Геном: автобиография вида в 23 главах - Мэтт Ридли

В то время, когда Ричард Никсон в 1971 году объявил войну раку, ученые практически ничего не знали о своем враге, помимо очевидного факта интенсивного деления клеток в пораженных тканях. Также было очевидно, что в большинстве случаев онкология не является ни инфекционным, ни наследственным заболеванием. Общепризнанным было мнение, что рак — это не отдельное заболевание, а проявление самых разнообразных нарушений функционирования организма, часто связанных с воздействием внешних факторов, которые ведут к неконтролируемому делению клеток. Так, трубочисты «зарабатывают» рак мошонки в результате постоянного контакта с дегтем; рентгеновское или радиационное облучение ведет к белокровию; у курильщиков и строителей, работающих с асбестом, развивается рак легких и т. д. и т. п. Также было понятно, что влияние канцерогенных факторов может быть не прямым, а связанным с общим ослаблением иммунной системы организма.

На проблему рака под другим углом зрения удалось посмотреть благодаря открытиям нескольких конкурирующих групп ученых. Так, в 1960 году Брюс Эймс (Bruce Ames) из Калифорнии показал, что общим между такими канцерогенами как рентгеновское облучение и деготь является их способность разрушать ДНК. Эймс предположил, что причина рака кроится в генах.

Другое открытие произошло намного раньше, еще в 1909 году: Пейтон Роус (Peyton Rous) доказал инфекционную природу саркомы цыплят. Его работа долго оставалась незамеченной, поскольку инфицирование довольно сложно воспроизводилось в эксперименте. Но в 1960-х годах было описано множество новых онковирусов животных, включая вирус саркомы цыплят. В возрасте 86 лет Роус получил Нобелевскую премию за свое давнее открытие. Вскоре были обнаружены онковирусы человека и стало ясно, что целую группу онкологических заболеваний, таких, как рак шейки матки, следует считать в некоторой степени инфекционными[170].

Как только стало возможным секвенирование (прочтение) геномов организмов, ученые узнали, что известный вирус саркомы Роуса несет в себе особый ген, названный src, который ответствен за онкологическое превращение клеток. В геномах других онковирусов были обнаружены свои «онкогены». Так же, как и Эймс, вирусологи увидели генетическую природу онкологии. Но в 1975 году только появившаяся теория о роли генов в развитии рака была перевернута с ног на голову. Оказалось, что страшный ген src имеет совсем не вирусное происхождение. Это нормальный ген любого организма — куриного, мышиного и нашего с вами, — который зловредный вирус саркомы Роуса просто стащил у одного из своих хозяев.

Более консервативные врачи долго отказывались признавать генетическую подоплеку онкологических заболеваний — в конце концов, за исключением некоторых редких случаев, онкология не является наследственным заболеванием. Они забывали о том, что геном имеет свою историю не только от поколения к поколению, но и в каждой отдельной клетке организма. Генетические заболевания в отдельных органах или отдельных клетках, хотя и не передаются по наследству, все же остаются классическими генетическими заболеваниями. В 1979 году, чтобы подтвердить роль генов в возникновении рака, онкологическая опухоль у мышей была вызвана экспериментально путем введения в клетки ДНК из раковых клеток.

У ученых сразу же возникли гипотезы относительно того, к какому классу генов могут относиться онкогены. Безусловно, это должны быть гены, ответственные за рост и деление клетки. Нашим клеткам нужны такие гены для пренатального роста эмбриона и для развития детей, а также для затягивания и заживления ран. Но чрезвычайно важно, чтобы бо́льшую часть времени эти гены оставались выключенными. Неконтролируемое включение таких генов ведет к катастрофе. В «куче» из 100 триллионов постоянно делящихся клеток у онкогенов есть уйма возможностей обойти запреты и остаться включенными даже без помощи таких мутагенов, как сигаретный дым или солнечный ультрафиолет. К счастью, в клетках также есть гены, роль которых состоит в уничтожении быстро делящихся клеток. Первые такие гены были обнаружены в середине 1980-х годов Генри Харрисом (Henry Harris) из Оксфорда, и им было присвоено имя опухолевых супрессоров. Их действие противоположно активности онкогенов. Свою функцию они выполняют по-разному. Обычно происходит блокирование цикла развития клетки на определенной стадии до тех пор, пока механизмы внутреннего контроля не проверят состояние клетки. Если тревога была ложной, клетка будет разблокирована. Стало ясно, что для возникновения раковой клетки в ней должно произойти два события: включение онкогена и разрушение гена-супрессора. Вероятность выполнения двух условий довольно мала, но и это еще не конец истории. Обманув гены-супрессоры, раковая клетка теперь должна пройти еще один более жесткий генетический контроль. Специальные гены активизируются в результате неестественного деления клетки и дают команду другим генам на синтез веществ, убивающих клетку изнутри. Эту роль берет на себя ген TP53.

