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

Нечто подобное происходит и с полезными микробами в организме: некоторые из них занимают определенные экологические ниши внутри и снаружи нашего тела, тем самым вытесняя оттуда болезнетворные микроорганизмы.

Другими важными действующими лицами злокачественной драмы являются гены внутри клеток — в частности, эгоистичные генетические элементы, такие как транспозоны. На протяжении всей книги в качестве основных единиц естественного отбора, происходящего внутри многоклеточного организма в течение его жизни, я рассматривала прежде всего отдельные клетки. Ранее в этой главе я упоминала, что иногда отбор может происходить на уровне целых колоний раковых клеток. Теперь же давайте пойдем в другую сторону и разберем, как естественному отбору могут быть подвержены отдельные гены, и какую роль они могут играть в эволюции рака.

В четвертой главе мы узнали, как различные интересы отца и матери могут проявляться через эпигенетические процессы: экспрессия отцовских генов способствует росту, а экспрессия материнских его сдерживает. Этот внутригеномный конфликт может оказывать влияние на риск развития рака, однако другие подобные конфликты внутри генома могут действовать иначе.

Если рассматривать более общий случай, гены водного организма иногда могут преследовать противоположные цели, способствуя своей собственной репликации за счет клетки или меняя уровень экспрессии генов в клетке таким образом, чтобы улучшить свою приспособленность. Подобно тому как организмы при переходе к многоклеточной жизни обзавелись в результате эволюции механизмами сдерживания недобросовестных клеток, в геноме появились механизмы сдерживания недобросовестного поведения уже на уровне генов, когда состоялся переход от свободного самовоспроизведения одной молекулы ДНК к ее скоординированной репликации в составе поделенного на хромосомы генома. Это был один из важнейших переходов в эволюции жизни на Земле — он сделал возможным появление сотрудничества и координации между генами в рамках генома, что, в свою очередь, сделало возможным развитие у клеток сложного поведения, невозможного со свободноплавающими фрагментами ДНК.

Между тем данное сотрудничество на уровне генома никоим образом не идеально. Даже в нормальной клетке фрагменты ДНК могут вставляться и вырезаться из генома. Некоторые и вовсе способны к самостоятельной репликации, не дожидаясь, когда будет скопирован весь геном целиком. Более того, существуют транспозоны — мобильные генетические элементы, которые могут копировать себя и перемещаться по геному, вставляя в его новые участки эти копии (транспозоны копируют себя напрямую, после чего вставляют свои копии обратно в геном; ретротранспозоны сначала записываются в РНК, и уже оттуда переносятся обратно в ДНК). По словам эволюционных биологов Джонатана Фезерстона и Пьерра Дюрана, подвижные генетические элементы «являются функциональными аналогами предполагаемых древних репликаторов, которые сотрудничали для формирования примитивных геномов, кодирующих белки», и, следовательно, их копирование в обход клеточных ограничений по сути является проявлением «недобросовестного поведения» в процессе репликации ДНК на клеточном уровне. Они представляют собой регресс к образу жизни, существовавшему до появления генома, равно как и раковые клетки можно назвать регрессом к одноклеточному образу жизни.

Транспозоны и ретротранспозоны составляют огромную часть — почти половину — нашего генома. Как они здесь очутились? Главная причина заключается в том, что они достигли совершенства в самовоспроизведении. Наш геном в ходе своей эволюции «научился» держать эти подвижные элементы под контролем, отчасти за счет все тех же эпигенетических механизмов, что отключают гены — это дает геному не потерять своего функционала, поскольку такие эгоистичные фрагменты ДНК изо всех сил стараются сделать как можно больше своих копий. Неудивительно, что нарушения эпигенетических процессов, наблюдаемые в геномах раковых клеток, приводят к нарушению нормального контроля этих транспозонов, что может приводить к еще большим изменениям генома по мере их бесконтрольного распространению по геному раковых клеток.

На данный момент нам неизвестно, какое влияние эти мобильные генетические элементы внутри генома способны оказывать на восприимчивость к раку. Тем не менее уже полученные данные указывают на то, что они могут играть куда более важную роль, чем считалось ранее. Согласно ряду исследований, они могут вызывать повреждения генома, «нарушение регуляции репликации генома или клеточного цикла [и] нарушение сотрудничества между клетками», причем нарушения экспрессии в участках генома, содержащих мобильные генетические элементы, наблюдаются во многих видах рака.