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

Условия среды обитания оказывают сильнейшее влияние на взаимодействие любых сообществ — как человеческих и пчелиных, так и сообществ раковых клеток. Активное сотрудничество становится актуальным в суровых условиях, где без него просто невозможно выжить. В процессе развития рака его клетки сталкиваются со многими средами обитания в организме, где им не уцелеть без взаимодействия. Так, например, при истощении локального кровоснабжения клетки могут быть обречены на вымирание, если не научатся скоординировано посылать сигналы на формирование новых сосудов.

Сотрудничество также может помочь раковым клеткам проникать в соседние ткани и образовывать метастазы.

Одним из самых наглядных доказательств важной роли сотрудничества в развитии рака являются данные о том, что метастазы чаще всего образуют скопления раковых клеток, и чем крупнее они крупнее, тем больше у опухоли шансов на успешное метастазирование. Эти колонии раковых клеток циркулируют в крови на поздних стадиях болезни и могут быть обнаружены при анализе крови (рис. 6.1). Их размер во многом определяет шансы пациента на выживание. Больные раком молочной железы и простаты с циркулирующими в крови скоплениями клеток живут гораздо меньше, чем пациенты, у которых в крови обнаруживают лишь отдельные клетки. Судя по всему, скопление раковых клеток более успешно справляется с колонизацией организма, чем отдельные раковые клетки. Эксперименты на мышах с раком молочной железы показали, что вероятность образования метастазов с циркулирующими в крови скоплениями опухолевых клеток была от 23 до 50 раз выше, чем у мышей, в крови которых были только отдельные раковые клетки. Это также указывает на то, что у определенных поликлональных опухолей (содержащих множество разных клеточных клонов) может быть преимущество в пролиферации, поскольку они содержат клоны, способные коллективно колонизировать и поддерживать экологическую нишу опухоли.

Рисунок 6.1. Раковые клетки могут перемещаться вместе с кровью по отдельности или группами. Исследования показали, что клеточные скопления более эффективно справляются с образованием метастазов, чем циркулирующие в организме отдельные раковые клетки.

Вполне вероятно, что в некоторых случаях в колониях раковых клеток может процветать сотрудничество для успешной колонизации новой среды обитания, в то время как другие раковые клетки могут просто пассивно получать выгоду от пребывания в этой группе. Возможно, такие скопления имеют преимущество в построении экологической ниши по достижении новой среды обитания за счет активного производства факторов роста, отправке сигналов на формирование новых кровеносных сосудов и, возможно, даже более эффективной маскировки от иммунной системы. Чтобы достоверно определить, почему скопления раковых клеток справляются лучше отдельных клеток, необходимы дополнительные исследования — вполне возможно, что чем крупнее группа, тем проще ей выжить и размножиться, хотя некоторые исследования указывают на то, что присутствие определенных «вспомогательных» клонов также может помогать колонии раковых клеток.

Подобная закономерность — более высокие шансы выживания группы в суровых условиях по сравнению с отдельными особями — наблюдается во многих системах. Она отчетливо прослеживается во многих человеческих сообществах, где люди едва сводят концы с концами. Там люди живут группами, так как поодиночке у них попросту нет шансов.

Изменчивость среды обитания — с точки зрения успеха в поисках пищи, вероятности болезней и травм, возможных стихийных бедствий и экстремальных погодных условий — значительно усложняет выживание отдельных людей. Аналогично, социальные насекомые, такие как пчелы и муравьи, в ходе своей эволюции пришли к жизни огромными колониями, которым проще приспосабливаться к суровым условиям среды обитания, не говоря уже о возможности массового разделения труда. Сходства между колониями раковых клеток, человеческими группами и колониями пчел поражают воображение. Возможно, нам удастся лучше понять эволюционную динамику колоний раковых клеток, если мы рассмотрим давления отбора, способствующие эволюции социальных взаимодействий у других видов.

Если говорить в общем, жизнь большими группами помогает индивидам разделять риски, что увеличивает их шансы на выживание в тяжелых условиях. В этих ситуациях они становятся более зависимыми друг от друга в вопросах выживания и размножения, что приводит к усилению эволюционной взаимозависимости. Под этим подразумевается ситуация, когда успешная передача генов следующему поколению зависит от помощи индивидов друг другу.

Эволюционная взаимозависимость у людей зачастую наблюдается в ситуациях, когда выживание или репродуктивный успех отдельного человека неразрывно связаны между собой (например, в брачных отношениях, когда на кону выживание и успех общего потомства), во время войн (когда выживание солдат зависит от их помощи друг другу), а также в суровых и непредсказуемых условиях среды обитания (когда в одиночку не выжить). В случае раковых клеток эволюционная взаимозависимость, скорее всего, наблюдается, когда скопление клеток мигрирует в новую суровую среду обитания, в которой им не уцелеть без сотрудничества.

Если выжить можно только вместе, то недобросовестные клетки обречены на гибель, если не смогут быстро найти готовые к сотрудничеству клетки, которые можно было бы использовать в своих интересах. Вполне возможно, что в суровых условиях создается давление отбора в пользу клеточного сотрудничества на границе опухоли, особенно во время инвазии и метастазирования. В следующем разделе мы как раз и поговорим о том, может ли естественный отбор способствовать сотрудничеству между раковыми клетками при образовании опухолевых метастазов.

В ходе эволюции социальные насекомые пришли к невероятно высокому уровню взаимодействия в колониях, включая появление классов стерильных рабочих. Тому было несколько причин. Эти колонии часто состоят из особей с высоким уровнем родства, благодаря чему любые гены, способствующие преданному труду рабочих во благо королевы, имеют высокий шанс быть переданными потомству. (У многих социальных насекомых наблюдается так называемая гаплодиплоидия: самцы развиваются из неоплодотворенных яиц, и, как результат, они несут в два раза меньше генетического материала, чем самки. Таким образом, у рабочих, рожденных от одной королевы, которая спаривалась только один раз, будет три четверти общих генов, в то время как обычно у потомков одной пары особей общая только половина генов.) Помимо того, что высокий уровень родства между особями повышает жизнеспособность сотрудничества, особенности популяционной структуры колоний социальных насекомых также позволяют колониям с высоким уровнем сотрудничества между собой добиваться большего успеха, чем тем, в которых этот уровень более низкий. Такие колонии могут объединяться в популяцию групп — метапопуляцию, — в результате чего в рамках такой популяции в целом уровень взаимодействия может увеличиваться, даже если в каждой отдельной группе недобросовестные особи получают большую выгоду. Это тот самый процесс многоуровневого отбора, о котором мы говорили в третьей главе, рассматривая одновременный отбор на нескольких уровнях (например, на уровне отдельных особей отбор может идти в пользу недобросовестных индивидов, в то время как на уровне колоний отбор будет способствовать усилению сотрудничества).