19 мая 2024, воскресенье, 02:46
TelegramVK.comTwitterYouTubeЯндекс.ДзенОдноклассники

НОВОСТИ

СТАТЬИ

PRO SCIENCE

МЕДЛЕННОЕ ЧТЕНИЕ

ЛЕКЦИИ

АВТОРЫ

Почему киты не болеют раком?

Горбатый кит (Megaptera novaeangliae)
Горбатый кит (Megaptera novaeangliae)

Организм любого животного изначально состоит из одной клетки. Затем в процессе роста и развития она делится, и чем крупнее взрослая особь, тем больше делений нужно осуществить. При каждом делении клетки ее ДНК удваивается, и в процессе удвоения в этой молекуле могут появиться ошибки — мутации. Некоторые из таких ошибок приводят к тому, что получившаяся клетка приобретает возможность неограниченного деления, из-за чего нередко становится родоначальницей раковой опухоли. Мутации могут со временем накапливаться и в ДНК не делящихся клеток. Таким образом, чем крупнее животное и чем дольше оно живет, тем выше вероятность, что оно заболеет раком.

В теле слона огромное количество клеток, примерно в 100 раз больше, чем у человека. Для такого большого числа клеток вероятность, что в какой-то из них произойдут мутации, которые вызовут развитие опухоли, достаточно высока. К тому же слоны живут долго, более 60 лет, это вполне достаточный срок для появления в организме опухоли. Тем не менее опухоли у слонов очень редки. Есть и другие крупные и долгоживущие животные с низкой распространенностью онкологических заболеваний — киты. Неожиданно низкие показатели заболеваемости раком среди крупных животных обратили на себя внимание ученых еще в 1970-х годах и получили название парадокс Пето — по имени английского медика Ричарда Пето.

Поисками ответа на этот вопрос заняты ученые из Института Сенгера (Wellcome Sanger Institute) в Кембридже совместно с сотрудниками других исследовательских центров, включая Лондонское зоологическое общество. «Рак — это заболевание, которое возникает, когда клетка в организме претерпевает серию мутаций в своей ДНК и начинает бесконтрольно делиться, а защитные силы организма не могут остановить этот рост, — говорит руководитель проекта Алекс Каган. — Чем больше клеток у животного, тем выше риск заболеть раком». Эту точку зрения подтверждает ветеринарный патологоанатом Лондонского зоологического общества Саймон Спиро: «Клетки можно сравнить с лотерейными билетами: чем их больше, тем больше шансов выиграть джекпот, которым в данном случае является рак. Так что если у вас в тысячу раз больше клеток, чем у человека, то у вас должен быть в тысячу раз больший риск заболеть раком». С этой точки зрения есть некоторые виды китов, которые не смогут достичь годовалого возраста, не заболев раком, потому что у них очень много клеток — несколько квадриллионов по сравнению с людьми, у которых клеток в тысячу раз меньше. Но этого не наблюдается. Например, средняя продолжительность жизни гренландских китов составляет от 100 до 200 лет.

Существует и очень мелкое животное, крайне редко болеющее раком, — это африканский грызун голый землекоп. В 2013 году Вера Горбунова и Андрей Селуанов из Университета Рочестера в Нью-Йорке предположили, что в организме землекопов образование опухолей предотвращает гиалуроновая кислота.

В 2015 году онколог Джошуа Шифман из Университета Юты, специалист по эволюции рака Карло Марли из Аризонского университета и их коллеги использовали данные из издания Elephant Encyclopedia, где указывается информация о всех рождениях и смертях слонов в неволе, а также данные о смерти животных более 30 видов в зоопарке города Сан-Диего. По подсчетам ученых, от онкологических заболеваний умирает всего 5 % слонов, что значительно меньше по сравнению с другими животными (у человека этот показатель достигает 17 %). Авторы исследования указали и возможную причину редкого образования опухолей у слонов. Как оказалось, в геноме африканского слона содержится 40 копий гена, который кодирует белок р53, а от него зависит один из важнейших механизмов предупреждения рака. Если у клеток возникают повреждения ДНК, которые могут породить опухоли, белок р53 предотвращает их деление, пока в клетке не произойдет репарация ДНК или не сработает механизм клеточной смерти. У индийских слонов также много копий данного гена — от 30 до 40. Исследование согласуется с работой, опубликованной ранее на сервере препринтов bioRxiv, где также обнаруживалось 40 копий гена р53 в геноме слона.

У людей всего две копии этого гена, также как и у ближайшего ныне живущего эволюционного родственника слонов — капского дамана (Procavia capensis). Дополнительные копии, вероятно, накопились миллионы лет назад, когда ген случайно дублировался много раз в геноме кого-то из предков слонов.

Чтобы изучить, как белок р53 предотвращает опухоли, исследователи облучали культуры клеток африканского слона ионизирующим излучением, которое повреждает ДНК. Джошуа Шифман говорит, что они ожидали сверхбыстрого восстановления поломок в ДНК, но вместо этого обнаружили, что клетки слонов с поврежденной ДНК погибают значительно быстрее, чем клетки человека в аналогичной ситуации. Видимо, белок p53 заставляет поврежденные клетки погибнуть быстрее, чем они успеют дать начало опухоли. Теперь Джошуа Шифман и его коллеги намерены провести эксперименты с клетками человека, вставив в их геном дополнительные копии данного гена.

В 2018 году исследователи из Чикагского университета предположили, что у слонов также должно быть больше копий других генов, помогающих сдерживать появление злокачественных опухолей. Эту гипотезу они проверили, посчитав в геноме африканских лесного и саванного слонов, азиатского слона, даманов, ламантинов, ряда грызунов, псовых и приматов количество генов семейства LIF — факторов подавления лейкемии. Большинство из них у млекопитающих давно не работает и поэтому называется псевдогенами.

Однако у всех видов слонов, а также их ближайших родственников — даманов и ламантинов — один такой ген «восстал из мертвых» и вновь стал функциональным. Это ген LIF6. Он активируется белком, кодируемым p53, и его экспрессия приводит к появлению одноименного белка LIF6. Это вещество, в свою очередь, внутри потенциально опасных клеток направляется к митохондриям и создает в их мембране крупные отверстия. Это серьезно нарушает работу митохондрий, и они погибают. А поскольку работа данных органоидов заключается в обеспечении клетки энергией, то погибает и сама клетка. В результате раковая опухоль уничтожается в зародыше.

Авторы работы определили время, когда ген LIF6 снова стал функциональным. Это произошло 25–30 миллионов лет назад, примерно тогда же, когда предки слонов стали увеличиваться в размерах. Тем не менее нельзя сказать, что у этих животных псевдогены вернулись в рабочее состояние специально. Скорее всего, восстановление их функциональности произошло случайно, и уже после этого предшественники слонов, ламантинов и даманов «тронулись в рост».

В нынешнем исследовании ученые Института Сенгера и их коллеги изучили ряд млекопитающих, которые умерли естественной смертью в Лондонском зоопарке. Они включали львов, тигров, жирафов, хорьков и кошачьих лемуров. Кроме того, в исследование были включены голые землекопы из другого центра. Ученые выделили клетки крипт кишечника всех этих животных и изучили их геномы. Эти клетки, известные под названием «бескаемчатые энтероциты», располагаются в трубчатых углублениях (криптах) слизистой оболочки кишечника, они активно делятся и при перемещении их крипты наружу способны дифференцироваться в другие типы клеток кишечного эпителия. «Они постоянно пополняются стволовыми клетками и являются первоклассным способом сравнения геномов. Мы использовали их для подсчета количества мутаций, которые каждый вид накапливал каждый год, — говорит Алекс Каган. — То, что мы обнаружили, было очень поразительным. Количество мутаций, накапливаемых каждым из видов за год, чрезвычайно варьировалось. По сути, было обнаружено, что долгоживущие виды накапливают мутации медленнее, а короткоживущие — быстрее. Например, у людей мы получаем около 47 мутаций в год, а у мышей — около 800 мутаций в год. Последние живут около 4 лет. Средняя продолжительность жизни человека составляет 83,6 года».

Кроме того, было обнаружено, что в конце жизни у всех изученных животных накопилось около 3200 мутаций. «Поразительно одинаковое количество мутаций в конце жизни разных животных, хотя пока неясно, является ли это причиной старения», — говорит Алекс Каган.

Однако остается неясным, как именно долгоживущие животные ухитряются замедлять скорость мутаций ДНК. Кроме того, связь между частотой мутаций и продолжительностью жизни была установлена только для животных с продолжительностью жизни от низкой до средней. «Мы можем изучать только существ, которые умерли естественной смертью, и очень долгие жизни будут редкостью по определению, — говорит Саймон Спиро. — Нам придется подождать, чтобы получить эти данные».

Ученые также намерены расширить свой проект и исследовать не только млекопитающих, но также рептилий, насекомых и даже растения. «Социальные насекомые, такие как муравьи, особенно интересны, — отмечает Алекс Каган. — Рабочие муравьи и их королева имеют одинаковый геном, но королева живет 30 лет, тогда как рабочие живут один или два года. Это говорит о том, что королева может активировать лучшую репарацию ДНК, хотя могут быть и другие объяснения».

Алекс Каган добавляет, что лабораторные мыши, которые используются в экспериментах по изучению рака, могут быть не оптимальной моделью для исследований из-за очень короткой продолжительности жизни. «Теперь мы можем подумать о поиске гораздо более долгоживущих видов, которые могут быть более актуальными и полезными моделями для понимания устойчивости к раку», — заключил он.

Редакция

Электронная почта: polit@polit.ru
VK.com Twitter Telegram YouTube Яндекс.Дзен Одноклассники
Свидетельство о регистрации средства массовой информации
Эл. № 77-8425 от 1 декабря 2003 года. Выдано министерством
Российской Федерации по делам печати, телерадиовещания и
средств массовой информации. Выходит с 21 февраля 1998 года.
При любом использовании материалов веб-сайта ссылка на Полит.ру обязательна.
При перепечатке в Интернете обязательна гиперссылка polit.ru.
Все права защищены и охраняются законом.
© Полит.ру, 1998–2024.