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

После того как станция транспортировки ресурсов, коей является плацента, приступает к своей работе, отцовские и материнские интересы расходятся в вопросе количества передаваемых веществ. Это проявляется в различной экспрессии отцовских и материнских генов, за которыми стоит механизм материнского и отцовского импринтинга генов, о котором я говорила в предыдущем разделе. Отцовские гены экспрессируют факторы, которые ускоряют передачу плоду всего необходимого через плаценту, в то время как материнские гены этот процесс замедляют. Каким-то образом, даже несмотря на такое перетягивание каната генами, преследующими противоположные цели, плоду все равно удается развиться в здорового маленького ребенка.

Исследования других видов демонстрируют нам грандиозные масштабы последствий конкурентной экспрессии родительских генов. Например, ученые обнаружили, что, если включить экспрессию «материнских» генных продуктов, которые подавляют рост, в обеих копиях соответствующих генов мышиного эмбриона, в результате родится крошечная мышь. Если обе копии будут экспрессировать «отцовские» генные продукты, которые, наоборот, стимулируют рост, это приведет к формированию огромной плаценты. На самом деле многое из того, что нам известно о генетическом импринтинге и росте плода, было открыто в результате исследования плаценты у мышей.

Учитывая то, что нам известно о конфликте между родительскими генами, следовало бы ожидать, что экспрессия отцовских генов будет доминировать в плаценте. Рассмотрим то, как это работает у животных. При скрещивании осла и кобылы рождается мул, в то время как скрещивание жеребца и ослицы дает лошака. Ученые изучили экспрессию генов в плаценте у этих гибридов, чтобы понять, действительно ли экспрессия отцовских генов (то есть генов осла у мула и генов лошади у лошака) происходит чаще, чем материнских. Как и предполагалось, в плаценте (но не в плоде) доминировала экспрессия отцовских генов. Это указывает на то, что инвазивная природа плаценты и стимуляция роста определяются экспрессией отцовских генов.

Стимуляция роста в результате экспрессии отцовских генов помогает нам понять, как экспрессия генов определяет восприимчивость к раку не только во время внутриутробного развития, но и на протяжении всей жизни. Зачастую гены плаценты, способствующие росту и инвазии, которые должны быть неактивными после рождения, снова включаются при развитии рака. Противоречивая природа экспрессии отцовских и материнских генов может снова дать о себе знать в более позднем возрасте, что может привести к повышенному риску онкологических заболеваний спустя долгое время после завершения развития организма.

Быстрый рост и инвазивность — два клеточных фенотипа, которые определяют рак. Оба они являются частью нашего клеточного репертуара и результатом проявления отцовских эволюционных интересов. И дело тут не в том, что развитие рака в интересах отца — хотя его эволюционные потребности и могут благоволить клеточным фенотипам, типичным для рака: более обильной пролиферации, более активной инвазии, а также более эффективному извлечению ресурсов.

Конфликт родительских генов привел к тому, что обе стороны, вынужденные реагировать друг на друга, эволюционировали, в результате чего стали прикладывать больше «усилий» для достижения желаемого результата. Эту ситуацию часто сравнивают с гонкой вооружений, так как обе стороны реагируют на действия друг друга, наращивая свой вклад для победы в конфликте. Гонка приводит к пустым затратам в виде генных продуктов, выполняющих противоположные функции. Так, при экспрессии материнских генов вырабатываются антитела, способные связываться с белками — факторами роста, которые считываются с включенных генов отца, — и инактивировать их. Теоретически обе стороны могли бы в равной степени уменьшить экспрессию своих генов и добиться такого же результата с меньшими затратами, однако этого не происходит. Самому плоду от этого нет совершенно никакой выгоды — это лишь следствие противоречащих друг другу отцовских и материнских интересов, которые проявляются в каждой клетке развивающегося организма.

Другим следствием эскалации конфликта между ростом и сдерживанием является то, что каждое ведро на концах шеста заполняется, исходя из «предположения», что другое тоже будет наполнено. Как результат, когда что-то идет не по плану, последствия могут быть катастрофическими. В случае мутации гена, у которого обычно происходит экспрессия материнской копии, в правом ведре может оказаться недостаточно полноценных материнских генных продуктов, чтобы уравновесить то, что помещается в левое ведро в результате экспрессии отцовских копий генов. Несмотря на формальную победу отцовских генов, в такой ситуации все оказываются проигравшими. С подобными мутациями и повреждениями генов связан целый ряд синдромов. Доминирующая экспрессия отцовских генов (в результате мутаций, нарушающих нормальное эпигенетическую регуляцию) может привести к таким заболеваниям, как синдром Беквита — Видемана, характеризующийся быстрым ростом в утробе, крупным размером в детстве и повышенным риском развития рака.

НЕСМОТРЯ НА ТОТ ФАКТ, ЧТО ЭВОЛЮЦИЯ СДЕЛАЛА НАС ДОСТАТОЧНО ЭФФЕКТИВНО ФУНКЦИОНИРУЮЩИМИ МНОГОКЛЕТОЧНЫМИ ОРГАНИЗМАМИ, СОТРУДНИЧЕСТВО НАШИХ КЛЕТОК ДАЛЕКО ОТ ИДЕАЛА.

Между клетками и внутри них все равно случаются конфликты, как это происходит в противостоянии экспрессии материнских и отцовских генов. В процессе внутриутробного развития организм расходует энергию, получаемую в результате обмена веществ, как на производство факторов роста, так и на их подавление, что приводит к потере большого количества ресурсов в результате этого конфликта, а также опасной уязвимости в случае сбоя в этих процессах и нарушениях равновесия системы. Рост и развитие в материнской утробе не являются оптимальными с точки зрения наших эволюционных интересов — они представляют собой динамический компромисс между эволюционными приоритетами наших родителей.

К счастью, по мере взросления эти противоречия между родительскими интересами сходят на нет. План тела (расположение его тканей и органов) по большей части завершен, и по мере роста поддерживать баланс между клеточным контролем и клеточной свободой становится все проще. Тем не менее организму приходится постоянно идти на компромисс, подвергая себя риску развития рака, чтобы рост продолжался до достижения репродуктивного возраста, ткани обновлялись, раны заживали, а тело боролось с инфекциями. Даже репродуктивная способность и привлекательность для противоположного пола может влиять на восприимчивость к раку. Эти способности необходимы для нашего выживания, процветания и успешного размножения. Они, может, и связаны с повышенным риском развития рака, однако с эволюционной точки зрения их плюсы перевешивают минусы.