Следует предупредить, что в нашем первом исследовательском проекте по изучению рака по всему древу жизни мы опирались только на опубликованные работы по данной теме. Эта деятельность помогла увидеть общую картину того, как рак затрагивает все ветви, соответствующие различным многоклеточным организмам. Но это был лишь первый шаг на долгом пути. Дальнейшие шаги включают систематический анализ как можно большего объема информации о раке среди всего мира живой природы.
Сейчас я работаю над этим совместно с несколькими участниками первоначальной рабочей группы Wiko, многие из которых теперь стали частью Центра изучения эволюции рака в Аризоне. Мы занимаемся анализом уровня заболеваемости раком у разных видов. Проект возглавляет специалист по биологии рака и эволюционный биолог Эми Бодди из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. Бодди руководит масштабной работой по созданию всеобъемлющей базы данных онкологических заболеваний путем объединения информации из зоопарков, ветеринарных клиник и других источников. Эта база содержит около 170 тысяч записей о животных, относящихся к 13 тысячам различных видов. На данный момент нам не удалось найти ни одного животного, включенного в эту базу, с полной устойчивостью к раку по каждому виду с как минимум 50 медицинскими записями по крайней мере одна указывала на наличие каких-либо новообразований.
Сейчас я работаю над этим совместно с несколькими участниками первоначальной рабочей группы Wiko, многие из которых теперь стали частью Центра изучения эволюции рака в Аризоне. Мы занимаемся анализом уровня заболеваемости раком у разных видов. Проект возглавляет специалист по биологии рака и эволюционный биолог Эми Бодди из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. Бодди руководит масштабной работой по созданию всеобъемлющей базы данных онкологических заболеваний путем объединения информации из зоопарков, ветеринарных клиник и других источников. Эта база содержит около 170 тысяч записей о животных, относящихся к 13 тысячам различных видов. На данный момент нам не удалось найти ни одного животного, включенного в эту базу, с полной устойчивостью к раку по каждому виду с как минимум 50 медицинскими записями по крайней мере одна указывала на наличие каких-либо новообразований.
САМЫЙ ВЫСОКИЙ УРОВЕНЬ РАСПРОСТРАНЕННОСТИ РАКА НА МОМЕНТ НАПИСАНИЯ ЭТОЙ КНИГИ БЫЛ ОБНАРУЖЕН СРЕДИ ХОРЬКОВ, ЕЖЕЙ И МОРСКИХ СВИНОК. ОЧЕНЬ ВЫСОКИЙ УРОВЕНЬ НАБЛЮДАЕТСЯ У ГЕПАРДОВ И ТАСМАНСКИХ ДЬЯВОЛОВ (ДАЖЕ БЕЗ УЧЕТА ТРАНСМИССИВНЫХ ОПУХОЛЕЙ ЛИЦА, РАСПРОСТРАНЕННЫХ СРЕДИ ПОСЛЕДНИХ).
В дополнение к работе с этой базой данных мы также занимаемся изучением пластинчатых и губок простых форм жизни, которые с первого взгляда оказались невосприимчивыми к раку (пластинчатые и губки не были включены в вышеупомянутую базу, так как обычно их лечением не занимаются ветеринары и работники зоопарков, откуда мы берем данные). Мой коллега Анджело Фортунато руководит проектом, который изучает эти древние многоклеточные формы жизни и их способность противостоять раку. У Фортунато две докторские степени по эволюционной биологии и биологии рака, что наделяет его уникальным набором навыков и опыта для исследования эволюции механизмов подавления рака. Изучив механизмы сопротивляемости раку у этих видов, мы сможем лучше понять, как они появились в ходе эволюции, а то и вовсе открыть неизвестные средства подавления рака. Кроме того, мы можем больше узнать о человеческих болезнях и о более эффективных способах лечения и профилактики рака у людей.
Фортунато сосредоточил свою работу на нескольких видах, у которых, судя по всему, не бывает рака (в ходе первоначального изучения научной литературы нам не удалось найти никаких свидетельств обнаружения рака у них). Одним из первых видов, принесенных Фортунато в лабораторию, была морская губка Tethya wilhema организм, представляющий собой лишь скопление практически не дифференцированных клеток с порами и каналами, позволяющими проникать внутрь воде и питательным веществам. Фортунато обнаружил, что губки демонстрируют невероятную устойчивость к раку: они способны переносить экстремально высокий уровень радиации (которая вызывает повреждения ДНК) без каких-либо явных опухолеподобных новообразований. Наблюдая за реакцией губок на радиацию, он заметил, что иногда они на несколько дней сжимаются, после чего возвращаются к своему прежнему размеру, однако никаких очевидных странных наростов или пятен, которые могли бы указывать на рак, ему обнаружить не удавалось. На данный момент Фортунато использует различные молекулярные методы в попытке раскрыть механизмы, ответственные за такую устойчивость к повреждениям ДНК.
