Льюис Уолперт - Чудесная жизнь клеток: как мы живем и почему мы умираем
Развитие раковой опухоли, как правило, приводит к смерти человека. Это страшное заболевание, и никто из нас не гарантирован от того, что когда-нибудь им не заболеет. Например, согласно статистике, каждые два из пяти граждан США на каком-то этапе своей жизни встретятся с раком.
У рака огромное множество — более четырех сотен — разновидностей, от лейкемии до рака груди. Раковые клетки отличаются от нормальных целым рядом признаков. Определяющих среди них два: во-первых, раковые клетки продолжают делиться вопреки запрограммированным ограничениям; во-вторых, они вторгаются в чужие ткани и уничтожают их.
Имея бесконечный потенциал роста и деления, раковые клетки очень мало зависят от внешних факторов. В случае повреждения они способны избежать апоптоза, которым почти всегда заканчивается жизнь поврежденных клеток — других, но не раковых! При этом раковые клетки постоянно посылают химические сигналы, которые заставляют кровеносные сосуды расти в направлении развивающейся опухоли и тем самым снабжать ее кислородом и питательными веществами. И даже то, что раковые клетки растут относительно медленно и в целом делятся реже, чем нормальные клетки, не очень-то утешает — они генетически нестабильны, и эта нестабильность иногда приводит к их скачкообразному росту и прогрессирующей злокачественности.
Размножение клеток при раке выходит из-под контроля из-за сбоя, который может возникнуть в одной-единственной клетке. Этот сбой практически всегда вызывается ошибкой в ДНК. Это со всей очевидностью проявляется при лейкемии — раковом заболевании белых кровяных телец, вызванном хромосомной транслокацией, при которой части из 9-й и 22-й хромосом меняются местами.
Все раковые клетки имеют подобную хромосомную патологию. Первоначальная раковая клетка многократно делится, порождая все новые клетки, которые могут стать еще более злокачественными и начать вторгаться в другие ткани. Они ведут себя, как террористы, которые не скрывают своего намерения овладеть всем телом. Нам необходимо понять, откуда у них такие способности.
Есть предположение, что рак — это цена, которую мы платим за обладание клетками, постоянно ремонтирующими и обновляющими органы нашего тела. Ведь большинство видов рака возникают в тканях, содержащих в себе делящиеся клетки, — на коже, в легких и кишечнике. Нервные клетки не делятся, поэтому опухоли мозга возникают вокруг них — среди клеток, которые их обслуживают, и среди нервных стволовых клеток.
Чтобы сформировалась опухоль, раковая клетка должна пройти множество циклов деления и последующих мутаций. Лучше всего понять развитие рака можно в рамках эволюционного процесса по Дарвину. По мере размножения потомков единственной раковой клетки, среди них появляется все больше мутаций, и происходит отбор тех клеток, которые обладают наилучшими качествами для выживания, то есть тех, которые оказываются наиболее злокачественными. Многие раковые клетки не только подвержены мутациям, но и генетически нестабильны. Они не в состоянии устранять локальные повреждения ДНК и теряют способность поддерживать нормальный набор хромосом. Такие раковые клетки могут менять места своего обитания, что делает их еще более злокачественными.
Причина практически всех раковых заболеваний, как уже было сказано, в изменениях, которые претерпевает ДНК. Сами же эти изменения могут произойти или под влиянием внешнего воздействия канцерогенных факторов, например радиации или химических веществ, или в результате неправильной репликации ДНК. Время, которое проходит от начала воздействия канцерогенных факторов до появления видимой опухоли, может занять десять или даже двадцать лет, как это бывает в случаях с курением.
Полвека тому назад было высказано мнение, что рак вызывают вирусы, занося в клетки новый генетический материал, меняющий поведение клеток. Ныне установлено, что несколько видов рака действительно вызываются вирусами — например, рак шейки матки у женщин. Вирус СПИДа также способен спровоцировать рак, поскольку он разрушает иммунную систему до такой степени, что другой вирус — вирус герпеса — получает возможность беспрепятственно заражать ткани.
Вредоносное действие вирусов основано на вмешательстве в генную структуру клетки-хозяйки и разрушении механизма контроля над клеточным делением со стороны самой клетки. Так действует, к примеру, вирус Эпштейна-Барр, вызывающий лимфому Беркитта — самую распространенную опухоль у детей в Экваториальной Африке.
