Мятежная клетка. Рак, эволюция и новая наука о жизни

Чем бы ни была изначальная искра, кембрийский взрыв в основе своей стал генетическим бумом. Вместо медленного и ползучего процесса естественного отбора, подпитываемого небольшими мутациями, эволюция пошла полным ходом. Бурная экспериментальная перестройка, в которую оказались втянуты все структуры «монстров, подающих надежды», скорее всего, оказалась результатом беспрецедентной перетасовки генов, происходившей в ту пору, пока эти странные существа боролись за выживание в океане. Тем не менее, несмотря на появление в первобытном море бесчисленного множества самых чудесных форм, практически ни одна из них не преуспела. По большей части они вымерли, не оставив в современном мире никаких следов своего существования, кроме плоских отпечатков на склонах канадских гор. Некоторые, впрочем, выжили, преобразовавшись в организмы, более вписывающиеся в современные биологические стандарты красоты.

Мы часто представляем себе эволюцию как величественный переворот, идущий на протяжении целых эонов и подталкиваемый небольшими и пошаговыми генетическими изменениями. На то, чтобы четвероногое и четырехпалое млекопитающее размером с собаку, называемое гиракотерием (Hyracotherium), превратилось в современную лошадь с чуть более длинной шеей и чуть более крепкими копытами, потребовалось 50 млн лет. Если бы вы встретили гиракотерия в лесу, вам пришлось бы очень пристально всматриваться, чтобы разглядеть в этом существе хотя бы намек на его лошадиных потомков; но, по крайней мере, его допустимо отнести к тем животным, которые выглядят «правильно». Такого типа плавный и постепенный эволюционный путь весьма похож на то, что мы видим на ранних стадиях рака или в детских опухолях. Однако бурное генетическое неистовство поздних стадий онкологического заболевания больше похоже на хоровод странных персонажей, запечатленных в сланцах Бёрджес.

Подхватывая тональность, с которой Гольдшмидт воспринимал существа кембрийского океана, раковые заболевания можно назвать «эгоистичными монстрами», бурно и быстро развивающимися на протяжении отпущенной пациенту жизни. В них по-прежнему работают те же самые фундаментальные биологические процессы, которым свойственна головокружительная скорость, а не медленное скольжение сквозь глубины времени. При наличии достаточной массы клеток, генетического топлива и давления отбора в горниле рака может произойти все что угодно: клетки будут рождаться и умирать, перетасовывая свои геномы в гонке, которая заканчивается приспособлением или смертью. Выигрывают те, кто опирается на новые свойства, позволяющие выжить сегодня и воспроизвестись завтра, в то время как проигравших ждет вымирание.

Благодаря команде Института Сэнгера мы теперь знаем, что к среднему возрасту наши тела представляют собой мозаику из клонов мутировавших клеток, борющихся за место в тесной тканевой среде. По большей части эти мутации представляют собой относительно небольшие специфические изменения; некоторые из них происходят в так называемых драйверных генах. В остальном же другие части генома выглядят вполне нормально. Хотя в настоящее время невозможно зафиксировать точный момент, когда увеличивающийся кластер сомнительных клеток перерастает в рак, ключевым событием во многих случаях, по-видимому, выступает начало такой же генетической перетасовки, какая вызвала кембрийский взрыв, – ее называют хромосомной нестабильностью. Вдобавок к постепенному накоплению незначительных мутаций в геномах раковых клеток царит полнейший беспорядок. Целые участки генов копируются или удаляются, большие фрагменты ДНК отправляются в свободное плавание по геному, в то время как целые хромосомы дублируются или вообще исчезают.

Используя данные секвенирования ДНК для реконструкции эволюционных траекторий отдельных видов рака, исследователи обнаружили, что одни предраковые образования и медленно растущие опухоли обычно предпочитают спокойные пути дарвиновской эволюции, постепенно улавливая несколько новых драйверных мутаций там и тут и прогрессируя на протяжении десятилетия или даже дольше. У других же, напротив, очень рано проявляются признаки хромосомной нестабильности, что приводит к быстрому разрастанию, распространению по всему телу и нередко выработке резистентности к терапии. Генетический «большой взрыв» зажигает огонь под эволюционным горнилом внутри опухоли. Как только это произойдет, остановить процесс очень сложно.

Со времен Ганземана и Бовери, т. е. уже более века, мы знаем о том, что раковые клетки часто имеют неправильное число хромосом. Этот феномен, известный как анеуплоидия, имеет место в тех ситуациях, когда нарушается распределение хромосом в ходе деления клетки (митоза). Одна дочерняя клетка получает слишком много хромосом, а другая слишком мало, из-за чего клетки или лишаются генов, или за раз получают их удвоенную дозу. Иногда клетка вообще пропускает весь цикл деления, просто копируя ДНК и удваивая тем самым весь геном.