Мятежная клетка. Рак, эволюция и новая наука о жизни

Анеуплоидия и удвоение генома – не единственные способы вызвать хромосомный хаос в раковых клетках, хотя эти явления очень распространены. Есть множество других путей, приводящих в конечном итоге к нарушению генома опухоли. Стрессы, с которыми сталкиваются раковые клетки, могут активировать спящие и вирусоподобные генные последовательности, миллионы которых дремлют в нашей ДНК. Эти возрожденные гены-зомби, известные как транспозоны, начинают скакать по геному, волоча за собой соседние гены. В итоге происходят множественные акты генетического вандализма, когда большие или маленькие участки хромосом вырезаются и вставляются в новые места, нередко нарушая процессы репарации ДНК.

Теломеры, защитные колпачки на концах хромосом, которые становятся все короче и короче с каждым делением (см. гл. 1), могут изнашиваться до нуля, если клетка продолжает воспроизводиться в течение слишком долгого времени. Эти потертые концы очень похожи на повреждения, которые видны, когда ДНК разрывается на две части, обманом заставляя механизм клеточного восстановления чинить разрывы, «склеивая» целые хромосомы концами.

Это подводит нас к явлению, которому присвоили замечательное название «хромотрипсис» – от греческого слова, означающего «разбитый на куски». В 2011 году команда ученых, занимавшаяся секвенированием геномов рака, обнаружила, что в малой, но тем не менее значительной части всех опухолей целые хромосомы сначала были разделены на части, а потом вновь «склеены». Причем это не было похоже на аккуратную и тщательную работу по реставрации: хромосомы скреплялись случайным и хаотичным образом, как куски разбитого витража, которые собрали вместе, не обратив внимания на сохранение первоначального рисунка. Хромотрипсис особенно часто встречается в определенных видах рака, включая до четверти опухолей костей, и является мощным резервуаром энергии для эволюции.

Подобно слиянию хромосом, объединяющему гены BCR и ABL в «филадельфийской» хромосоме при лейкозе, этот процесс приводит к соединению генов, которые никогда не должны были быть соседями, создавая тем самым смертельную движущую силу рака. В других случаях хромосомные перестройки реорганизуют систему хранения генетической информации в ядре, перемещая активные гены, являющиеся опухолевыми супрессорами, в области, которым предписано «молчать», или, напротив, вводя «обесточенные» драйверы в те зоны, где требуется активность.

Используя окрашивающую микроскопию, при которой каждая хромосома подсвечивается различными флуоресцентными красителями, современные Бовери и Ганземаны могут наблюдать обилие странных и чудесных перестроек в опухолях. Хромосомы копируются или вообще исчезают, полностью разрушаются или сшиваются вместе в новых конфигурациях, а иногда даже объединяются в странные маленькие кольца, заполненные высокоактивными онкогенами, вызывающими рак. На уровне каждой отдельной клетки каждое такое превращение предстает катастрофическим и паническим последним вариантом, оставляющим минимальные шансы на выживание. Однако если видеть в скоплении раковых клеток популяцию миниатюрных организмов, умеющих быстро приспосабливаться к окружающей их среде, то во всем этом легко выделить эволюционный императив. Ведь для того чтобы обеспечить будущее группы, достаточно лишь несколько выживших. Причем неважно, насколько странными они будут, – важно только то, что они уцелеют.

В клетках HeLa – так называют клетки рака шейки матки женщины по имени Генриетта Лакс, которые выращивались в лабораториях по всему миру с 1950-х годов[42], – насчитывается более 70 отдельных хромосом. Кроме того, в их ДНК имеется более полутора миллионов однонуклеотидных «опечаток», около 750 длинных и 15 000 коротких участков хромосом вообще отсутствуют, а на их места вставлена большая часть из 3500 новых участков. Биолог-эволюционист Ли Ван Вален утверждал, что долгая жизнь клеток HeLa в лаборатории и заметное отклонение от обычного для человеческих клеток хромосомного состава позволяют характеризовать их как совершенно новый вид, Helacyton gartleri. Впрочем, эту идею поддержали лишь немногие ученые[43].

Тем не менее, когда возникают существенные хромосомные различия между ранее близкородственными популяциями, в природном мире действительно появляются совершенно новые виды. Например, геном человека на более чем 98 % совпадает с геномом шимпанзе, и главное, что разделяет эти два вида на хромосомном уровне, сводится к одной и единственной перестройке. В какой-то момент нашей обезьяньей родословной две хромосомы слились вместе, образовав 2-ю человеческую хромосому, в результате чего у нас осталось 23 пары хромосом, а у шимпанзе – 24 пары. Учитывая, что внутри клеток, бродящих по антиутопическому ландшафту зрелой опухоли, царит гораздо более драматичный хромосомный хаос, можно даже утверждать, что рак каждого отдельного человека тоже представляет собой как минимум один совершенно новый вид – или даже более того.

Вращение «Колеса смерти»