Статьи 2013 года. Первопричина рака -эволюция?

 

"Наука в Сибири".  N 49 (2934) 12 декабря 2013 г.

ПЕРВОПРИЧИНА РАКА — ЭВОЛЮЦИЯ?

Возможно, рак — это старая эволюционная программа, когда организмы размножались бесполым и половым путем и обладали пренебрежимым старением, то есть жили достаточно долго — сотни или тысячи лет.

Иллюстрация

Как, например, шестилучевая губка Scolymastra joubini, доживающая до 10 тысяч лет. Таково мнение доктора биологических наук Николая Николаевича Колесникова из Института молекулярной и клеточной биологии СО РАН.

Один из важнейших этапов развития жизни на Земле — переход от одноклеточных организмов к многоклеточным. Первоначально они возникли как фрактальные структуры, когда форма целого повторяет форму частей, которые потом начинают дифференцироваться и обретать специализацию. Самый простой пример — океанические губки. У них всего 5–6 типов клеток, которые весьма универсальны. Когда им нужно размножение, то одна из амебоидных клеток становится половой и начинает скрещиваться.

Что дала многоклеточность живому миру кроме специализации? Относительно короткую продолжительность жизни, старение и апоптоз (клеточную смерть). И ещё многоклеточность породила такое явление, как рак, когда клетки не хотят умирать, стремятся преодолеть запрет и приобрести бессмертие.

Чтобы понять природу раковой клетки, мы должны оглянуться примерно на 600 миллионов лет назад, когда из одноклеточных организмов, царивших на Земле, возникли многоклеточные. Посмотрим сначала на нормальный процесс деления и отмирания клеток. Когда они миллионы лет тому назад начали жить сообща и специализироваться (в первую очередь на соматические и генеративные), то возникла необходимость контроля и регуляции клеточного цикла, ограничения роста. Мощным барьером на пути бесконтрольного размножения стала программируемая клеточная смерть — апоптоз.

Но причём здесь рак? Сегодня принято считать, что рак — это генетическое заболевание, связанное с безудержным ростом клеток, сумевших выйти из-под контроля и нарушить законы сообщества. Генетическое — поскольку в основе всех нарушений лежит изменение последовательности ДНК. Оно может быть наследственным, если мутации возникают в генеративных клетках, то есть первоначально приобретенным под воздействием тех же канцерогенов и затем передающимся потомству. А второй вариант — это соматические мутации, дестабилизирующие геном, это деформация, происходящая в течение жизни одного индивида. У человека около 250 типов клеток и примерно столько же выявленных типов онкологических заболеваний.

Новые молекулярные технологии позволяют сравнивать геномы клеток разных типов опухолей. В ДНК есть и онкогены, стимулирующие неконтролируемый рост, и, напротив, тумор-супрессоры, которые его подавляют. Происходит мутация, и баланс между ними нарушается. Такое может произойти в случае соматического толчка, когда человек попадает в неблагоприятную среду (например, в зону радиоактивного заражения).

Но мутация, подавляющая апоптоз, возможна и в наследственном варианте. Поэтому согласно жуткой, но неумолимой статистике во всем мире и в России каждый второй мужчина и каждая третья женщина, двигаясь по жизненному пути, должны столкнуться с раком. Хотя картина заболеваемости коррелирует с возрастом: для каждого из них есть особые риски.

В самом преклонном возрасте людям угрожает уже не онкология, а остеопороз и связанные с ним травмы, а также всевозможные инфекции, поскольку к старости ослабевает иммунная система. Но это значит, увы, лишь то, что рак скосил свои жертвы на более ранних этапах жизни. Хотя и долгожители могут не избежать этой печальной встречи. Так, некая Андел-Шиппер прожила 115 лет, в 100 лет перенесла рак молочной железы, а скончалась в итоге от рака желудка. Будем помнить, что злокачественные опухоли не фатальны: на первых стадиях заболевания от них можно избавиться. Сегодня прогрессирует малоинвазивная хирургия, что позволяет удалять почти микроскопические опухоли сразу после обнаружения, не ожидая, какими они станут: доброкачественными или раковыми.

Вернемся к эволюционной гипотезе бесконтрольного деления клеток как причины возникновения онкозаболеваний. Что нам это даёт? Для начала — понимание их природы как естественного стохастического процесса, ведь клеточные мутации случаются в организме регулярно, просто далеко не все приносят нам вред, а некоторые просто незаметны. Далее, важно разобраться с тем, какие именно гены и при каких обстоятельствах срабатывают как «выключатели апоптоза» и подавляют при этом тумор-супрессоры.

