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

Рассматривая рак с точки зрения недобросовестных клеток, мы можем объединить различные взгляды на эту болезнь, а также понять, как природа рака связана с фундаментальным конфликтом интересов между эволюцией сотрудничества и эволюцией многоклеточной жизни. Концепция недобросовестной клетки позволяет объединить различные взгляды на рак в единую теорию. Как мы уже знаем, специалисты по биологии рака характеризуют его по его типичным особенностям, перечню известных фенотипов раковых клеток (их признаков и характеристик). Эти характерные признаки представляют собой проявления недобросовестного поведения клеток в рамках многоклеточного сотрудничества, лежащего в основе жизни.

В клинических условиях рак зачастую определяется наличием инвазии и метастазов (хотя имеются и исключения, такие как инкапсулированная карцинома молочного протока). То, что врачи делают упор именно на этих признаках, вполне логично, ведь это важнейшие индикаторы наличия угрозы жизни пациенту. Между тем, если рассматривать рак по всему древу жизни, инвазия и метастазы порой перестают быть определяющими факторами — более того, они могут и вовсе потерять какой-либо смысл. Так, например, у хохлатых кактусов отсутствуют многие характеристика рака, по которым его обычно определяют в больнице: у них нет ни органов, окруженных оболочками, которые могут быть разорваны инвазивными раковыми клетками, ни кровеносной системы, по которой они могли бы перемещаться к другим тканям и образовывать метастазы. В случае кактусов нет никакого смысла определять рак наличием инвазии и метастазов. Если мы хотим сравнивать между собой рак у различных форм жизни, то нам необходимо определение и подход, применимые для любой формы многоклеточной жизни, например концепция недобросовестных клеток.

Патологи, как правило, выискивают разрушения нормальной структуры тканей, а также клетки с нарушенной дифференцировкой, которые больше не выполняют отведенную им в многоклеточном организме работу. Нарушение нормальной структуры тканей и дифференцировки клеток соответствует несоблюдению двух важнейших элементов многоклеточного сотрудничества: ухода за межклеточной средой и разделения труда. Нарушенная дифференцировка может оказывать особое влияние на соматическую эволюцию, потому что такие клетки способны продолжать делиться, — клетки с нормальной дифференцировкой, как правило, делятся всего несколько раз, после чего становятся частью какой-нибудь обычной ткани (до момента своей гибели).

Сосредоточившись на различных способах нарушения основ межклеточного сотрудничества, мы можем составить концепцию, которая объединит между собой различные научные сферы и позволит сравнивать восприимчивость к раку по всему древу жизни.

Как в результате естественного отбора могло вообще зародиться сотрудничество, если недобросовестное поведение приносит больше выгоды? Чтобы понять, почему в результате своей эволюции раковые клетки начинают недобросовестно вести себя, сначала нам будет полезно рассмотреть более широкий вопрос: как вообще в ходе эволюции может появляться и сохраняться сотрудничество.

Теоретиками были предложены различные возможные объяснения — от взаимной выгоды и наказаний до разделения рисков и сотрудничества только с ближайшими родственниками, — которые были проверены на сотнях математических моделей. Несмотря на разнообразие решений и стратегий по поддержанию сотрудничества, их все можно разделить на две категории: решения, основанные на повторяющихся взаимодействиях индивидов друг с другом, и решения, основанные на генетическом родстве.

Многократные взаимодействия между индивидами могут способствовать сотрудничеству, так как теперь они могут пожинать плоды прошлого опыта или испытывать негативные последствия прежнего недобросовестного поведения. Из-за того, что взаимодействие повторяется, выгода от сотрудничества увеличивается, а от недобросовестного поведения — падает, в результате чего сотрудничество зачастую становится более предпочтительным вариантом. При возможности покидать партнеров и группы с недостаточным уровнем сотрудничества — либо если они могут выбирать себе партнера — сотрудничество оказывается более выгодным. Группы, где оно процветает, более стабильны и долговечны, так как получают коллективную пользу. Повторяющиеся взаимодействия сотрудничающих клеток могли играть свою роль на ранних этапах эволюции многоклеточной жизни, однако традиционно в качестве основного объяснения развития клеточного взаимодействия при переходе к многоклеточности ученые рассматривают генетическое родство.

Генетическое родство помогает решить проблему недобросовестного поведения и делает сотрудничество возможным, возвращая получаемую от него пользу генам, которые за него отвечают. Представьте себе суп из отдельных клеток (не являющихся частью какого-то многоклеточного организма). Часть этих клеток — «производители», то есть создают нечто, повышающее приспособленность соседних клеток к внешней среде (например, ферменты, помогающие им перерабатывать ресурсы). Другие клетки — «нахлебники», так как сами ничего не дают, однако пользуются тем, что вырабатывают производители. Если взаимодействие между индивидами в популяции происходит случайным образом, то нахлебники получают больше ресурсов, избегая затрат на выработку фермента. Их шансы на размножение увеличиваются (так как у них больше резервов), и они начинают доминировать в популяции. В конечном счете клетки-нахлебники возьмут верх, и все взаимодействующие клетки попросту вымрут. Это яркий пример классической проблемы недобросовестного поведения, ограничивающего эволюционную устойчивость сотрудничества.

Теперь давайте рассмотрим альтернативу случайному взаимодействию между клетками в этом супе: что, если производители будут держаться вместе и сотрудничать друг с другом, держась подальше от нахлебников? Каждый раз, когда производитель что-то вырабатывает, это приносит пользу остальным производителям: вместо того чтобы кормить нахлебников, производители приносят пользу друг другу, благодаря чему гены, кодирующие способность к производству, распространяются в популяции клеток.

Аналогично, когда все клетки в группе являются генетическими клонами, гены, отвечающие за сотрудничество между клетками, могут распространяться в результате процесса под названием «родственный отбор». Одна из причин невероятного уровня взаимопомощи между клетками, появившаяся в ходе эволюции многоклеточных организмов, — то, что клетки нашего тела (в первом приближении) являются генетическими копиями. Генетическое родство не объясняет все полностью — как мы увидим в следующем разделе, — однако оно помогает создать условия, делающие возможным развитие сотрудничества между клетками. Высокий уровень родства внутри группы клеток также позволяет появляться механизмам обнаружения клеток-нахлебников и противодействия им.