Protoonkogeni su normalni geni koji mogu dovesti do raka ako su mutirani ili izraženi na abnormalno visokim razinama. Gen je biološka jedinica koja sadrži nasljedne informacije unutar organizma potrebne za proizvodnju određenih proteina. Onkogen je gen koji uzrokuje rak tako što uzrokuje rast i proliferaciju određenih stanica neumjerenom brzinom. Normalne stanice na kraju prolaze kroz apoptozu ili staničnu smrt, ali stanice raka ne; rastu i razmnožavaju se sve dok organizam koji ih sadrži ne umre. U mnogim slučajevima, protoonkogen mora biti aktiviran nekim okolišnim čimbenikom prije nego što može izazvati rak.
Protoonkogeni sadrže genetske informacije koje se koriste za proizvodnju proteina koji kontroliraju i umiruju stanični rast i proliferaciju. Često sadrže kod neophodan za signalne mehanizme odgovorne za diobu stanica i za programiranu staničnu smrt. Ovaj propis je nužan za zdravlje i zapravo služi za prevenciju raka kod zdravih ljudi. Međutim, nakon što dođe do aktivacije kroz neku malu modifikaciju ovih gena, protoonkogeni prestaju biti zdravi regulatorni geni i umjesto toga postaju onkogeni koji uzrokuju tumor. Proteini i signalni mehanizmi za koje oni kodiraju više ne uzrokuju programiranu staničnu smrt i ispravnu staničnu diobu; umjesto toga uzrokuju staničnu besmrtnost i nekontroliranu diobu.
Postoji mnogo različitih mehanizama putem kojih se protoonkogeni mogu aktivirati i pretvoriti u onkogene koji stvaraju tumor. Jednostavna mutacija na genu mijenja strukturu i funkciju proteina za koje je kodiran; ovo ima potencijal dovesti do raka. U nekim slučajevima sam gen ostaje nepromijenjen, ali razni čimbenici koji reguliraju proteine prestaju ispravno funkcionirati. Proteini koji uzrokuju diobu stanica, na primjer, mogli bi biti daleko rasprostranjeniji nego što bi trebali biti, što dovodi do nekontrolirane diobe stanica i stvaranja tumora.
Drugi mehanizam koji može aktivirati protoonkogene poznat je kao kromosomska translokacija. Kromosomske translokacije su genetske anomalije u kojima su različiti dijelovi genetskih informacija preuređeni. To može uzrokovati da određene vrste proteina postanu aktivne u pogrešnim vrstama stanica. Također može dovesti do stvaranja hibridnih proteina, poput onih koji mogu dovesti do leukemije.
Protoonkogeni su važni medicinskim istraživačima zbog svoje uloge u izazivanju raka. Istraživači pokušavaju dizajnirati lijekove koji mogu posebno ciljati na protoonkogene i proteine koje oni proizvode. Oni to čine s ciljem ispravljanja abnormalnosti koje su uzrokovale aktiviranje protoonkogena u onkogene koji uzrokuju rak. Oni također mogu pokušati inhibirati proteine koje proizvode geni.