Мэтт Ридли - Геном

Ген ТР53 впервые был обнаружен Дэвидом Лэйном (David Lane) в Данди (Dundee), Великобритания. Сначала его при­няли за онкоген. Лишь позже стало известно, что его роль состоит в подавлении раковых клеток. Лэйн со своим кол­легой Питером Холлом (Peter Hall) как-то раз в пабе спори­ли о назначении гена ТР53, и Холл предложил на себе, как на морской свинке, доказать противораковую роль гена. Чтобы получить разрешение для проведения опытов на животных, нужно было ждать месяцы, а волонтер был ря­дом. Холл несколько раз облучил небольшой участок кожи на руке, а Лэйн в течение двух недель брал образцы ткани для биопсии. Было обнаружено существенное повышение содержания в клетках белка р53 — продукта гена TP у после­довавшее вслед за облучением. Эксперимент показал, что ген включается в ответ на действие канцерогенного факто­ра. Лэйн продолжил исследования белка р53 как противо­ракового препарата. К моменту выхода этой книги в свет в Данди должны были начаться клинические испытания препарата на группе добровольцев под контролем врачей. Небольшой шотландский городок в устье Тэи, который до сих пор славился лишь мешковиной и мармеладом, посте­пенно превращается в мировой центр онкологических ис­следований. Белок р53 стал уже третьим перспективным противораковым препаратом, разработанным учеными Данди.

Мутация в гене ТР,3 — одно из необходимых условий ле­тального рака. В 55% случаев рака у людей в раковых клет­ках обнаруживается дефект этого гена, а при раке легких мутация обнаруживается более чем в 90% случаев. У людей с врожденным дефектом гена ТР53 хотя бы на одной хро­мосоме вероятность возникновения онкологических забо­леваний в юном возрасте достигает 95%. Возьмем, напри­мер, рак прямой кишки. Обычно эта болезнь начинается с мутации в гене-супрессоре АРС. Если в развившемся по­липе произойдет следующая мутация в онкогене RAS, то на месте полипа появляется опухоль аденома. Заболевание переходит в более опасную фазу после третьей мутации в одном пока неопределенном гене-супрессоре. Но опухоль становится летальной карциномой только после того, как произойдет четвертая мутация в гене ТР53. Похожие схемы развития применимы к другим формам рака. И всегда по­следней происходит мутация в гене ТРЧГ

Теперь вы видите, почему ранняя диагностика рака так важна для его успешного лечения. Чем больше становится опухоль, тем большей становится вероятность очередной мутации как в силу общей теории вероятности, так и в ре­зультате все ускоряющейся частоты деления клеток, что ведет к ошибкам в геноме. У людей, предрасположенных к онкологическим заболеваниям, часто обнаруживается мутация в так называемых генах-мутаторах, что ведет к воз­растанию числа случайных мутаций в геноме. К таким ге­нам, скорее всего, относятся гены рака молочной железы, BRCA/ и BRCA2, о которых мы говорили при рассмотрении хромосомы 13. Раковые клетки находятся под прессом та­кого же эволюционного процесса, который довлеет над популяцией кроликов. Точно так же, как потомки быстро размножающейся пары кроликов вскоре вытесняют своих более пассивных соседей, в раковой опухоли линии быстро растущих клеток вытесняют умеренно растущие клетки. Так же, как в популяции кроликов выживают и оставляют потомство лишь те из них, кто умело прячется от сов и ли­сиц, в раковой опухоли из множества мутаций отбираются только те, которые помогают раковым клеткам успешно противостоять защитным силам организма. Развитие рако­вой опухоли происходит в точном соответствии с эволюци­онной теорией Дарвина. Несмотря на огромное разнообра­зие мутаций, течение онкологических заболеваний сходно в большинстве случаев. Мутации случайны, но направлен­ность селективного процесса и его механизмы одинаковы для всех людей.

Также становится понятным, почему вероятность возник­новения онкологических заболеваний удваивается с каждым десятилетием нашего возраста, являясь преимущественно болезнью пожилых людей. В результате случайных мутаций у части людей в популяции рано или поздно происходят му­тации в генах-супрессорах, таких как TP г или в онкогенах, что ведет к необратимым и часто фатальным последствиям. Доля онкологии среди причин смерти людей колеблется от 10 до 50% в обратной зависимости от уровня развития медицины. Чем лучше врачи справляются с другими забо­леваниями, тем дольше становится средняя продолжитель­ность жизни и, соответственно, тем больше мутаций чело­век успевает накопить, и тем более вероятным становится возникновение онкологических заболеваний. Вероятность того, что в результате случайных мутаций будут поврежде­ны важные гены-супрессоры и активизированы опасные онкогены, чрезвычайно мала. Но если мы умножим эту ве­роятность на число клеток в организме и число делений, то к определенному времени эта вероятность перейдет в зако­номерность. «Одна фатальная мутация на 100 триллионов клеточных делений становится не такой уж редкостью», — сказал по этому поводу Роберт Вайнберг (Robert Weinberg 1998. One renegade cell. Weidenfeld and Nicolson, London).

