Мятежная клетка. Рак, эволюция и новая наука о жизни

В отличие от большинства других одноклеточных существ, которые все время держатся особняком, Capsaspora в течение жизни пробует три разных варианта. Прежде всего эту амебу можно найти в виде отдельных клеток, плавающих в крови пресноводных улиток. Другим способом ее бытования оказывается компактная споровидная циста, которую формируют отдельные амебы. Наконец, наиболее любопытен третий тип. Реагируя на какой-то пока не опознанный сигнал, амебы вдруг начинают ползти друг к другу, сбиваясь в небольшую группу; в такие периоды они даже выделяют что-то вроде клея, который скрепляет их вместе. Именно здесь, в «серой зоне» между одноклеточностью и многоклеточностью, удобнее всего прояснить правила, регулирующие многоклеточную жизнь, а также разобраться в том, каким образом рак их ломает.

В генах Capsaspora Руис-Трилло и его команда обнаружили множество сюрпризов, которые могут пролить свет и на происхождение многоклеточных сообществ, и на источники рака. Как и следовало ожидать, у Capsaspora имеется полный набор генов клеточного цикла, которые позволяют ей воспроизводиться, а также все прочие механизмы, которые необходимы для создания клетки и обеспечения ее жизнедеятельности, например для «активации» и «отключения» генов или производства энергии. Но при этом интересующая нас амеба обладает и некоторыми другими генетическими функциями, которые представляются абсолютно ненужными, по крайней мере на первый взгляд.

Интересно, что в организме Capsaspora присутствуют практически все гены и молекулы, которые многоклеточные животные используют для формирования различных тканей. Более того, Руис-Трилло обнаружил в этом любопытнейшем одноклеточном предке почти каждую новацию, позже освоенную многоклеточной жизнью. Например, клетки Capsaspora производят молекулы, называемые интегринами, которые, покрывая поверхность клеток животных, позволяют им «склеиваться» и образовывать упорядоченные структуры. У Capsaspora также имеется самобытная версия генов, которые ранее считались атрибутом исключительно животного развития: именно они позволяют клеткам в стадии раннего эмбриогенеза определяться с тем, что в будущем организме будет верхом или низом, передом или задом, левым или правым.

Кроме того, имеются еще четыре или пять генов, которые внешне очень похожи на генетическую подборку, известную как «путь бегемота» (Hippo pathway) и отвечающую за то, насколько крупным станет тело животного. Руис-Трилло научился даже брать эти гены у Capsaspora и вводить в геном плодовой мушки, заставляя их контролировать размер ее глаз. У самой амебы, однако, глаза отсутствуют (да и любой другой орган тоже). Отсюда возникает вопрос: для чего же одноклеточному организму нужны молекулярные атрибуты сложного многоклеточного существа? «Все эти механизмы активируются, когда Capsa переходит из одной формы в другую – амеба превращается в цисту или циста в агрегат, – объясняет Руис-Трилло. – Этот процесс подобен дифференциации у более сложных животных, но здесь он расчленен во времени: сначала вы становитесь одним, затем другим, потом третьим. При этом каждой клетке в каждый определенный момент приходится сохранять лишь одну форму. В этом заключается серьезная проблема одноклеточного организма».

Ребенок, растущий в утробе матери, формирует сотни различных типов клеток, каждая из которых специализируется на выполнении конкретной задачи. Однако если бы мы были похожи на Capsaspora, нам пришлось бы проходить все стадии последовательно: сначала все наше тело становилось бы печенью, а затем мозгом или мускулатурой. Как показывают изыскания Руиса-Трилло, главное отличие людей и других сложных организмов от разрозненного коллектива амеб состоит в том, что в процессе эволюции наши клетки научились выполнять различные задачи одновременно. И хотя у Capsaspora есть все гены, необходимые для назначения различных функций, эта амеба не очень хорошо справляется с многозадачностью.

Более сложные организмы развили несколько уровней изощренных приспособлений, которые позволяют контролировать то, когда и где будут активированы их гены. Хотя многие из этих контролеров имеются и у Capsaspora, это создание лишено бесчисленного множества генетических «контрольных переключателей» дальнего радиуса действия, рассыпанных по всему геному сложных многоклеточных существ. Именно они запускают работу генов в нужное время и в нужном месте, заставляя организм в процессе его развития создавать необходимые виды тканей. Стоит обратить внимание на то, что в раковых клетках сбои происходят именно в дистанционных взаимодействиях между «переключателями» и генами.