Рак возникает из-за мутаций, вызывающих бесконтрольное деление клеток. Долгое время считалось, что мутации случайным образом накапливаются в клеточной ДНК, «одаряя» раковые клетки разными свойствами, например устойчивостью к лекарствам. Однако опухоль живёт не сама по себе, она находится в организме рядом с множеством клеток и тканей. Можно сказать, что у неё есть определённое окружение, с которым она делит питательные вещества и жизненное пространство. Взаимоотношения между раковыми клетками и их соседями напоминают отношения между живыми организмами в экосистемах. Так нельзя ли применить к развивающейся опухоли те же эволюционные законы, которые мы обычно обнаруживаем в популяциях животных, растений, бактерий?
Одни животные, например слоны, делают ставку на большую продолжительность жизни, но оставляют мало потомства. У других, к примеру у кроликов, популяция выживает благодаря многочисленному потомству, но отдельная особь живёт недолго. Совместить же долгожительство и высокую плодовитость по разным причинам невозможно. Точно так же могут вести себя и злокачественные клетки: либо бросить все силы на сопротивление атакам извне со стороны защитных систем организма, либо смириться с высокой смертностью, противопоставив ей огромную скорость размножения. Но тогда и мутации, которые, как считалось, накапливаются случайно, будут подвергаться отбору: в клетках останутся только те модификации генома, которые соответствуют тому или другому эволюционному пути. И что самое главное, оптимальная эволюционная стратегия может меняться в зависимости от внешних и внутренних факторов.
На фото: Структура опухоли заметно отличается от структуры здоровых тканей. Нормальные структуры молочной железы (А) характеризуются однослойным железистым эпителием и интактной базальной мембраной. В растущей опухоли молочной железы (Б) видны многослойный железистый эпителий и фрагменты базальной мембраны с изменённой структурой. Клетки железистого эпителия помечены флуоресцентными красителями, конъюгированными с антителами к кератину 8 (зелёный) и белку базальных мембран ламинину (красный).
Чтобы проверить это предположение, Роберт Гатнби (Robert A. Gatenby) и его коллеги из Онкоцентра им. X. Ли Моффита (США) создали компьютерную модель, в которой можно отслеживать судьбу мутаций в раковых клетках. Действительно, оказалось, что частота различных дефектов в ДНК не случайна, а зависит от того, что тот или иной дефект даёт клетке, повышает ли он её шансы выжить самой либо дать потомство. Обычно «раковые» мутации делят на две группы: мутации-драйверы (или, если угодно, ведущие мутации), которые помогают опухоли расти, и мутации-«пассажиры», которые никакого эффекта на рост не оказывают и просто так переходят из поколения в поколение. Влияние тех и других на развитие опухоли зависит от конкретных условий внешней среды: кровоснабжения, конкуренции с другими клетками и т. д. Кроме того, роль мутации может меняться: мутация-драйвер может становиться «пассажиром» и наоборот.
Поскольку мутации-драйверы помогают опухоли расти, то и новые способы лечения разрабатываются против них. Новое лекарство может быть очень эффективным, может уничтожить множество раковых клеток и сильно уменьшить размер опухоли, однако в результате эволюционное преимущество получают те злокачественные клетки, у которых не было этого конкретного драйвера и которые, следовательно, оказались устойчивы к терапии — в таком случае мутацией-драйвером может стать бывший «пассажир».
Кстати говоря, два года назад Роберт Гатнби вместе с сотрудниками уже обсуждали проблему лекарственной устойчивости опухолей в свете эволюционного подхода. В статье в «Nature Reviews Cancer» авторы работы уподобляли химиотерапию селекции: подобно тому, как человек старается отобрать самые холодоустойчивые сорта пшеницы, в случае с раком он, сам того не желая, отбирает те клетки, которые устойчивы к лекарству. То есть устойчивость к терапии у раковых клеток неизбежно будет возникать, по крайней мере, до тех пор, пока мы при разработке новых лекарств будем исходить из текущего состояния опухоли, вместо того чтобы попытаться сыграть на опережение. Опухоль, как и всякая популяция, приспосабливается к текущим условиям, но она не в силах предсказать, как именно они будут меняться. Грубо говоря, от врачей требуется «удивить» опухоль так, чтобы она не смогла прийти в себя, — примерно так, как в своё время «удивились» динозавры перед тем как вымереть.
В работе, опубликованной в «Nature Communications», Гатнби вместе с коллегами обобщают свои предположения на основе новых результатов. Разработанная эволюционно-компьютерная модель позволила не только увидеть динамику разных типов мутаций в раковых клетках, но и вычислить гены, которые у них никогда не мутируют. Изменения в таких генах идут опухоли во вред, ослабляя способность раковых клеток к делению или просто убивая их. Подобные мутации вычищаются естественным отбором из злокачественно-клеточной популяции.
Но противораковые гены, как было сказано, нашли с помощью компьютерного моделирования. А есть ли они в действительности? Оказывается, есть: поиск по медицинским базам данных, в которых собрана информация о различных видах рака, выявил около 1100 человеческих генов, в которых у раковых клеткок никогда не бывает мутаций. Возможно, такие гены могли бы стать «точкой опоры» при разработке терапии нового поколения: целенаправленно внося изменения в их ДНК, можно было бы справиться с любыми видами злокачественных опухолей.
Напоследок стоит сказать, что специалисты из Онкоцентра им. X. Ли Моффита не единственные, кто разрабатывает эволюционный подход относительно рака. Например, несколько лет назад Пол Дэвис (P. Davies) из Аризонского государственного университета (г. Темп) и его коллега из Австралийского национального университета описали в «Physical Biology» своеобразную эволюционную модель устройства рака, в которой опухоль рассматривалась как единый многоклеточный организм, существующий внутри нас в роли атавизма, тяжёлого наследия эволюционного прошлого. Так можно было объяснить некоторые особенности её жизнедеятельности, например формирование в толще злокачественного образования сети кровеносных сосудов для лучшего снабжения питательными веществами. Правда, выводы из этой модели в целом были более оптимистичными: из неё, в частности, следовало, что способность опухолей противостоять медикаментозному лечению рано или поздно должна сойти на нет.
http://www.nkj.ru/archive/articles/25792/