Ген TP53 впервые был обнаружен Дэвидом Лэйном (David Lane) в Данди (Dundee), Великобритания. Сначала его приняли за онкоген. Лишь позже стало известно, что его роль состоит в подавлении раковых клеток. Лэйн со своим коллегой Питером Холлом (Peter Hall) как-то раз в пабе спорили о назначении гена TP53, и Холл предложил на себе, как на морской свинке, доказать противораковую роль гена. Чтобы получить разрешение для проведения опытов на животных, нужно было ждать месяцы, а волонтер был рядом. Холл несколько раз облучил небольшой участок кожи на руке, а Лэйн в течение двух недель брал образцы ткани для биопсии. Было обнаружено существенное повышение содержания в клетках белка p53 — продукта гена TP53 последовавшее вслед за облучением. Эксперимент показал, что ген включается в ответ на действие канцерогенного фактора. Лэйн продолжил исследования белка p53 как противоракового препарата. К моменту выхода этой книги в свет в Данди должны были начаться клинические испытания препарата на группе добровольцев под контролем врачей. Небольшой шотландский городок в устье Тэи, который до сих пор славился лишь мешковиной и мармеладом, постепенно превращается в мировой центр онкологических исследований. Белок p53 стал уже третьим перспективным противораковым препаратом, разработанным учеными Данди.

Мутация в гене TP53 — одно из необходимых условий летального рака. В 55% случаев рака у людей в раковых клетках обнаруживается дефект этого гена, а при раке легких мутация обнаруживается более чем в 90% случаев. У людей с врожденным дефектом гена TP53 хотя бы на одной хромосоме вероятность возникновения онкологических заболеваний в юном возрасте достигает 95%. Возьмем, например, рак прямой кишки. Обычно эта болезнь начинается с мутации в гене-супрессоре APC. Если в развившемся полипе произойдет следующая мутация в онкогене RAS, то на месте полипа появляется опухоль аденома. Заболевание переходит в более опасную фазу после третьей мутации в одном пока неопределенном гене-супрессоре. Но опухоль становится летальной карциномой только после того, как произойдет четвертая мутация в гене TP53. Похожие схемы развития применимы к другим формам рака. И всегда последней происходит мутация в гене TP53.

Теперь вы видите, почему ранняя диагностика рака так важна для его успешного лечения. Чем больше становится опухоль, тем большей становится вероятность очередной мутации как в силу общей теории вероятности, так и в результате все ускоряющейся частоты деления клеток, что ведет к ошибкам в геноме. У людей, предрасположенных к онкологическим заболеваниям, часто обнаруживается мутация в так называемых генах-мутаторах, что ведет к возрастанию числа случайных мутаций в геноме. К таким генам, скорее всего, относятся гены рака молочной железы, BRCA1 и BRCA2, о которых мы говорили при рассмотрении хромосомы 13. Раковые клетки находятся под прессом такого же эволюционного процесса, который довлеет над популяцией кроликов. Точно так же, как потомки быстро размножающейся пары кроликов вскоре вытесняют своих более пассивных соседей, в раковой опухоли линии быстро растущих клеток вытесняют умеренно растущие клетки. Так же, как в популяции кроликов выживают и оставляют потомство лишь те из них, кто умело прячется от сов и лисиц, в раковой опухоли из множества мутаций отбираются только те, которые помогают раковым клеткам успешно противостоять защитным силам организма. Развитие раковой опухоли происходит в точном соответствии с эволюционной теорией Дарвина. Несмотря на огромное разнообразие мутаций, течение онкологических заболеваний сходно в большинстве случаев. Мутации случайны, но направленность селективного процесса и его механизмы одинаковы для всех людей.