Первая клетка. И чего стоит борьба с раком до последнего - Азра Раза

Здесь важную роль играют большие размеры тела, поскольку они способствуют хорошей физической форме и обеспечивают долгую жизнь, так как оберегают от хищников. В царстве животных одиннадцать отрядов плацентарных млекопитающих, и у десяти из них крупные тела, а также множество разных способов уберечься от рака. Один из механизмов, недавно открытый, состоит в том, что у слонов двадцать копий p53. Подобно тому как протоонкогены могут стать онкогенами, если их копий станет больше, повышение количества копий p53 может предотвратить рак полностью. Это открытие вызвало много волнений: может, пустить слонов в нашу посудную лавку и начать последнюю главу саги о раке с того, чтобы ввести в свои собственные геномы много копий p53? Такой избыток означал бы, что у нас стало бы больше транскриптов и, следовательно, больше защиты на случай, если какая-то копия гена выйдет из строя из-за случайных мутаций. Когда ученые попытались воплотить эту идею в лаборатории, у них получились мыши с гиперактивным p53 в клетках. Если этих мышей подвергали воздействию факторов, повреждающих ДНК, которые обычно вызывали злокачественные новообразования, рака у них не возникало. Открытие стало настоящей сенсацией. Увы, обратная сторона медали вызвала уже меньше восторга. Мыши с гиперактивным p53 стремительно старели, уже через несколько месяцев выглядели совсем дряхлыми, а продолжительность жизни у них сократилась на 30 %. Оказалось, что механизм такого стремительного старения – стимуляция гормона, отвечающего за размножение клеток, так называемого инсулин-подобного фактора роста I, ИПФР-I, который, в свою очередь, контролируется геном p53. Усиление сигнала ИПФР-I означало, что клетки быстрее стареют. А массированное старение клеток, как мы уже знаем, тесно связано со старением организма в целом. Короче говоря, если гена p53 нет, клетка становится раковой, если ген p53 слишком активен, клетка стареет и умирает раньше срока.

На этом история не кончается, и сагу ждет очередной примечательный поворот сюжета: у гена p53 есть свой сдерживающий фактор, свой контролер – так называемый Mdm2. Как только p53 включается, он активирует Mdm2, чтобы обеспечить их одновременный расход и тем самым не допустить своего накопления и гиперактивности. Логично предположить, что искусственное подавление активности Mdm2, в свою очередь, должно усилить активность p53. Чтобы изучить этот эффект, были созданы мыши с отключенным геном Mdm2, у которых этот сдерживающий фактор отсутствовал. Когда этим мышам ввели лекарство, стимулирующее p53, результаты оказались, прямо скажем, катастрофическими. Мыши, в сущности, таяли из-за массированного неконтролируемого самоубийства клеток по всему организму. Обо всех непредвиденных последствиях вмешательства в ген p53 блестяще рассказано в увлекательной книге Сью Армстронг “P53: ген, взломавший код рака” (P53: The Gene That Cracked the Cancer Code).

Однако сюжет с p53 оказался еще сложнее: в 2002 году другая группа ученых сообщила, что ей удалось вывести поколение мышей с дополнительными копиями p53. Эти “супер-p53-мыши” были защищены от рака и не старели прежде времени, что, вероятно, отражало тот факт, что ген p53 у них нормально регулировался.

Но если речь идет о раке у крупных животных, дело не только в p53. Киты не болеют раком, но, в отличие от слонов, не обладают лишними копиями гена-онкосупрессора p53 – даже гигантский гренландский кит, живущий более двухсот лет. Чтобы предотвратить рак у крупных животных, можно, в частности, замедлить метаболизм и снизить выработку активных форм кислорода, повреждающих ДНК. Другой механизм, наблюдаемый у голых землекопов, – это активация другого сигнального пути, подавляющего рост опухоли, через гиалуроновую кислоту.

Все это мало говорит нам о том, как предотвращать рак у людей. Однако сравнительные биологические исследования, несомненно, вносят огромный вклад в корпус знаний, которые рано или поздно окажутся невероятно полезными для всех живых существ на планете, и такие исследования необходимо продолжать.

Берт Фогельштейн и Кристиан Томазетти провели статистический анализ, который показал, что, как бы ни действовала мутация – запускала активность онкогенов или меняла функцию генов-супрессоров, – число делений у стволовых клеток органа показывает, насколько этот орган подвержен раку. При исследовании 32 разных типов рака оказалось, что 66 % мутаций, запускающих злокачественный процесс, так называемых мутаций-основательниц, вызваны ошибками при репликации ДНК.

Исследования рабочей группы Фогельштейна по колоректальному раку также показали, с какой частотой возникают разные мутации и какие из них могут столкнуть клетку в раковое состояние. Колоректальный рак развивается медленно, проходит три отдельные фазы зарождения, разрастания и метастазирования и зачастую достигает полномасштабной формы, которую мы наблюдаем в запущенных случаях, за двадцать-тридцать лет. Чаще всего клетка становится бессмертной, получив соматические мутации в ДНК. Такие мутации могут быть и наследственными, а могут вызываться факторами окружающей среды (примерно как мутации, вызванные бензолом, которые ведут к вторичным МДС и ОМЛ). Однако подавляющее большинство мутаций ДНК возникают из-за внутренних процессов в клетке. При каждой репликации ДНК происходит в среднем три ошибки. Кроме того, мутации возникают из-за квантовых эффектов при создании пар оснований между двумя цепями ДНК в хромосоме, из-за ошибок, вызванных ДНК-полимеразой, ферментом, который обеспечивает молекулам ДНК возможность копироваться, из-за метаболических повреждений ДНК активными формами кислорода, из-за гидролитического дезаминирования, которое приводит к нарушениям оснований ДНК. Все это вносит существенный вклад в повреждение ДНК. Обычно достаточно одной или всего нескольких драйверных мутаций в жизненно важных генах, чтобы столкнуть клетку в злокачественное состояние. Существует приблизительно 140 так называемых драйверных генов, ответственных за раковый фенотип, которые затрагивают лишь около десятка важнейших сигнальных путей, задействованных при размножении, дифференцировке и нормальном функционировании клетки. Из них около 90 % составляют гены, определяющие судьбу и выживание клетки, а 5–10 % контролируют темп мутаций во всех генах. Самые известные из последней группы – гены BRCA1 и BRCA2, наследственная мутация которых приводит к резкому повышению риска разных видов рака, особенно молочной железы и яичников.

Может показаться, что подобные драйверные мутации – очевидная мишень для таргетной терапии, и так и есть у детей, поскольку злокачественные клетки при раке у детей избавлены от “мутаций-пассажиров”, которые клетки накапливают с течением десятилетий. В целом у раковых клеток одна-две мутации-основательницы, но они порождают огромное множество дочерних клеток, у каждой из которых свой набор мутаций-пассажиров. Мутация-пассажир не затрагивает непосредственно функцию пролиферации клеток, но может воздействовать на распространение клонов, если проедет, так сказать, автостопом вместе с мутацией-основательницей. Рак по мере роста эволюционирует, постоянно добирает дополнительные мутации, обретает генетическое разнообразие, и таким образом создается экосистема клонов-носителей первоначальной мутации-основательницы и целого ряда дополнительных мутаций-пассажиров. Распространение клона зависит от пригодности ландшафта, складывающегося из генетической архитектуры клона и микроокружения. Первичная опухоль в желудке имеет дело с совсем иной почвой, нежели одна из ее дочерних клеток, поселившаяся в печени в виде метастаза. Мутации-основательницы у клонов клеток,