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

Экологическая теория расселения имеет важное значение в понимании инвазии и процессе образования метастазов. После того как произошла инвазия опухоли, а тем более после формирования метастазов, лечить рак становится гораздо сложнее. Согласно нашей модели, клетки в ходе своей эволюции могут обрести подвижность на гораздо более ранней стадии развития опухоли, чем считалось ранее — задолго до появления явных признаков инвазии и метастазов. Эта модель демонстрирует, что для эволюции подвижных раковых клеток может быть попросту достаточно быстрого потребления ресурсов и разрушения локальной среды обитания. Это согласуется с некоторыми любопытными фактами о метастазах, например, что они часто образуются из раковых клеток в процессе ранней диссеминации, то есть покинувших опухоль на ранних стадиях ее развития. Это говорит о том, что клетки могут рано обретать способность к передвижению, в то время как последствия этой клеточной подвижности становятся очевидными лишь после инвазии опухоли и образования метастазов.

Эволюция расселения и формирование экологических ниш могут показаться диаметрально противоположными процессами: эволюция расселения происходит в результате разрушения среды обитания, в то время как создание экологических ниш несет созидательный характер. На самом же деле эти процессы идут рука об руку: разрушение среды обитания приводит к естественному отбору в пользу расселения, однако эффективная инвазия и колонизация новой среды обитания требуют активного формирования новых экологических ниш и сотрудничества между раковыми клетками. Чтобы преодолеть базальную мембрану, раковым клеткам необходимо совместными усилиями построить экологическую нишу на фронте инвазии опухоли — без этого им не преодолеть этот физический барьер нашего организма. Как мы уже видели ранее, инвазия зачастую требует от раковых клеток сотрудничества между собой для производства матриксных металлопротеиназ, которые разрушают базальную мембрану. Кроме того, раковые клетки могут «обмануть» сосудистую систему своими скоординированными электрическими сигналами, чтобы проникнуть через эндотелий (внутренняя оболочка кровеносных сосудов). Добравшись до кровотока, они могут путешествовать по всему телу и колонизировать новые ткани и системы органов.

Революция сотрудничества

Раковые клетки могут эксплуатировать экосистему многоклеточного организма, иногда прибегая для этого к сотрудничеству и координируя свое поведение. Мы уже видели, что они способны совместными усилиями создавать экологические ниши, обеспечивающие им защиту и питание. Кроме того, они могут прибегать к взаимодействию для более эффективной инвазии и метастазирования, чтобы колонизировать новые ткани. Как развивается сотрудничество среди раковых клеток? На чем оно держится?

Специалисты по биологии рака пытаются ответить на эти вопросы, и чтобы попробовать понять механизмы сотрудничества раковых клеток, мы можем обратиться к теории кооперации. Развитие сотрудничества в любой системе происходит на основе одних и тех же фундаментальных принципов, а это значит, что мы можем применить теоретические основы и модели эволюции сотрудничества и к раку. Это будет нашей отправной точной для обсуждения разных возможных путей эволюции раковых клеток, которые могут привести к их взаимодействию.

Давайте рассмотрим несколько сценариев. В эволюционной биологии при анализе какой-то конкретной черты (в данном случае кооперации) обычно задаются вопросом, является ли она адаптацией (результатом естественного отбора), побочным продуктом (побочным эффектом адаптации) или просто эволюционным шумом (то есть появилась случайно, а не в результате естественного отбора). В случае рака каждый вариант может иметь место. Вполне вероятно, что некоторые примеры сотрудничества, наблюдаемого среди раковых клеток, могут быть просто эволюционной случайностью. В других случаях взаимосвязь может развиваться в качестве побочного эффекта других индивидуальных способностей клеток, таких как различные колонизационные адаптации. Наконец, сотрудничество может стать прямым результатом естественного отбора, и ниже я подробно разберу именно этот сценарий. Позже в этой главе я еще вернусь к вопросу о том, могут ли другие два сценария объяснить взаимодействие раковых клеток, однако пока давайте подробнее поговорим о том, какие условия могут способствовать естественному отбору в пользу сотрудничества раковых клеток. Какие механизмы могут запустить такой отбор? Генетическое родство среди раковых клонов? Взаимный альтруизм и повторяющиеся взаимосвязи между раковыми клетками? А что насчет эволюционной взаимозависимости и многоуровневого отбора внутри организма?

Давайте попробуем разобраться, могут ли повторяющиеся взаимодействия между раковыми клетками способствовать развитию сотрудничества между ними. Как мы уже видели в третьей главе, паттерны поведения, в результате которых индивиды приносят пользу друг другу, являются наиболее распространенным объяснением эволюции сотрудничества между неродственными особями. Благодаря им индивид, который помогает другим, в конечном счете пожинает плоды своего сотрудничества, что делает такую стратегию более жизнеспособной, чем стратегию недобросовестного поведения. Могут ли различные клоны раковых клеток использовать стратегию взаимного альтруизма для получения выгоды от связи друг с другом?

Взаимодействия раковых клеток действительно очень похожи на взаимность (то есть эволюционное преимущество, достигнутое за счет кооперации или альтруизма) или как минимум мутуализм (взаимовыгодные отношения, где партнеры полностью полагаются друг на друга). Так, иногда клетки одного типа, вырабатывающие факторы роста, приносят пользу клеткам другого типа, которые вырабатывают факторы, помогающие защищаться от иммунной системы. Сотрудничая, они могут извлечь выгоду, разделив между собой производство всех этих факторов. Остается открытым вопрос, следует ли это считать побочным продуктом мутуализма или примером «клеточной взаимности». Обычно мы рассматриваем взаимность как условную стратегию. В случае с раком мало что известно о том, как именно раковые клетки могут реагировать друг на друга. Конечно, вполне вероятно, что в ходе эволюции у них может выработаться условное сотрудничество, например производство общественных благ только при условии, что также поступают и соседние клетки.

Пускай до конца не понятно, можно ли считать сотрудничество раковых клеток формой взаимности, очевидно, что повторяющиеся контакты между раковыми клетками могут способствовать созданию условий, благоприятствующих сотрудничеству между ними. И независимо от того, является ли это проявлением условной взаимности или побочным продуктом мутуализма, очевидно, имеет место положительная ассортативность [16] Положительная ассортативность — предпочтительность в выборе по сходству черт. . Таким образом, повторяющиеся взаимодействия между раковыми клетками могут пролить свет на эволюцию сотрудничества между ними в контексте разделения труда.