Секс як у грибів. Українські науковці у США описали важливий механізм розвитку ракових пухлин
Між раковими клітинами може відбуватися щось на зразок сексу — вони зливаються, щоб оновити гени для своїх нащадків. Це добре для пухлини, складно для лікарів і погано для хворої людини.
У січні престижний журнал Nature Ecology & Evolution надрукував статтю, присвячену першому ґрунтовному дослідженню цих процесів. Про них hromadske розповіла співавторка публікації — Дарія Мірошниченко.
Навіщо раковим клітинам різноманіття
У людському тілі — 30 трильйонів клітин. Усі вони дуже різні, але практично кожна має однаковий набір генів. Просто в різних видах клітин одні гени працюють, а інші «сплять». Тому клітини мають різний вигляд і роблять різну роботу. Але все це стосується нормальних клітин.
У ракових клітинах усе може бути зовсім інакше — набір генів у них далекий від стандартного. Якісь гени тут узагалі зникають, інші, навпаки, представлені багатьма копіями, отже, працюють посилено. Навіть кількість хромосом у таких клітинах зовсім не обов’язково становитиме 46. До того ж у межах однієї пухлини вона теж може відрізнятися в різних клітинах.
Ракова пухлина навмисно створює таке різноманіття клітин. Якісь із них завдяки своєму набору генів краще пристосовані до умов, у яких вони перебувають, а інші — гірше. Тому одні виживуть, а решта — ні.
Саме так — у пухлині відбувається щось дуже подібне до природного добору, де виживає та залишає по собі нащадків той, хто краще пристосований. Інші помирають, але головне, що популяція продовжує існувати.
Навіщо потрібен секс
Серед людей (як і серед інших тварин) також є ті, хто пристосований краще, а є ті, хто гірше. Ми зараз говоримо про наші гени. У кожного вони різні — завдяки сексу. Це означає, що тато й мама з різними генами поєднують їх, і на світ з’являється нова людина з новим набором генів.
Якби не секс, ми були б дуже схожими. Різниця між нами виникала б хіба що завдяки випадковим мутаціям, але це дуже повільний процес, якщо порівнювати зі статевим розмноженням.
Ракові клітини знають різні способи, як змінити свої гени, щоб відрізнятися одна від іншої. Це, наприклад, різні види мутацій, або «перемішування» генів.
Але такого ефективного механізму, як секс, у них немає. Принаймні так вважалося донедавна, поки за дослідження не взялися науковці з Центру раку і науково-дослідного інституту ім. Лі Моффіта, що у Флориді.
Двоє з них — Дарія Мірошниченко та Андрій Марусик — походять з України й розпочинали свою наукову кар’єру в Інституті молекулярної біології та генетики НАН України.
Клітини можуть зливатися
До цього вже було відомо, що в людському організмі ракові клітини можуть зливатися зі здоровими. У деяких випадках було показано, що в такий спосіб ракові клітини підвищують свою здатність до міграції.
Відомо також, що під дією деяких вірусів можуть зливатися між собою здорові клітини, і таке злиття гіпотетично може запускати розвиток пухлини чи давати йому новий поштовх. Зрештою, про те, що дві ракові клітини також іноді зливаються, дослідники теж знали. Але це порівняно рідкісне явище, і навіщо воно потрібне та наскільки взагалі важливе — ніхто ґрунтовно не досліджував і не розумів.
Червоні, зелені та жовті
Для своїх експериментів група Андрія Марусика обрала культуру клітин так званого тричі негативного раку молочної залози. Це один із видів раку, проти якого немає таргетної (специфічної) терапії, тому лікувати його можна лише за допомогою універсального методу — хімієтерапії.
Щоб побачити процес злиття ракових клітин, дослідники позначили їх спеціальним білком, який світиться певним кольором. Частину — червоним, а іншу частину — зеленим. Для цього в геном клітини вбудовується особливий ген, що кодує такий білок. Завдяки йому через мікроскоп можна відстежувати долю конкретних клітин та їхніх нащадків.
За деякий час дослідники виявили жовті клітини — ті, в яких одночасно опинилися обидва білки (червоний та зелений «змішалися» і дали жовтий колір). Це означає, що такі клітини утворилися шляхом злиття двох «різнокольорових». Але найцікавіше було далі.
Клітини, що утворилися через злиття двох інших, починали ділитися й утворювали цілі нові «колонії». Але якщо клітина-засновниця колонії містила повний набір генів, який вона отримала від двох материнських клітин, то з кожним наступним поділом її нащадки «губили» ті чи інші непотрібні їм фрагменти генів.
У результаті «населення» однієї колонії виявилося дуже неоднорідним генетично — ніби з’явилося на світ унаслідок сексу.
Цікаво, що парасексуальний процес, дуже подібний до цього, відбувається в деяких грибів. Зокрема, так розмножуються дріжджі кандида біліюча (Candida albicans), які живуть в організмі більшості людей і за певних обставин можуть спричиняти захворювання.
Слово за математичною онкологією
Автори роботи також провели математичне моделювання того, як еволюціонує пухлина, якщо в ній відбувається процес злиття клітин. Для таких досліджень у Центрі існує спеціальний департамент математичної онкології.
Виявилося, що навіть невелика частка клітин, які зливаються між собою, суттєво прискорює процес еволюції пухлини.
«Цінність роботи в тому, що за допомогою математичного моделювання нам вдалося продемонструвати: навіть незначна кількість (менше ніж один відсоток) ракових клітин, які зливаються, призводить до великого різноманіття клонів — клітин із різними геномами», — пояснює Дарія Мірошниченко.
Вона наголошує на тому, що робота має фундаментальний характер. Це означає, що вона розкриває певні механізми, які керують розвитком ракових пухлин. Зокрема, парасексуальний процес пояснює, чому ракові пухлини часто так добре здатні опиратися лікуванню та знаходити «обхідні шляхи» для свого розвитку.
Готових рішень для клінічного застосування ця робота не передбачає, але завдяки їй такі рішення можуть знайти інші дослідники в наступних роботах.