Мальчик, который не переставал расти… и другие истории про гены и людей

Фундаментальная составляющая жизни — рост. При зачатии вы состояли из одной-единственной клетки. По клеточным меркам она была огромной — шириной в волос, но все-таки крошечной. Одной из важнейших задач этой клетки был рост за счет деления. По мере того как она делилась, все структуры новых дочерних клеток получали сигналы в свою очередь плодиться и размножаться. Клетки подчинялись этим сигналам, а обильный приток питательных веществ от вашей мамы способствовал тому, что подчинялись они с большим энтузиазмом.

Все шло хорошо, но лишь до поры до времени. На определенном этапе развития уже недостаточно быть непрерывно растущим шариком из клеток. Вам нужно было обрести форму. При этом необходимо, чтобы одни части тела продолжали расти, а другие прекратили рост. Некоторым клеткам даже пришлось умереть. Через шесть недель после зачатия вы весили в 500 раз больше, чем оплодотворенная яйцеклетка. Если бы вы продолжали расти в таком же темпе, то в возрасте менее одного года весили бы больше, чем планета Земля.

А значит, чтобы уравновесить это первичное ускорение деления, вашим клеткам понадобились тормоза. Им также понадобилось много всего прочего, поскольку пришлось принимать самые разнообразные решения. Какой конец верхний, а какой нижний? Какая сторона правая, какая левая? Существуют парные гены под названиями LEFTY1 и LEFTY2[22], отчасти отвечающие на этот вопрос. Как только у вас обозначились верх и низ, правое и левое, у вас также появляются перед и зад. На этой стадии вы пока еще почти бесформенный комочек, но вы уже развиваетесь в правильном направлении.

Тому, что обычно происходит дальше, присуща чудесная сложность. Белки обмениваются сигналами в своеобразном танце; клетки получают инструкции, в которых сообщается их будущая судьба. Ты и все твое потомство будете клетками кожи. Ты будешь нервной клеткой. Ты — клеткой печени. Растите вдоль этой линии. На этом месте перестаньте расти. Принимайтесь за свою работу, какова бы она ни была: сокращаться, чтобы сердце билось; подавать электрические сигналы, чтобы работал мозг; фильтровать кровь, очищая ее и превращая в мочу.

Но для некоторых клеток послание гласит: умрите. Это важно во всех отношениях: существует процесс так называемой запрограммированной клеточной смерти, удаления ненужных клеток. Проще всего представить это на примере конечностей. Ваша рука вначале была крошечной шишечкой, затем выросла и превратилась в плавник. Ваша кисть сформировалась как утолщение на конце плавника. Чтобы получились пальцы, понадобилось, чтобы клетки в промежутках между пальцами исчезли — и они исчезли.

Послание, приказывающее клеткам умереть, сохраняет важность и в дальнейшей жизни. Больные или поврежденные клетки могут запустить процесс собственного уничтожения. Если этого не происходит, больная клетка может создавать проблемы, потребляя слишком много ресурсов, отравляя соседние клетки или просто мешая их работе. Или даже превратиться в раковую.

Итак, сигналы бывают трех типов. «Расти» — сигнал к ускорению. «Перестань расти» — сигнал к торможению. И сигнал «умри». Все они должны быть сбалансированы, причем неодинаково для разных типов клеток. Более того, для многих отдельных клеток тормоза полностью заблокированы. Например, как только клетка становится зрелым лейкоцитом, она в принципе больше не должна делиться. Когда она состарится, ей на смену придет стволовая клетка из костного мозга. Стволовые клетки дремлют, не развиваясь в полноценную специализированную клетку, пока не понадобятся; тогда они делятся, и одна из дочерних клеток развивается в нужную клетку крови (либо печени, либо мышц, в случае необходимости), а вторая отступает назад за кулисы, дожидаясь, когда снова станет нужна. Некоторые зрелые клетки (такие как клетки кожи) сохраняют способность делиться и обновляться.

Клетки некоторых тканей (хрящей, мозга) живут долго и редко нуждаются в замене. Но по большей части организм подвержен износу. Клетки кожи и кишечного эпителия постоянно слущиваются и заменяются новыми. Быстрый рост и замена клеток создают условия для поломок, поэтому рак кожи и кишечника — распространенные заболевания.

При каждом делении клетки ее ДНК должна копироваться. Два комплекта из 3 млрд единиц информации копируются за считаные часы в микроскопическом пространстве. Естественно, случаются ошибки. Они происходят постоянно. В основном их отлавливают и исправляют корректоры, имеющиеся у генома. Но во многих случаях корректоры ошибаются. У среднестатистического человека в организме, вероятно, 30 трлн клеток (col1¦1¦)[23]. А значит, в течение среднего срока человеческой жизни^{12} они переживают около 10 квадрлн делений^{13} (10 000 000 000 000 000). Это намного превышает численность самих клеток, поскольку для превращения оплодотворенной яйцеклетки во взрослого человека требуется очень много делений и поскольку отмершие клетки нужно непрерывно заменять новыми.