Карин Мёллинг - Вирусы: Скорее друзья, чем враги

Раус и его коллеги просто не догадались, что использовали «не тех» цыплят. Возможно, знание этого не помогло бы Раусу, поскольку, принимая во внимание подобные исключения, его концепция не была достоверной. Но он сдался! Он не понял значимости своего наблюдения для переноса опухоли у животных! Тем не менее позже его признали «отцом онкогенных вирусов», и первый открытый онкогенный вирус был назван в его честь вирусом саркомы Рауса (ВСР). В 1966 г., через 55 лет после своего открытия, Раус получил Нобелевскую премию. Ему исполнилось 87 лет. Его номинировали на Нобелевскую премию за 40 лет до этого, но в то время ему ее не присудили. Он разработал метод выращивания вируса в хорионаллантоисных мембранах куриных яиц (напоминает небольшой воздушный пузырь). В это трудно поверить, но данным старинным способом мы до сих пор пользуемся для получения миллионов доз вакцины от вируса гриппа. Этот же метод мы применили для проверки предполагаемого случая заражения оспой в 1970-х гг. Тогда в Институте Роберта Коха (Берлин) при помощи специального инструмента мы вскрывали скорлупу, помещали туда подозрительный образец, закрывали скорлупу и инкубировали яйца в целях выращивания вируса – в такой питательной среде он рос невероятно быстро!

Вирусный белок v-Src многофункционален. Одиночная многофункциональная молекула задействована на нескольких этапах образования опухоли. v-Src короче аналогичного клеточного белка с-Src на семь из 536 аминокислот. Такое изменение может показаться незначительным, но вирусы всегда ищут простые решения, и небольшое уменьшение числа аминокислот имеет колоссальные последствия – потерю связывания с внутренней стороной клеточной поверхности, что обусловливает неконтролируемый рост клеток и развитие рака. Потеря даже одной кислоты на конце имеет серьезные последствия – поведение клетки приобретает метастатический характер. Обнаружив это явление, мы были настолько удивлены – в это было очень трудно поверить, – что стали его анализировать. Мы объяснили это потерей способности белка связываться с супрессором опухоли, что имеет серьезные последствия, ведет к потере контроля над межклеточным взаимодействием, вследствие чего у клеток появляется возможность менять свою локацию, вызывая метастазы. Следующий сюрприз заключался в том, что столь крошечная потеря одной аминокислоты вызвала изменение почти сотни других клеточных функций. (Мы показали это, проведя анализ профиля экспрессии метастатических клеток. Более подробно эта процедура описана в главе, посвященной «-омикам».)

Вирусные промоторы (длинные концевые или LTR-последовательности) интенсифицируют синтез белка v-Src. Это обусловливает сверхэкспрессию онкогена, что является опасным дозозависимым эффектом. Вирусные промоторы обычно регулируют репликацию вируса внутри клетки, обходя изменение функции клеток, так называемое «эгоистическое поведение» вирусов. Такие вирусные промоторы обладают самыми мощными свойствами, известными в биологии, – усиливают экспрессию вирусных генов, что приводит к выраженной передозировке онкогена, «промоутируя» развитие рака. Это любимые инструменты для экспрессии генов во всех биомолекулярных лабораториях.

В Сан-Франциско в 1970-х гг. Джон Майк Бишоп и его ассистент-постдокторант Гарольд Вармус использовали белок Src в качестве модели для исследования рака. Они пытались выяснить происхождение этого вируса и обнаружили его везде – от мух до слонов, в нормальных клетках, совершенно свободных от рака. Это было загадочно и, казалось, предполагало системную ошибку. Они отозвали свою статью, которая была уже принята к публикации и материалы которой уже начали циркулировать в Институте вирусологии Общества Макса Планка (Тюбинген).