Давайте ближе познакомимся с геном ТР5Г Ген состоит из 1 179 «букв» и кодирует довольно простой белок р53, ко­торый достаточно быстро разрушается в клетке другими белками и «живет» в среднем не более 20 мин. Более того, все это время белок р53 находится в неактивном состоя­нии. Но как только в клетке возникают определенные сиг­налы, синтез белка стремительно возрастает, а его деграда­ция ферментами клетки прекращается. Что это за сигналы, до сих пор не ясно. Определенно, фрагменты ДНК, обра­зующиеся в результате разрушения или неправильного ко­пирования хромосом, являются одним из таких сигналов. Разорванные фрагменты ДНК также влияют на активность самого белка р53. Как бойцы спецназа, молекулы белка бросаются в схватку. Можно представить себе, что лихой белок р53 выходит на сцену и заявляет: «С этого момента управление операцией я беру на себя». Основная функция белка р53 состоит во включении в работу других генов и белков. Дальше события развиваются по одному из следую­щих сценариев: либо клетка прекращает пролиферацию и репликацию ДНК до того момента, пока ситуацию прояс­няют специальные репаративные белки, либо включается программа на самоуничтожение.

Еще одним сигналом, активизирующим белок р53, яв­ляется недостаток кислорода в клетке, что характерно для раковой опухоли. Внутри быстро растущей опухоли нару­шается кровоснабжение, и клетки начинают задыхаться. Злокачественные новообразования справляются с этой проблемой за счет выработки специальных гормонов, ко­торые заставляют организм взращивать новые артерии для питания опухоли. Именно этим артериям, напоминающим клешни рака, опухоль обязана своим названием, используе­мым еще в Древней Греции. Целое направление в разработ­ке лекарств от рака посвящено поиску веществ, которые блокируют процесс ангиогенеза—образования новых крове­носных сосудов в раковой опухоли. Но обычно белок р53 разбирается в ситуации еще до того, как опухоль приступит к ангиогенезу, и уничтожает ее на ранних стадиях разви­тия. В тканях с плохим кровоснабжением, таких, как кожа, сигнал недостатка кислорода недостаточно четок, что по­зволяет опухоли развиться и нейтрализовать белок р53. Вероятно, поэтому меланома кожи столь опасна (Levine А. J. 1997. Р53, the cellular gatekeeper for growth and division. Cell 88: 323-331).

He удивительно, что белку p53 присвоили имя «защит­ник генома», или даже «Ангел-хранитель генома». Ген 7Р53 представляет собой что-то вроде капсулы с ядом во рту сол­дата, которая растворяется только при первых признаках измены. Такое самоубийство клеток называют стоппюзисом, от греческого слова, обозначающего осенний листопад. Это наиболее эффективное естественное средство борь­бы с раком, последняя линия обороны организма. Сейчас все больше накапливается сведений о том, что почти все современные успешные средства лечения рака так или ина­че оказывают влияние на белок р53 и его коллег. Раньше считалось, что эффект радиотерапии и химиотерапии сво­дится к разрушению ДНК в быстро делящихся клетках. Но если это так, почему в одних случаях лечение эффективно, а в других — не оказывает никакого эффекта? В развитии любой раковой опухоли наступает момент, когда ее клетки перестают реагировать на радио- и химиотерапию. Какова причина этого? Если терапия просто убивает растущие клетки, эффективность лечения должна только увеличи­ваться по мере ускорения роста опухоли.

Скотт Лоу (Scott Lowe) из лаборатории Колд-Сприн- Харбор нашел ответ на этот вопрос. «Противоопухолевая терапия действительно, повреждает в некоторой степени ДНК в растущих клетках, — сказал он, — но в недостаточ­ной степени, чтобы убить их». Зато фрагменты разрушен­ной ДНК являются лучшими стимуляторами активности белка р53, который запускает процесс самоуничтожения раковых клеток. Таким образом, радио- и химиотерапия больше напоминает вакцинацию — процесс активизации внутренних защитных сил организма. Вскоре появились экспериментальные данные, подтверждающие теорию Лоу. Облучение, а также химические вещества 5-фторурацил, этопозид и доксорубицин, часто используемые в химиоте- риппп, вызывали аиоитозис в лабораторной культуре тка­ней, инфицированной онковирусом. А в тех случаях, когда на поздних стадиях заболевания раковые клетки перестают реагировать на терапию, этому всегда сопутствует мутация в гене ТР5Г У неподдающихся лечению опухолей кожи, лег­ких, молочной железы, прямой кишки, крови и простаты мутация в гене ТРЧЗ происходит еще на ранних стадиях раз­вития болезни.