Карл Циммер - Она смеется, как мать [Могущество и причуды наследственности] [litres]

Как и ранее немецкому ученому, американским исследователям удавалось замечать только крупномасштабные изменения в хромосомах. У следующих поколений ученых появились технологии, позволяющие им значительно подробнее изучать ДНК в раковых клетках, секвенируя целые опухолевые геномы [817] Griffith et al. 2015. . И при более пристальном взгляде обнаружилось, что здоровую клетку могут превратить в раковую гораздо меньшие перемены, чем те, что наблюдали Хангерфорд и Ноуэлл.

Здоровые клетки производят белки, не позволяющие клетке стать раковой. Потеря короткого фрагмента ДНК или ошибочное прочтение всего лишь одного основания может отключить эту защиту, и тогда клетки начнут безудержно делиться. К примеру, некоторые гены отвечают за производство белков, регулирующих скорость роста и деления клеток. Выключение одного из них уподобится отказу тормозов в машине, мчащейся вниз по склону. Последующие мутации смогут подтолкнуть потомков этой клетки ступить на путь к раку. Они окажутся способными сделать предраковые клетки невидимыми для иммунной системы, которая занимается, в частности, непрерывным поиском новых опухолей. Им удастся заставить клетки стимулировать прорастание кровеносных сосудов в этом новообразовании, чтобы обеспечить непрерывным питанием продолжающую расти опухоль.

Каждое новое поколение раковых клеток наследует эти опасные мутации, и к тому времени, когда из них разовьется полномасштабная опухоль, в ней могут быть уже тысячи новых мутаций, которых не было и нет в здоровых клетках. Такие мутации иногда позволяют раковым клеткам процветать за счет организма-хозяина, но они же иной раз приводят и к их повреждению. Мутации в митохондриальной ДНК могут оставить клетку без достаточного запаса энергии для роста. У раковых клеток для этой проблемы есть смелое решение: они крадут митохондриальные гены у здоровых клеток, чтобы заменить ими собственные поврежденные [818] Tan et al. 2015. .

Даже сложно себе представить, что может быть общего между раковой опухолью и розовым грейпфрутом. Однако и заболевание, и цвет обязаны своим появлением мозаицизму: в обоих случаях в организме обособляется линия клеток с мутациями, унаследованными от материнской клетки. Когда ученые наконец поняли, что рак – это смертельная форма мозаицизма, они задумались о том, сколько же может быть еще и других форм.

По мере того как исследователям удавалось проводить все более подробные наблюдения деления клеток в организме, простая арифметика подсказала им, что мозаицизм может встречаться везде [819] См.: Campbell et al. 2014; Forsberg, Gisselsson, and Dumanski 2016. . К тому времени как человек становится взрослым, из единственной оплодотворенной яйцеклетки получается примерно 37 трлн клеток. Каждый раз, когда какая-нибудь клетка делится, она должна создавать новую копию 3 млрд пар оснований ДНК. Как правило, наши клетки управляют этим копированием с изумительной точностью. Если они допустят ошибку, одна из дочерних клеток приобретет новую мутацию, которой не было при зачатии. И если эта дочерняя клетка произведет линию потомков, мутацию способна унаследовать достаточно большая группа клеток. Зная частоту возникновения соматических мутаций, ученые подсчитали, что у каждого из нас может быть более десяти квадриллионов [820] В принципе, для этого числа есть сокращение – квадрлн, – но так выглядит более внушительно. Поскольку автор – американец, он, скорее всего, имеет в виду значение 10 15 . Английский квадриллион равен 10 24 . – Прим. ред. новых мутаций.

Но простой арифметики недостаточно, чтобы точно описать природу мозаицизма. Существует вероятность, что после возникновения мутации клетка погибнет. В наших телах может происходить своеобразный внутренний естественный отбор, благоприятствующий клеткам, которые сохранили тот геном, что был у оплодотворенной яйцеклетки. Кроме того, некоторые мутации могут быть безвредны и накапливаться, не оказывая никакого влияния – ни плохого, ни хорошего. Не имея технологий для проверки ДНК, ученые не могли найти подтверждений ни для одной из этих возможностей. Им удавалось описывать новые примеры мозаицизма у человека, только когда его проявлений было сложно не заметить.

Вот пример. 5 августа 1959 г. в Медицинском центре Нью-Йоркского университета родился ребенок одновременно с пенисом и влагалищем, но без семенников [821] Hirschhorn, Decker, and Cooper 1960. . Врачи взяли клетки костного мозга новорожденного, чтобы изучить его половые хромосомы. Из 20 клеток, которые были исследованы медиками, восемь содержали мужской набор: одну X- и одну Y-хромосому. А в 12 была только одна X-хромосома.

Врачи поняли, что первоначально в зиготе присутствовали X- и Y-хромосомы. Но на каком-то этапе беременности делящаяся клетка эмбриона случайно не передала Y-хромосому одной из дочерних. Без Y-хромосомы дочерняя клетка не могла вырабатывать некоторые белки, участвующие в формировании мужской анатомии. Она разделилась и дала начало другим клеткам без Y-хромосомы, способствовавшим образованию некоторых женских анатомических особенностей. Ребенок получился мозаичным, с клетками XY и X0.

По мере того как ученые выясняли все больше подробностей о развитии эмбрионов, оказывалось, что другие признаки тоже обусловлены мозаицизмом. Линии Блашко, например, видны уже при рождении ребенка, следовательно, существует вероятность какого-то генетического нарушения. Но генетики не обнаруживали родственников такого ребенка с подобной проблемой – значит, эта мутация не передается от родителей к детям.

В 1983 г. группа израильских генетиков исследовала хромосомы мальчика, правая сторона тела которого была испещрена линиями Блашко [822] Chemke, Rappaport, and Etrog 1983. . Ученые взяли для изучения эпителиальные клетки из его мочи, клетки кожи рук и лейкоциты. В клетках кожи с правой руки и в половине лейкоцитов оказалась лишняя копия хромосомы 18. Остальные клетки были нормальными. Специалисты пришли к выводу, что хромосомная ошибка возникла на ранних этапах развития организма. Образовалась новая линия клеток, в каждой из которых была лишняя копия упомянутой хромосомы. Позже из этих клеток сформировались разные ткани, в том числе клетки иммунной системы и кожи. Видимые изменения появились за счет тех клеток кожи, где была мутация.

Джозеф Меррик тоже оказался мозаиком, хотя распутать его случай было очень сложно. В течение многих лет после смерти Человека-слона врачи в целом соглашались, что у него был нейрофиброматоз – наследственное заболевание, при котором нейроны склонны образовывать доброкачественные опухоли. Хотя у Меррика действительно имелись некоторые симптомы нейрофиброматоза, другие исследователи отмечали, что у него наблюдались и те, что не соответствовали диагнозу. Например, разрастание ступней не относится к симптомам нейрофиброматоза.