Проблема заключалась в том, что применявшиеся методы не позволяли отличать нормальные гены Src от онкогена: немного более короткая версия этого гена (онкоген) выглядела так же. Джон Майк Бишоп и Гарольд Вармус решили эту проблему и в 1989 г. получили Нобелевскую премию за свою работу. Я присутствовала на их чествовании в лаборатории в Колд-Спринг-Харбор. Майкл был в смокинге и держал в руках рукопись – обычно для обсуждения она никогда не была ему нужна. Вармус (который, насколько я помню, приезжал на все мероприятия, проводившиеся в Европе, на велосипеде и был настолько мокрым, что хоть выжимай) выглядел энергичнее большинства присутствовавших! Они вдвоем пришли ко мне в лабораторию в Обществе Макса Планка (Берлин) и спрашивали о диких кабанах на территории охотничьего замка Грюневальд, упомянутого в путеводителе, – раньше мне никогда не задавали таких вопросов. Питер Фогт из Лос-Анджелеса, поставлявший вирус саркомы Рауса, тоже внес свой вклад в исследования. Кроме того, берлинец Питер Дюсберг вместе со Стивом Мартином (в настоящее время оба работают в Беркли), проведя важный эксперимент, показали, что генетически модифицированный инактивированный Src не вызывает развития опухоли. Это стало последним весомым доказательством того, что Питер Дюсберг – адвокат дьявола и всегда придерживался точки зрения, противоположной мнению научного сообщества (всегда напоминал Мефистофеля из «Фауста» Гёте). Он неоднократно оказывался прав, но жестоко ошибся, когда отверг идею о том, что ВИЧ является причиной СПИДа. Я помню, как он говорил это нескольким сотням слушателей во время подиумных обсуждений в Университете им. Гумбольдта в Берлине. Я считала эту точку зрения опасной и вводящей в заблуждение. Мы с ним не раз устраивали научные дискуссии, никогда не приходили к общему мнению, но всегда оставались друзьями.

Ретровирус может вызвать развитие рака даже при отсутствии онкогена. Интеграция ДНК провируса в клеточный геном чрезвычайно опасна для клетки. Где бы такая интеграция ни происходила, она происходит случайным образом и может обусловить «генотоксический» эффект, повреждая гены, ДНК. К числу наиболее значимых факторов развития рака относятся, в частности, нездоровый образ жизни и факторы среды, в том числе курение, алкоголь, действие ядовитых веществ, выхлопные газы, заражение, радиоактивность (хотя в настоящее время этот фактор считается менее опасным, чем ранее), дым из труб. Многие трубочисты умерли от рака яичек – так впервые были выявлены «средовые» канцерогены. Относительно недавно было установлено, что некоторые бактерии, населяющие желудок, являются потенциальными канцерогенами. Мы до сих пор не знаем всех факторов. Кроме того, пока неизвестна роль следующих факторов: время воздействия, дозозависимость и комбинация факторов.

Благодаря онкогенным вирусам мы поняли, как под действием онкогенов развивается рак. Как это ни парадоксально, но лучше всего исследованными ДНК-онкогенными вирусами являются вирусы животных, которые обычно у человека не вызывают развитие заболевания, – Simian virus 40(SV40) и Polyoma virus (PY). Обычно эти вирусы не ассоциируются с раком у человека, и все же оба очень важны для понимания молекулярных механизмов злокачественных перерождений. Наш выбор объяснялся просто: у нас была качественная клеточная культура и животные системы. Кроме того, благодаря этим вирусам мы определили, что они вызывают развитие рака только в редких случаях в так называемых непермессивных клетках, где вирус не реплицируется, а скорее, интегрирует свои геномы в клетку-хозяина. В пермиссивных клетках вирусы реплицируются и оказывают лизирующее действие на клетки, высвобождая потомство – вирусные частицы, не индуцируя при этом развитие рака. Интеграция в непермессивные клетки опасна и может вызвать рак в клетках животных. Кроме того, интеграция является признаком онкогенности ретровирусов даже при отсутствии онкогена, и тогда медиаторами этого процесса являются «мощные» промоторы – LTR-последовательности, которые обычно обеспечивают экспрессию вируса, но могут добраться и до соседних генов и внести путаницу в их экспрессию. Сверхэкспрессия или дерегулирование генов может привести к некорректной дозировке или активации в несоответствующий момент времени. Это явление называется «вставочный мутагенез» или «даунстрим-стимулирование». Только недавно было установлено, что в нашем геноме находится большое количество вирусных промоторов – одиночных LTR-последовательностей, которые являются «остатками» после встраивания ретровирусов в наш геном, произошедшего примерно 100 млн лет назад! В нашем геноме содержится около 0,5 млн таких одиночных LTR-последовательностей – остальная часть вируса утеряна. Звучит немного угрожающе, и в настоящее время ученые задаются вопросом, сохранили ли эти последовательности способность вызывать рак. Наши клетки могут им противостоять и подавлять их активность, особенно на этапе эмбриогенеза, для защиты следующего поколения. Достаточно ли этого?