Мятежная клетка. Рак, эволюция и новая наука о жизни

Это может не иметь особого значения в тех ситуациях, где количество хромосом (а следовательно, и генов) распределено более или менее равномерно, но наличие избыточного числа хромосом затрудняет дальнейшее деление, увеличивая вероятность того, что одна или несколько из них вообще пропадут во время следующего клеточного цикла. А наличие дополнительной ДНК, в свою очередь, означает еще больше генетического топлива для эволюции, поскольку любая «бонусная» хромосома, скорее всего, насобирает себе мутаций.

Представьте, что вы играете в футбол с двадцатью двумя игроками с каждой стороны вместо одиннадцати. Игра, вероятно, будет довольно суматошной, но ее все-таки можно будет как-нибудь провести. Удаление вратаря или всех нападающих команды создаст драматический дисбаланс, резко повышая вероятность победы ее соперницы. А по мере того как каждый из игроков начинает собирать собственный набор травм – эквивалент дальнейших мутаций в раке, распределение сил становится еще менее равноценным.

Проблема хромосомного дисбаланса всегда интересовала Ронг Ли. Сейчас она профессор цитологии в Медицинской школе Университета Джонса Хопкинса в Балтиморе, но ее увлечение митозом началось еще в 1980-е годы, с первых дней обучения в аспирантуре. Для тех, кто интересуется клеточным делением, это были великие времена, поскольку состоявшееся только что обнаружение молекулярного двигателя, который поддерживает клеточный цикл, открыло новые богатые исследовательские возможности. Будучи подающей надежды молодой руководительницей группы, Ли сосредоточилась на изучении митоза дрожжей, надеясь понять, что в конечном счете заставляет хромосомы всегда правильно распределяться в каждой дочерней клетке. Несмотря на тщательное планирование и аккуратное проведение экспериментов, полученный ею результат оказался неожиданным – и одним из самых важных на начальном этапе ее карьеры.

Ли и ее коллеги решили посредством генной инженерии удалить из дрожжей ген миозин II. Он кодирует крошечный молекулярный «мотор», который формирует физические силы, управляющие финальной фазой клеточного деления. Он почти идентичен у всех организмов, от дрожжей до человека, что позволяет сделать предположение о его фундаментальной значимости для жизненных процессов. Именно поэтому Ли решила, что без него клетки умрут. Но, как выяснилось, она ошиблась.

Хотя большинство модифицированных клеток дрожжей погибло, осталось несколько стойких выживших: это были клетки, выглядевшие странно, цеплявшиеся друг за друга и испытывавшие трудности при делении. Из любопытства Ли осторожно извлекла их и положила в чашку со свежей питательной средой, чтобы посмотреть, что произойдет. К ее удивлению, сразу же начался рост нескольких крошечных колоний. Она снова выбрала самые большие из них и отправила в новую емкость. На этот раз колоний стало еще больше, и росли они быстрее. После этого Ли опять воспроизвела всю процедуру, продолжив затем повторять цикл снова и снова.

Ли наладила эффективный отсев дрожжей: в каждый последующий раунд выходили лишь самые стойкие из выживших. После примерно дюжины отборочных раундов она получила дрожжевые колонии, неотличимые от обычных клеток, но при этом лишенные того, что ранее считалось жизненно важным геном. На глазах у исследовательницы они эволюционировали, стараясь преодолеть серьезный генетический барьер, но когда она решила проверить, не приобрели ли они дополнительные мутации, которые как-то компенсировали бы потерю, то ничего не нашла. Каким же образом, скажите на милость, им это удалось?

Единственной вещью, где Ли смогла обнаружить определенную странность, оказалась анеуплоидия: все дрожжи имели разное количество хромосом вместо обычных шестнадцати. Они не только научились жить с этим нестандартным распределением, но и использовали свои дополнительные хромосомы в качестве инструмента, позволяющего выработать новые свойства. Из 45 штаммов супердрожжей, которые Ли удалось культивировать, 10 росли не хуже нормальных клеток. Причем им удалось разработать три способа решения проблем, обусловленных отсутствием миозина II. Одно из решений заключалось в строительстве очень толстой клеточной мембраны в том месте, где клетке предстояло делиться: в итоге клетка рассекалась на две части чисто механически, и никакой особый «мотор» для запуска ее разделения не требовался. Как выяснилось, все суперштаммы, практиковавшие такое решение, имели дополнительную копию 16-й хромосомы, которая несет в себе пару генов, необходимых для формирования мембраны. Двойная порция этих генов означает удвоенную мембрану, которая устраняет потребность в миозиновом двигателе.