Protoonkogeni so normalni geni, ki lahko povzročijo raka, če so mutirani ali izraženi na nenormalno visokih ravneh. Gen je biološka enota, ki vsebuje dedne informacije v organizmu, ki so potrebne za proizvodnjo določenih beljakovin. Onkogen je gen, ki povzroča raka, tako da povzroči rast in razmnoževanje določenih celic z neomejeno hitrostjo. Normalne celice se sčasoma podvržejo apoptozi ali celični smrti, rakave celice pa ne; rastejo in se razmnožujejo, dokler organizem, ki jih vsebuje, ne umre. V mnogih primerih mora protoonkogen aktivirati nek okoljski dejavnik, preden dejansko lahko povzroči raka.
Protoonkogeni vsebujejo genetske informacije, ki se uporabljajo za proizvodnjo beljakovin, ki nadzorujejo in umirjajo celično rast in proliferacijo. Pogosto vsebujejo kodo, potrebno za signalne mehanizme, ki so odgovorni za delitev celic in za programirano celično smrt. Ta uredba je potrebna za zdravje in dejansko služi preprečevanju raka pri zdravih ljudeh. Ko pride do aktivacije z majhno modifikacijo teh genov, pa protoonkogeni prenehajo biti zdravi regulativni geni in namesto tega postanejo onkogeni, ki povzročajo tumor. Proteini in signalni mehanizmi, ki jih kodirajo, ne povzročajo več programirane celične smrti in pravilne celične delitve; namesto tega povzročajo celično nesmrtnost in nenadzorovano delitev.
Obstaja veliko različnih mehanizmov, s katerimi se lahko protoonkogeni aktivirajo in spremenijo v onkogene, ki tvorijo tumor. Preprosta mutacija na genu spremeni strukturo in delovanje proteinov, za katere je kodiran; to lahko povzroči raka. V nekaterih primerih sam gen ostane nespremenjen, vendar različni dejavniki, ki uravnavajo beljakovine, prenehajo pravilno delovati. Beljakovine, ki povzročajo delitev celic, na primer, bi lahko bile veliko bolj razširjene, kot naj bi bile, kar vodi v nenadzorovano delitev celic in nastanek tumorjev.
Drug mehanizem, ki lahko aktivira protoonkogene, je znan kot kromosomska translokacija. Kromosomske translokacije so genetske anomalije, pri katerih so različni deli genetskih informacij preurejeni. To lahko povzroči, da se nekatere vrste beljakovin aktivirajo v napačnih vrstah celic. Lahko povzroči tudi nastanek hibridnih beljakovin, kot so tisti, ki lahko vodijo do levkemije.
Protoonkogeni so pomembni za medicinske raziskovalce zaradi svoje vloge pri povzročanju raka. Raziskovalci poskušajo oblikovati zdravila, ki lahko specifično ciljajo na protoonkogene in beljakovine, ki jih proizvajajo. To počnejo z namenom, da popravijo nepravilnosti, zaradi katerih so se protoonkogeni aktivirali v onkogene, ki povzročajo raka. Prav tako lahko poskušajo zavirati beljakovine, ki jih proizvajajo geni.