Джеймс Уотсон - ДНК. История генетической революции

Фолкман трагически скоропостижно скончался от сердечного приступа в январе 2008 года; это случилось в аэропорту, когда он направлялся в Денвер на конференцию. Поэтому ему не суждено было увидеть, как его идеи проверяются в клинике. Я чувствовал себя словно заблудшая душа, когда стоял на его похоронах вместе с его женой и дочерями на холодном продуваемом кладбище на севере Бостона. Я потерял своего героя, того, кто вселял в меня надежду, что большинство смертельных видов рака с поздними рецидивами вскоре будут излечимы.

Потеряв Джуду, вселявшего в меня такую уверенность, я вновь стал по несколько часов в день читать научную литературу об уничтожении раковых клеток. Вскоре я понял, что большинство молекул, наиболее эффективно применяемых при химиотерапии, – это оксиданты, которые, реагируя с кислородом, дают активные формы кислорода (ROS), в том числе супероксид (O 2 –), пероксид водорода (H 2O 2) и гидроксильный радикал (OH –).

У всех живых организмов химическое уничтожение клеток почти всегда происходит при помощи оксидантов, причем на молекулярном уровне это только улучшает выживаемость клеток, а не мешает ей. Следовательно, химиотерапия убивает раковые клетки точно так же, как и ионизирующее излучение. Тем не менее эффективность химиотерапии быстро понижается, поскольку обрабатываемые клетки развивают сопротивляемость, в частности производят антиоксиданты для борьбы с активными формами кислорода, например глутатион и тиоредоксин, противодействующие окислению.

Устойчивость к химическому воздействию развивается по отношению к активным формам кислорода, не только поступающего извне, но и образующегося внутри организма. Практически все RAS -активируемые клетки генерируют активные формы кислорода, передавая сигналы, которые сначала включают рибосомные механизмы синтеза белков, а затем добавляют молекулярную оснастку для цикла деления митотических клеток. Поэтому уровни активных форм кислорода в растущих клетках, претерпевающих клеточный цикл, неизбежно выше, чем в аналогичных им клетках, которые не делятся. Еще больше активных форм кислорода обнаруживается в раковых клетках, действующих на основе онкогенов (там, где сигнализация, стимулирующая клеточный рост, всегда включена). Серьезную проблему представляют критически высокие уровни активных форм кислорода при раке легких, поджелудочной железы и прямой кишки (управляемых онкогенами KRAS ). Соответственно, они генерируют и массу антиоксидантов, активируя фактор транскрипции NRF2 ; поэтому такие виды рака считаются видами, хуже всего поддающимся химиотерапии.

К счастью, сегодня онкологи все активнее принимают некогда вызывавшую неприятие идею о том, что выборочное уничтожение раковых клеток активными формами кислорода может быть связано с высокими уровнями активных форм кислорода, обусловленных действием онкогенов. Мнение обывателей заключается в том, что рак побеждает человека, потому что «такой здоровый» и на нем удобно создавать собственную среду для размножения клеток. На самом же деле опухолям в нашем организме не хватает многих важнейших питательных веществ, поскольку активные формы кислорода угнетают функцию митохондрий. «Здоровья» раку хватает лишь на то, чтобы как-то существовать. Однако что еслиудастся нарушить этот шаткий баланс, резко снизив в опухоли уровень антиоксидантов (то есть заблокировав синтез тех антиоксидантов, которых в клетках больше всего)?

Хотя наиболее активным антиоксидантом является глутатион, первые клинические испытания, в которых планировалось исследовать ингибирование его синтеза, почти не принесли результатов – возможно, из-за того что не удалось одновременно блокировать биохимический путь синтеза альтернативного антиоксиданта, тиоредоксина. Напротив, если одновременно отключить защитные биохимические пути обоих этих ключевых антиоксидантов, развитие различных патологических процессов быстро замедляется, а сами они протекают не так тяжело (подтверждено на подопытных животных). Лекарства, блокирующие биохимические пути глутатиона и тиоредоксина, применяются при лечении ревматоидного артрита и, возможно, скоро будут опробованы и в онкологических клинических испытаниях на людях. Уже существуют убедительные доказательства того, что регулярные инъекции витамина Е (мощного антиоксиданта) усиливают, а не угнетают рак легких и рак простаты у человека.

С той поры конца 1990-х, когда набирал обороты проект «Геном человека», удалось добиться серьезного прогресса и в описании онкологических процессов на генетическом уровне. Это было связано с появлением ДНК-чипов. Первопроходцами в этой сфере выступили Патрик Браун из Стэнфорда и Дэвид Ботстейн, а коммерческим распространением чипов занималась компания Affymetrix . Одновременно измеряя активность десятков генов в раковых клетках (подсчитывая, сколько фиксируется операций транскрипции РНК от каждого гена) и сравнивая результаты с показателями здоровых клеток, ученые смогли выявить характерные изменения уровня экспрессии генов в тех опухолях, которые под микроскопом казались совершенно идентичными.

Мутации раковых генов, классифицированные по биологическим функциям и биохимическим путям. В таблице перечислены важные гены, мутирующие в ходе различных клеточных процессов

К 1999 году удалось получить воспроизводимые опытным путем изменения в экспрессии генов и четко отделить клетки острого миелоидного лейкоза от клеток острого лимфобластного миелоидного лейкоза.

После первых исследований в этом направлении потребовалось почти десять лет, чтобы Элен Мардис и Рик Уилсон, тогда работавшие в Институте генома им. Макдоннелла при Вашингтонском университете в Сент-Луисе, сочли, что новые технологии секвенирования ДНК достаточно окрепли и можно взяться за полное секвенирование генома пациента, больного раком. Однако эксперты, оценивавшие заявку Элен Мардис и Рика Уилсона на грант, с ними не согласились. Элен Мардис вспоминала, что рецензенты «откровенно зарубили» ее планы; они подчеркивали, что разумнее было бы сосредоточиться на изучении отдельных генов или участков с активными мутациями, в не заниматься кропотливым секвенированием всего генома, потратив на это немалые деньги. Тем не менее команда из Сент-Луиса не отступилась, и вскоре усилия уже принесли первые плоды. Результаты полногеномного секвенирования первого ракового генома были опубликованы в 2008 году. Прошло более двадцати лет с тех пор, как мой друг, нобелевский лауреат Ренато Дульбекко, небесспорным образом поддержал идею секвенирования ракового генома. «Если мы хотим подробнее изучить рак, то сейчас должны сосредоточиться на свойствах клеточного генома, – писал он в комментарии в журнале Science . – Есть два варианта. Либо по одному выявлять гены, вызывающие злокачественные новообразования… либо в целом секвенировать весь геном».