Все мутации, происходящие в процессе онкогенеза, уже подверглись скринингу. Меня потрясли работы американских учёных, которые это проделали: нашли более полутора тысяч генов, которые изменяются в опухолях! Но ещё более ошеломил тот факт, что буквально 99 % из этих мутаций не являются ключевыми, а «пусковых» оказалось всего около сотни. Американцы условно обозначили их как «drivers» и «passengers». Мутации в генах-пассажирах могут сопутствовать, но сами по себе не приводят к бесконтрольному делению. А вот «водители» представляют реальную, почти гарантированную, угрозу. Без них всё проистекает нормально: другие гены регулируют размножение, пролиферацию (распространение) и отмирание клеток. «Водители» же нарушают баланс этого процесса, причем бурно размножаться начинают клетки, получившие некоторые селективные преимущества.

Быть может, это похоже на триллер вроде фильма «Чужие», но генная мутация, включающая бесконтрольное деление клеток, для меня выглядит как попытка новой эволюции внутри сформировавшегося организма. Трансформация генов делает с клетками то, что происходило с ними миллионы лет тому назад в толщах океана, но с фантастической скоростью! Создаются клеточные сообщества, они агрессивно растут, подавляют конкурентов, распространяются в пространстве, образуя метастазы... Которые, в свою очередь, идут по тому же пути, словно желая занять собой весь организм... Это хорошо видно на примере распространения раковых клеток в лёгочной ткани. У таких образований наблюдаются зачатки и сосудистой, и даже нервной системы.

Интересно, что эти процессы происходят у птиц, даже у дрозофил. Видимо, ни один многоклеточный вид от этого не застрахован. Точнее, вид, который размножается половым путем. И ещё одно важное замечание. Каждый наш орган имеет свой эволюционный возраст. Один из самых древних — щитовидная железа, а вот молочная железа появилась 100 миллионов лет назад, головному мозгу в современном виде не более миллиона лет. То есть разные линии эволюции имеют различную степень, если так можно выразиться, доработанности. И раковые клетки, получив генный сигнал, стремятся как бы довести эволюцию до конца, создать новый завершённый организм в пределах живущего организма-носителя... и за его счёт, так уж получается.

Если взять геном сформировавшейся раковой клетки и поместить его в ядро другой клетки, то она будет прогрессировать до стадии бластоцисты (ранней стадии развития зародыша): такие фантастические эксперименты за рубежом уже проводились. Выходит, что раковая клетка не такая уж и «безмозглая», она будто бы действует по заданной программе, но в том и отличие программы от сознания, что невозможно понимание зависимости формируемого нового организма от организма-носителя, вместе с гибелью которого умрет и новообразование.

Сегодня развитию злокачественных клеток противостоят прежде всего хирургия и терапия, химическая и радиационная. На практике наиболее эффективно раннее распознавание злокачественного образования и его гарантированно чистое удаление, хотя, как вы понимаете, достаточно оставить в организме одну клетку, как процесс может стартовать снова. А радио- и химиотерапия, подавляя одни клетки, способны вызывать мутации других, это уже доказано.

В принципе, в том, что при жизни организма в нём идут эволюционные процессы и накопление мутаций, нет ничего особо революционного. Есть факторы, которые этому способствуют и противостоят, от этого баланса зависит очень многое, в том числе предрасположенность к онкозаболеваниям. Велик соблазн найти единый «выключатель» этого процесса, то есть уже не нейтрализатор по конкретному типу мутации и диагноза, а что-то вроде общего рубильника. И путь к нему лежит через знание генов-драйверов, а также микроРНК (см. НВС № 44 от 07.11.2013 г.), которые задействованы в этом процессе.

Вопрос в том, за какое время и какими силами учёные найдут этот геномный «рубильник»... Или же убедятся в том, что это невозможно, и для отключения внутренней эволюции следует нажимать на десятки, а то и на сотни «кнопок».

Реалистичным выглядит такой вариант, к которому уже приближается медицинская практика: пациент проходит геномное секвенирование, и у него выявляется яркая предрасположенность к определенному типу онкозаболевания — например, к раку лёгких. Вот тогда и можно было бы, в идеале, «нажать на кнопку». Но эта картина верна лишь для наследственных заболеваний, когда мутация сформировалась у предков нашего пациента и передается из поколения в поколение.

Сложнее дело обстоит с соматическими мутациями, происходящими в течение жизни одного организма. Мы понятия не имеем, когда и в каких клетках они произойдут. Но и здесь есть выход: обнаружение на ранней стадии, чистая и надёжная операция. А затем секвенирование генома, выявление точного типа заболевания и после этого — «кнопочное» генное вмешательство, чтобы обезопасить организм на будущее. Тогда наш пациент вернется к здоровому образу жизни, проживёт ещё много-много лет и умрёт от гриппа.

Подготовил Андрей Соболевский,
ЦОС СО РАН
Фото В. Новикова