fullscreen
Фото с обложки журнала Nature Ecology & Evolution демонстрирует колонию клеток рака молочной железы. Все они являются потомками одной клетки, образовавшейся в результате спонтанного слияния двух «материнских» клеток
Фото: Дария Мирошниченко
Между раковыми клетками может происходить что-то вроде секса — они сливаются, чтобы обновить гены для своих потомков. Это хорошо для опухоли, сложно для врачей и плохо для больного человека.
В январе престижный журнал Nature Ecology & Evolution напечатал статью, посвященную первому фундаментальному исследованию этих процессов. О них hromadske рассказала одна из авторов публикации Дария Мирошниченко.
Зачем раковым клеткам многообразие
В человеческом теле — 30 триллионов клеток. Все они очень разные, но практически все имеют одинаковый набор генов. Просто в разных видах клеток одни гены работают, а другие «спят». Поэтому клетки имеют разный вид и делают разную работу. Но все это касается нормальных клеток.
В раковых клетках все может быть совсем иначе — набор генов у них далек от стандартного. Какие-то гены здесь вообще исчезают, другие наоборот — представлены многими копиям, следовательно, работают усиленно. Даже количество хромосом в таких клетках совсем не обязательно будет 46, а каким-то другим. Причем разным у разных клеток даже в границах одной опухоли.
Раковая опухоль намеренно создает такое разнообразие клеток. Некоторые из них благодаря своему набору генов лучше приспособлены к условиям, в которых они находятся, а другие — хуже. Поэтому одни выживут, а другие — нет.
Именно так — в опухоли происходит что-то очень похожее на естественный отбор, где выживает и оставляет после себя потомков тот, кто лучше приспособлен. Другие умирают, но главное, что популяция продолжает жить.
Зачем нужен секс
Среди людей (как и среди других животных) тоже есть те, кто приспособлен лучше, а есть те, кто хуже. Мы сейчас говорим о наших генах. У каждого из нас они разные — благодаря сексу. Это значит, что папа и мама с различными генами смешивают их, и на свет появляется новый человек с новым набором генов.
Если бы не секс, мы бы были очень похожи друг на друга. Различия между нами возникали бы разве что благодаря случайным мутациям, но это очень медленный процесс, если сравнивать с половым размножением.
Раковые клетки знают различные способы, как изменить свои гены, чтобы отличаться друг от друга. Это, например, различные виды мутаций, или «перемешивания» генов.
Но такого эффективного механизма, как секс, у них нет. По крайней мере, так считалось до недавнего времени, пока за исследования не взялись ученые из Центра рака и научно-исследовательского института им. Ли Моффита во Флориде.
Двое из них — Дарья Мирошниченко и Андрей Марусик приехали из Украины, а свою научную карьеру они начинали в Институте молекулярной биологии и генетики НАН Украины.
Клетки могут сливаться
Ранее уже было известно, что в человеческом организме раковые клетки могут сливаться со здоровыми. В некоторых случаях было показано, что таким образом раковые клетки повышают свою способность к миграции.
Известно также, что под действием некоторых вирусов могут сливаться между собой и здоровые клетки. Такое слияние гипотетически может запускать развитие опухоли или давать ему новый толчок. Наконец, о том, что две раковые клетки также иногда сливаются, исследователи тоже знали. Но это относительно редкое явление, и зачем оно нужно и насколько вообще важно — никто основательно не исследовал и не понимал.
Красные, зеленые и желтые
Для своих экспериментов группа Андрея Марусика выбрала культуру клеток так называемого трижды негативного рака молочной железы. Это один из видов рака, против которого нет так называемой таргетной (специфической) терапии, поэтому лечить его можно только с помощью универсального метода — химиотерапии.
Чтобы увидеть процесс слияния раковых клеток, исследователи пометили клетки специальным белком, который светится определенным цветом. Часть — красным, а другую часть — зеленым. Для этого в геном клетки встраивается особый ген, кодирующий такой белок. Благодаря ему через микроскоп можно отслеживать судьбу конкретных клеток и их потомков.
Через некоторое время исследователи обнаружили желтые клетки — те, в которых одновременно оказались оба белка (красный и зеленый «смешались» и дали желтый цвет). Это означает, что такие клетки образовались путем слияния двух «разноцветных». Но самое интересное было дальше.
Клетки, образовавшиеся путем слияния двух других, начинали делиться и образовывали целые новые «колонии». Но если клетка-основательница колонии содержала полный набор генов, который она получила от двух материнских клеток, то с каждым последующим делением ее потомки «теряли» те или иные ненужные им фрагменты генов.
В результате «население» одной колонии оказалось генетически очень неоднородным. Как будто оно появилось на свет в результате секса.
Интересно, что парасексуальный процесс, очень похожий на этот, встречается у некоторых грибов. В частности, так размножаются дрожжи кандида белеющая (Candida albicans), которые живут в организме большинства людей и при определенных обстоятельствах могут вызвать заболевания.
Слово за математической онкологией
Авторы работы также провели математическое моделирование того, как эволюционирует опухоль, если в ней происходит процесс слияния клеток. Для подобных исследований в Центре существует специальный департамент математической онкологии.
Оказалось, что даже небольшая доля клеток, которые сливаются между собой, сильно ускоряет процесс эволюции опухоли.
«Ценность работы в том, что с помощью математического моделирования нам удалось показать, что даже небольшое количество — менее одного процента — раковых клеток, сливаются, что приводит к большому многообразия клонов — клеток с различными геномами», — объясняет Дарья Мирошниченко.
Она отмечает, что работа носит фундаментальный характер. Это означает, что она раскрывает определенные механизмы, которые управляют развитием раковых опухолей. В частности, парасексульний процесс объясняет, почему раковые опухоли часто так хорошо способны сопротивляться лечению и находить «обходные пути» для своего развития.
Каких-то готовых решений для клинического применения эта работа не предусматривает, но благодаря ей такие решения могут найти другие исследователи в следующих работах.
читайте также
«Говорю ей — живем! И мы обе плачем. Для меня это история души». Как онколог, пережившая рак, помогает своим пациентам