Он также изучает и механизмы подавления рака у пластинчатых (вид Trichoplax adhaerens) организмов, которые формально считаются животными, однако по сути представляют собой бесформенный мешок клеток с внешним слоем, который помогает ему передвигаться. Облучая пластинчатых радиацией, Фортунато иногда замечал участки потемнения (потенциальный рак), которые увеличивались в размерах. Иногда эти затемненные области перемещались к внешнему краю организма и отделялись, освобождая его тем самым от этих потемневших клеток (рис. 5.3).
Рисунок 5.3.В результате воздействия радиации в организме пластинчатых иногда образуются затемненные участки, которые постепенно смещаются к краю и вытесняются наружу, полностью освобождая организм от поврежденных клеток. Вполне вероятно, что подобное вытеснение является примитивным механизмом подавления рака. На фотографии представлен организм, получивший дозу рентгеновского излучения 160 Гр. Снимок сделан при 150-кратном увеличении с использованием подсветки
Это может быть механизмом подавления рака, используемым организмами без сложных тканей и систем органов, таких как пластинчатые, по сути, проблемные клетки попросту выбрасываются наружу. Может показаться, что такая стратегия работает только для самых простых структур, однако, если поразмыслить, выталкивание проблемных клеток может быть эффективной стратегией в масштабах ткани даже у таких крупных организмов, как человек. Например, в толстом кишечнике человека клетки с чрезмерно активной пролиферацией могут вытесняться соседними. Расположенные по соседству клетки могут образовывать кольца, состоящие из актина и миозина (белки, придающие мышцам их свойства), которые буквально выталкивают проблемные клетки. Схожее явление было обнаружено и у плодовых мушек (дрозофил): нормальные клетки могут вырабатывать филамин и виментин, из которых формируются длинные, напоминающие руки, выступы, вытесняющие мутировавшие клетки. Этот механизм, однако, работает лишь при условии наличия нормальных клеток вблизи мутировавших, что указывает на важную роль микроокружения опухоли в данном процессе. Вытеснение мутировавших клеток помогает защищать организм от потенциальной угрозы, которую могут представлять для него оставшиеся поврежденные клетки. Судя по всему, этот способ избавления от мутировавших клеток присущ не только пластинчатым.
Работа Фортуната знакомит нас с возможными способами защиты от недобросовестного клеточного поведения, появившимися у простых организмов в результате эволюции. Она должна пробудить интерес к расширению области исследований рака на все древо жизни, чтобы лучше понять, какими механизмами подавления рака снабдила нас эволюция.
Чем больше клеток, тем больше рака?
В предыдущем разделе я обсуждала механизмы подавления рака у маленьких и относительно простых форм жизни, но что насчет более крупных и сложных организмов таких как люди или слоны? Как крупные и сложные формы жизни удерживают рак под контролем достаточно долгое время, чтобы успеть размножиться?
Без пролиферации клеток невозможно само существование многоклеточного организма, однако она также усиливает нашу восприимчивость к раку, поскольку при любом своем делении клетка может мутировать. Чем крупнее организм, тем больше раз клеткам необходимо поделиться, чтобы он достиг такого размера, и тем чаще им приходится делиться, чтобы такой размер поддерживать. Кроме того, чем крупнее организм, тем больше в нем в любой момент времени содержится клеток с мутациями. Если рассмотреть статистику распространенности в рамках одного вида, можно обнаружить, что у более крупных особей риск развития рака обычно выше. Так, у более крупных пород собак (тяжелее 20 килограмм) риск развития рака выше, чем у собак поменьше, равно как и высокие люди подвержены большему риску развития рака, чем низкие с каждыми дополнительными 10 сантиметрами роста риск развития рака увеличивается примерно на 10 %. Если же рассматривать данные по всем видам, то такой закономерности уже не наблюдается риск развития рака не увеличивается с увеличением размера.
В начале этой главы уже говорилось, что у слонов примерно в 100 раз больше клеток, чем у людей, однако они не болеют раком в 100 раз чаще, чем мы. Для своего размера и продолжительности жизни эти животные отличаются удивительной сопротивляемостью раку. Более того, они болеют им реже, чем многие другие организмы меньшего размера, включая людей. Мыши, напротив, болеют раком намного чаще нас с вами, несмотря на свой гораздо меньший размер. Аналогичный парадокс связан и с продолжительностью жизни: чем дольше живет та или иная особь, тем выше вероятность развития у нее рака, так как увеличивается общее количество клеточных делений, равно как и суммарное воздействие потенциальных мутагенов. Тем не менее, если рассматривать весь животный мир, прямой зависимости между средней продолжительностью жизни вида и его уровнем заболеваемости раком не наблюдается.
Отсутствие корреляции между риском развития рака и размером тела или продолжительностью жизни называют парадоксом Пето. Он впервые был замечен в 1970-х годах Ричардом Пето, специалистом по статистической эпидемиологии из Оксфорда. Он отметил, что клетки человека должны быть более устойчивы к раку, чем клетки мыши в противном случае у нас у всех бы в юном возрасте развивался рак. Исследования, проведенные мной и моими коллегами за последние несколько лет, подтвердили эту закономерность: у более крупных и долгоживущих видов животных риск развития рака не возрастает, по сравнению с животными меньшего размера и с меньшей продолжительностью жизни.