научная статья по теме НАСТУПЛЕНИЕ HA PAK Науковедение

Текст научной статьи на тему «НАСТУПЛЕНИЕ HA PAK»

БШ

НАСТУПЛЕНИЕ НА РАК

Доктор биологических наук А.Н. ЛУЧНИК, Институт биологии развития им. Н.К. Кольцова РАН

Пожалуй, нет более демонизированного недуга, чем рак. И нет на земле человека, который бы не боялся его. От ученых давно ждут чуда. И они стараются. Уже открыты сотни онкогенов и факторов, влияющих на рост опухоли, множество причин возникновения злокачественных новообразований. Однако, чем больше накапливается информации, тем быстрее тают мечты о создании панацеи от всех видов этого страшного заболевания.

СИНДРОМ

НЕЗАЖИВАЮЩЕЙ РАНЫ

К концу XX в. специалисты пришли к выводу: общей причины ало-качественного роста клеток не существует. Это различные группы заболевании, объединяемые разве что одним названием «рак», поскольку рост опухолей абсолютно одинаков. Более того, он прост, как велосипед. А раз известен механизм, значит, можно научиться его останавливать. Скажем, вставлять палки в колеса...

Механизм, заставляющий опухоль расти, можно назвать «синдромом незаживающей раны». Суть в том, что существует два типа гибели клеток. Один — предсказуемый, запрограммированный, — это так называемый апоптоз. В соответствии с ним каждый день наш организм в ходе планового «техосмотра» умерщвляет часть «износившихся» клеток, заставляя другие делиться, и тем поддерживает порядок. К слову сказать, в течение жизни человека уничтожаются около 7 тонн (!) клеток крови — они заменяются на новые.

Другой тип — незапланированный, или некроз, в результате которого каждый из нас не может предвидеть потерю клеток. Скажем, вы

порезали руку ножом. Секундой ранее организм ни о чем не подозревал. А на месте ранения неожиданно погибла масса клеток, помятых сталыо.

Почему организм решает, что рану надо заживлять? Из-за появления некротических клеток. Погибая, они подают сигнал о своей внезапной кончине. И запускается сложный процесс заживления, начинающийся со свертывания крови, агрегации (слепливания) ее клеток — тромбоцитов, гранулоцитов, макрофагов. Многие из них содержат важнейшие сигнальные молекулы — цитокины, в том числе и факторы роста. Последние стимулируют размножение клеток, заполнивших рану, которая заживает до тех пор, пока на ней не образуется рубец. К тому времени первичный сигнал SOS прекращается, и деление клеток приостанавливается.

Однако, если порезаться опять, процесс заживления возобновится. И так до бесконечности. Причем это происходит и на коже, и внутри организма. Если, допустим, хирург удалил пораженный язвой участок же-

Статьи данной рубрики отражают мнение авторов (прим. ред.)

лудка и сшил его стенки нитками, то через некоторое время там образуется рубец — организм с помощью новых клеток срастил их. Значиг, раны заживают в любой точке тела, причем эволюция позаботилась, чтобы этот механизм был точен, безупречен и неуязвим. В противном случае не только мы, но и животные, которые чаще нашего подвергаются ранениям, давно бы вымерли.

Но вернемся к раковым клеткам. Опустив ответ на вопрос, как опухоль возникла (причин много, их надо обсуждать отдельно), зададимся другим: почему она растет? А происходит это по следующим причинам.

К концу XX в. ученые пришли к выводу: все 'злокачественные клетки независимо от типа опухоли обладают одним и тем же свойством — повышенной хрупкостью хромосом. Значит, в каждом делении около 5—15% раковых клеток некротизи-руются из-за случайных разломов хромосом. Чувствуя это, организм запускает механизм заживления раны и... стимулирует опухоль к делению. Ее пронизывают новые кровеносные сосуды — кислород и питательные вещества поступают по ним

Тачка зрвнщ 55

Умирающая от некроза клетка подает окружающим клеткам множество различных сигналов.

непрерывно, давая возможность клеткам делиться. И как только произойдет очередное деление, опять 5-15% некротизируются. Но неожиданная гибель последних — сигнал к заживлению раны, и организма начинает вновь стимулировать их размножение. Это как дракон из сказки, которому одну голову отрубают — вырастают две. Так же примерно и в опухоли: умершие клетки стимулируют рост двух, трех, четырех других — они «кричат» о своей гибели и дают команду остальным делиться. И процесс идет бесконечно, вернее, до тех пор, пока опухоль и метастазы не достигнут размеров, с которыми организм не справляется и умирает.

МЕГАФАЗНАЯ

(МИГОТИЧ КС КАЯ) СМЕРТЬ

Отчего же в опухоли возникают некротические клетки? Известно, что они появляются только в ходе митоза (деление с удвоением хромосом).

Напомним: у каждой хромосомы есть так называемая талия (центромера). Так вот, в ходе митоза две одинаковые хромосомы (хроматиды) расходятся к полюсам клетки (цент-риолям), вернее, их растаскивают специальные нити за эту своеобразную талию, после чего между полюсами образуется перегородка. И новые клетки «отпочковываются», причем любая из них обладает идентичным набором хромосом. Гели же в какой-то делящейся клетке кусочек хромосомы оторвется, тогда при растаскивании их к полюсам «бесхозная» часть, оставшаяся без талии, может случайным образом попасть в дочернюю клетку, где ее наличие присутствует. А в «кусочке»-то ни много ни мало несколько сотен генов! В итоге в одной клетке возникает 1« избыток, в другой — недостаток, т.е. генный дисбаланс, обычно приводящий к некрозу обеих. Такую смерть называют метафазной, или митотической. Кстати, аналогичным путем умирают клетки (кроме лим-фоидных) после рентгеновского об-лучения или обработки химическими мутагенами, ломающими хромосомы.

оО о оо

Клетки крови

и лимфы ^

О °

О О О О

▼ т

Агрегация таксиса

V и

ЛЮБАЯ ИНФОРМАЦИЯ ДУБЛИРУЕТСЯ

Возникает вопрос: почему все раковые клетки обладают повышенной хрупкостью хромосом, а нераковые — нет? Каков механизм этой хрупкости, и почему он наследуемый?

Согласно нашим экспериментам, каждая хромосома человека, животного или растения содержит не одну двойную спираль ДНК (авторы открытия двойной спирали нобелевские лауреаты 1962 г Ф. