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

Взаимность является одним из традиционных объяснений эволюции сотрудничества в эволюционной биологии. Другое распространенное объяснение — родственный отбор, происходящий с учетом генетического сходства особей или так называемой совокупной приспособленности, степень которой измеряется с учетом приспособленности ближайших родственников. Некоторые специалисты по биологии рака скептически относятся к роли родственного отбора в развитии сотрудничества между клетками, однако вполне вероятно, что его не следует списывать со счетов. Как мы уже видели, раковые клетки существуют группами с высоким уровнем родственных связей, так как мутации, приносящие эволюционную пользу, зачастую приводят к формированию клональной экспансии — большой группы клеток с данной выгодной мутацией. Если мутация способствует, например, за производство факторов роста, то они могут выступить в роли общественного блага, приносящего пользу и соседним клеткам. Если последние также принадлежат к этой клональной экспансии — и несут в себе тот же вариант гена, — то данное генетическое родство между клонами придает дополнительный эволюционный толчок этому варианту. Даже если клеткам и приходится тратить дополнительные ресурсы на производство факторов роста, эволюция все равно может отдавать предпочтение отвечающим за него генам в популяции клеток.

Мы уже говорили во второй главе, что естественный отбор благоволит генам, которые увеличивают вероятность выживания и размножения других индивидов с такими же генами. Если у клеток в клональной экспансии будет присутствовать мутация, которая увеличит продукцию факторов роста, то она будет приносить им пользу и распространятся в популяции. Таким образом, генетическое родство среди раковых клеток может помочь объяснить некоторые случаи возникновения взаимосвязи между ними. Совместная деятельность может развиться и между клетками, производящими разные факторы роста, за которые отвечают различные гены, в результате все того же процесса положительной ассортативности, о котором я рассказала ранее. Для отбора в пользу сотрудничества вовсе не обязательно, чтобы оно было построено на экспрессии одних и тех же генов.

ПОКА ОТДЕЛЬНЫЕ КЛЕТКИ, СКЛОННЫЕ К КОНТАКТУ, МОГУТ ВЫБИРАТЬ, С КЕМ ИМЕННО ВЗАИМОДЕЙСТВОВАТЬ, ПРЕДПОЧИТАЯ ДЕЛАТЬ ЭТО ДРУГ С ДРУГОМ, СУЩЕСТВУЕТ ВОЗМОЖНОСТЬ ДЛЯ ЭВОЛЮЦИИ СОТРУДНИЧЕСТВА.

Сотрудничество среди родственных особей неоднократно развивалось в результате эволюции в мире живой природы. Иногда оно идет параллельно способности распознавать родственных особей. Такое наблюдается в организмах с длительными периодами участия родителей в жизни потомства или других родственных особей (как, например, у людей). Между тем для появления родственного сотрудничества вовсе не обязательно уметь распознавать родственных особей. У организмов с коротким периодом родительского участия, относительно низкой подвижностью и низким уровнем социальных взаимодействий, нет необходимости распознавать родственников для того, чтобы в них вкладываться. Если потомки остаются поблизости, родители, приносящие пользу всем соседним особям, неизбежно принесут ее и своим потомкам. Таким образом, родственное сотрудничество может появиться в результате родственного отбора при наличии структуры родства, при которой польза с высокой вероятностью достанется потомству (например, когда потомки остаются рядом со своими родителями).

Клеточное родство обеспечивает один из возможных путей развития сотрудничества между родственными раковыми клетками даже при отсутствии у них способности распознавать друг друга. У клеток, растущих в скоплении из родственных клонов, попросту больше шансов на взаимодействие с клеткой с высоким уровнем родства, чем со случайной, что создает благоприятные условия для распространения в популяции склонности к сотрудничеству в результате родственного отбора.

Мы с коллегами выдвинули предположение, что сотрудничество между генетически родственными раковыми клетками может играть важную роль в эволюции рака, и применили модель, чтобы попробовать объяснить еще одну загадку в биологии рака: существование раковых нестволовых клеток. Опухоли зачастую содержат большое относительное количество таких клеток, которые не помогают разрастанию опухоли, поскольку не могут бесконечно делиться. Такое ограничение является загадкой с эволюционной точки зрения. По идее эволюция раковых клеток должна приводить к их неограниченному делению: при прочих равных условиях чем больше собственных копий сможет сделать клетка, тем больше она оставит после себя потомков. Только вот исследование опухолей дает совсем другой результат: согласно экспериментальным данным, от 75 до 99,999 % клеток опухоли составляют раковые нестволовые клетки. Как вообще эти клетки могли сохраниться в популяции раковых клеток, если они не оставляют после себя потомков?

Мы создали собственную модель, которая включала в себя раковые стволовые клетки с ограниченным запасом делений, способные давать эволюционное преимущество генетически родственным клеткам. Мы обнаружили, что, несмотря на свой ограниченный потенциал размножения, нестволовые клетки действительно не исчезали из популяции. Данный процесс, если он действительно протекает в опухолях, напоминает так называемое коллективное размножение, наблюдаемое у некоторых видов, когда одни особи размножаются, в то время как другие выступают в роли помощников (это явление свойственно многим птицам, у них в гнезде есть помощники, имеющие с ними родственную связь). Существование подобной системы становится возможным благодаря высокому уровню родства между индивидами в группе.

Можно также попробовать провести параллель между группами раковых клеток и сообществами социальных насекомых, в которых не все индивиды способны к размножению. У многих социальных насекомых имеются стерильные работники и размножающиеся самки-матки. Вполне возможно, что похожее распределение свойственно и группам раковых клеток. Любопытно, что таким сообществам зачастую удается процветать в довольно суровых условиях. Строгая общественная организация полезна в условиях изменчивых ресурсов, так как помогает подстраиваться в случае их резкого сокращения. Подобно группам раковых клеток, сообщества социальных насекомых крайне успешно захватывают новые территории и колонизируют новые среды обитания. На самом деле некоторые социальные насекомые, включая определенные виды муравьев, стали настолько в этом эффективны, что превратились во вредителей, подрывающих структуру сложившихся экологических сообществ и зачастую замещающих аборигенные (возникшие или с древних времен обитающие на данной территории) виды. В этом они похожи на раковые клетки, способные менять экосистему многоклеточного организма и вытеснять аборигенные виды нормальных клеток. В ходе эволюции раковые клетки учатся захватывать и колонизировать новые среды обитания в организме, что становится особенно заметно на поздних стадиях рака. Вопрос о том, могут ли колонии раковых клеток в результате эволюции приобретать такую же структуру и функциональность, как и колонии социальных насекомых, остается открытым, однако эти параллели определенно вызывают любопытство и заслуживают дальнейшего изучения.