Афина Актипис - Клетка-предатель. Откуда взялся рак и почему его так трудно вылечить

Контроль клеточной пролиферации — важнейшая составляющая многоклеточного сотрудничества. Она обеспечивает организму стабильность и защиту от рака. Быстрая пролиферация клеток — один из ключевых отличительных признаков рака. Хроническому миелоидному лейкозу зачастую сопутствует мутация под названием «транслокация», которая «переписывает» свод правил поведения клеток, перенося участок одной хромосомы на другую. В результате образуется гибридный ген BCR-ABL, в котором промотор (участок гена, ответственный за его «включение») гена BCR соединяется с геном ABL (отвечающим за пролиферацию клеток иммунной системы). В результате этого слияния клетка считывает с полученной генетической последовательности инструкцию к продолжению пролиферации. Клетки, несущие данное изменение, продолжают делиться, когда обычные клетки этого не делают, и из-за мутации они не подчиняются тем же правилам, что и нормальные клетки. Как результат, они оставляют после себя больше клеток-потомков.

Рак также может развиваться и в результате мутаций, которые повреждают гены, регулирующие клеточную смерть, как TP53 — ген-супрессор опухолей, который я буду использовать в качестве примера на протяжении всей этой книги. Он помогает защищать многоклеточные организмы от поврежденных клеток, провоцируя их гибель, если поврежденная ДНК не может быть восстановлена. Если мутации затрагивают сам ген TP53, клетки продолжают жить и делиться, как бы сильно их ДНК ни была повреждена. Таким образом, повреждение TP53 и других регулирующих клеточную гибель генов может дать клеткам эволюционное преимущество: клетки, которым удается избежать смерти, оставляют после себя больше потомков, чем те, что строго соблюдают установленные правила и погибают, если начинают представлять угрозу жизнеспособности всего организма.

СБОИ МЕХАНИЗМОВ ПОДАВЛЕНИЯ ПРОЛИФЕРАЦИИ КЛЕТОК И КОНТРОЛИРУЕМОЙ КЛЕТОЧНОЙ СМЕРТИ — ЭТО ВСЕГО ЛИШЬ ДВА ПРИМЕРА ПОВРЕЖДЕНИЯ СВОДА ПРАВИЛ МНОГОКЛЕТОЧНОГО СОТРУДНИЧЕСТВА, КОТОРОЕ МОЖЕТ ПРИВЕСТИ К РАКУ.

Повреждения других элементов этого свода правил — например, генов, регулирующих использование ресурсов, разделение труда и уход за внеклеточной средой, — также могут способствовать развитию рака. Как правило, у раковых клеток имеются мутации в генах, регулирующих использование ресурсов, — а именно мутации метаболических путей [7] Метаболический путь — серия взаимосвязанных между собой химических реакций, протекающих в клетке. , — что позволяет им потреблять гораздо больше запасов, чем это делают обычные клетки, соблюдающие установленные правила. Нарушение обычного разделения труда между клетками также может быть благоприятным фактором развития рака: отсутствие нормальной дифференцировки клеток либо их дедифференцировка (другими словами, возвращение к состоянию как у стволовых клеток, которые могут стать клеткой любого типа) может привести к изменению нормальной структуры тканей и нарушению работы целых органов и систем. Кроме того, клетки, не выполняющие свои функции, тратят меньше энергии, благодаря чему могут расходовать больше ресурсов на свою пролиферацию и другие задачи, угрожающие жизнеспособности многоклеточного организма. Наконец, раковые клетки могут никак не заботиться о внутренней среде организма и даже активно ее разрушать, например выделяя молочную кислоту. Молочная кислота способна разрушать внеклеточную матрикс [8] Внеклеточные структуры ткани, составляющие ее основу и обеспечивающие механическую поддержку клеток и транспорт химических веществ. , а вместе с ней и структуру тканей, тем самым позволяя раковым клеткам проникать в соседние ткани.

Одной из причин такой сложной эволюции рака является то, что естественный отбор протекает сразу на двух пространственно-временных уровнях: среди клеток внутри организма в течение его относительно непродолжительной жизни и среди всех организмов на протяжении очень длительного периода их эволюции. Раковые клетки эволюционируют внутри организма, однако организмы, лучше справляющиеся с подавлением рака — с помощью систем эффективного обнаружения и ликвидации недобросовестных клеток, — чаще выживают и оставляют больше потомства. Таким образом, для понимания загадочной природы рака необходимо иметь четкое представление о многоуровневом отборе.

Чтобы понять, как такой многоуровневый отбор отражается на сотрудничестве и недобросовестном поведении, давайте рассмотрим классический пример социальной дилеммы. Социальной дилеммой называют ситуацию, в которой стратегия, оптимальная для индивида, отличается от стратегии, оптимальной для всей группы в целом. Аналогичное явление наблюдается и в случае рака: то, что оптимально для отдельных клеток (недобросовестное поведение в многоклеточном сообществе), отличается от оптимальной стратегии с точки зрения всего организма в целом (соблюдения правил многоклеточного сотрудничества).