nhiễm sắc thể nhỏ, thường chứa một hoặc nhiều gen sinh ung thư cũng như các vật liệu di truyền liền kề. Chuyển đoạn xảy ra khi hai vùng nhiễm sắc thể riêng biệt dung hợp với nhau theo một cách bất thường, thường ở một số vị trí đặc trưng. Một ví dụ nổi tiếng về chuyển đoạn gây ung thư là nhiễm sắc thể Philadelphia, xuất hiện từ đột biến chuyển đoạn của nhiễm sắc thể 9 và 22, có mặt trong bệnh bạch cầu myeloid mãn tính. Nguyên nhân là do sự chuyển đoạn bất thường này đã tạo nên protein dung hợp BCR-abl, một tyrosine kinase gây ung thư.
Đột biến quy mô nhỏ thường gồm các đột biến điểm, mất hoặc thêm một số đoạn nhỏ. Đột biến có thể xảy ra tại vùng khởi động (promoter) và làm ảnh hưởng đến sự biểu hiện của gen hoặc có thể xảy ra trong vùng mã hóa của gen và làm thay đổi chức năng hoặc tính ổn định của sản phẩm protein. Một gen cũng có thể bị gián đoạn khi bị vật liệu di truyền của virus DNA hoặc retrovirus xen cài vào giữa, điều này làm cho gen sinh ung thư của virus có thể được biểu hiện trong tế bào bị ảnh hưởng cũng như các tế bào thế hệ sau của nó.
Việc sao chép dữ liệu chứa trong DNA của các tế bào sống luôn có xác suất để tạo nên những sai khác hay đột biến. Tuy nhiên, tế bào cũng sẵn có những hệ thống phức tạp nhằm phòng tránh cũng như sửa chữa những lỗi sai này, giúp bảo vệ tế bào trước nguy cơ trở thành ung thư. Nếu một sai hỏng nghiêm trọng xảy ra, tế bào bị tổn thương có thể tự hủy thông qua quá trình chết rụng tế bào, hay còn gọi là "quá trình chết theo chương trình". Nếu sai hỏng có thể vượt qua được hệ thống kiểm soát này, chúng sẽ tồn tại và được truyền lại sang các tế bào con.
Một số môi trường làm cho đột biến dễ phát sinh và lan truyền hơn. Một số ví dụ có thể kể đến như sự hiện diện của các tác nhân gây ung thư, chấn thương cơ thể lặp đi lặp lại, nhiệt, bức xạ ion hóa hoặc tình trạng thiếu oxy.
Các sai hỏng dẫn đến ung thư thường có khả năng tự khuếch đại và cộng gộp với nhau, chẳng hạn như:
Đột biến ở hệ thống kiểm soát lỗi của tế bào có thể khiến chính nó và những đời con của nó tích lũy thêm nhiều đột biến khác.
Một đột biến nữa ở gen sinh ung thư có thể khiến tế bào tăng sinh với tốc độ và tần suất lớn hơn so với các tế bào cùng nhóm bình thường.
Một đột biến sau đó có thể làm bất hoạt gen ức chế khối u, khiến quá trình chết theo chương trình không thể thực hiện được và làm tế bào trở nên bất tử.
Một đột biến tiếp đó trong bộ máy truyền tín hiệu của tế bào có thể gửi tín hiệu gây lỗi đến các tế bào lân cận.
Sự biến đổi từ tế bào bình thường thành tế bào ung thư giống như một phản ứng dây chuyền được châm ngòi bởi những sai hỏng ban đầu, những sai hỏng này lại tiếp tục là nguyên nhân dẫn đến những đột biến ngày càng nghiêm trọng hơn, từng bước cho phép tế bào thoát khỏi các chốt kiểm soát đang duy trì phát triển bình thường của mô. Kịch bản này là một dạng chọn lọc tự nhiên mà ta không hề mong muốn vì các tế bào có cơ hội được giữ lại cao hơn là các tế bào càng có khả năng tăng sinh nhiều, hay nói cách khác, càng giống ung thư. Một khi ung thư bắt đầu phát triển, quá trình liên tục này, được gọi là tiến hóa dòng, đẩy ung thư nhanh đến các giai đoạn xâm lấn hơn. Sự tiến hóa dòng dẫn đến sự không đồng nhất về mặt di truyền của các tế bào trong khối u (các tế bào khác nhau có các kiểu đột biến khác nhau, không đồng nhất, ngay cả là trong cùng một khối u) gây khó khăn cho việc thiết kế các chiến lược điều trị hiệu quả.
Có một số các đặc điểm là điển hình của tế bào ung thư được chia thành các nhóm chính như sau: trốn tránh chết rụng tế bào, tự cung cấp tín hiệu tăng trưởng, không nhạy cảm với tín hiệu ức chế sinh trưởng, hình thành các mạch máu bền vững, có khả năng nhân lên vô hạn, di căn, tái lập trình bộ máy trao đổi chất và lách khỏi sự tấn công đến từ hệ miễn dịch.