Почти все виды рака развиваются из одной-единственной клетки-мутанта, хотя к тому моменту, когда в организме человека обнаруживают рак, эта единственная клетка уже успевает дать потомство, исчисляемое миллиардами злокачественных клеток. Здесь мы сталкиваемся с загадкой: считается, что каждый ген, находящийся в любой из неисчислимого числа делящихся клеток, за время нашей жизни подвергается неоднократным мутациям. Почему же в таком случае раком не болеют все поголовно? Ответ на этот вопрос заключается в том, что для возникновения рака необходима мутация десяти и более определенных генов. Такие мутации обычно случаются только за многолетний период, чем и объясняется то, что риск заболевания раком увеличивается с возрастом.
В результате интенсивных исследований выяснилось, что с раковыми опухолями связано около 350 генов. Эти гены находятся во всех хромосомах, кроме хромосомы Y. Остается, однако, еще выяснить, какие именно из них являются источниками заболевания. Но уже ясно — и это весьма огорчительно, — что мутации развиваются по достаточно случайной схеме при каждом случае заболевания раком, и поэтому практически для каждого случая характерна своя собственная комбинация мутировавших генов.
Удивительно, но большинство генов, вызывающих рак, уже давно известны — это гены, которые участвуют в развитии эмбриона и в силу этого вовлечены в организацию взаимодействия между клетками. В числе таких генов и те, чьи белки служат в качестве сигнальных. Неоднократно упомянутый нами ген «Акустический еж» также связан с развитием рака. Многие «раковые» гены до мутации контролируют деление клеток и прекрасно справляются со своей задачей. Но стоит сбиться программе, и они позволяют клеткам размножаться и в тех случаях, когда это идет во вред организму.
В ряде случаев рак вызывают гены, которые призваны действовать в прямо противоположном направлении и подавлять развитие опухоли. Но стоит им тем или иным путем повредиться и потерять способность исполнять свои обязанности, как природа тут же находит им другое — увы, вредное для человека — занятие. Так, например, начинается один из видов рака кишечника.
Поначалу воздействие мутаций приводит к тому, что убыстряется частота деления клеток и клетки игнорируют обычные запреты. Например, в здоровых тканях кожи стволовые клетки делятся, порождая одну новую стволовую клетку и одну клетку, которая в дальнейшем уже не делится. При заболевании раком деление продолжается таким образом, словно клетки «забыли» обо всех ограничениях.
Общим признаком раковых клеток является то, что они утрачивают способность нормально дифференцироваться. Это особенно верно для раковых клеток в тканях, где происходит постоянное замещение клеток, — например, в коже. Неспособность к нормальному дифференцированию клеток также наблюдается при лейкемии. Пораженные раком клетки становятся злокачественными уже на ранней стадии развития, еще будучи незрелыми.
Существуют данные, что источник образования многих опухолей — это стволовые клетки. Достаточно уверенно можно утверждать, что стволовые клетки играют негативную роль при развитии рака груди. Если здоровой мыши перелить кровь мыши, заболевшей лейкемией, то большинство клеток этой крови не принесут ей никакого вреда. Опасность будет исходить лишь от стволовых клеток, хотя число их относительно невелико.
«Раковый» потенциал стволовых клеток не должен вызывать удивления — ведь это единственные клетки нашего тела с практически неограниченными способностями к делению. Нахождение их в составе раковой опухоли представляет большую проблему при лечении рака, ибо они могут выжить при воздействии на опухоль радиацией или химиотерапией.
Какими инструментами наделила эволюция клетки для защиты от рака? В организме существует ген р53, который называют «хранителем генома». Активизация гена р53 происходит в тот момент, когда в организме происходит сбой и какая-то клетка начинает угрожать перерождением в раковую. Вступая в дело, ген р53 приостанавливает обычный цикл жизнедеятельности такой клетки и вынуждает ее совершить самоубийство. Тут важно, чтобы р53 не активизировался, когда дела в организме находятся в полном порядке. Для этого существует множество белков-регуляторов, которые контролируют процесс активизации генов и обеспечивают необходимые предохранительные меры. В том случае, однако, если мутирует сам ген р53, то опасность развития в клетке рака резко возрастает.
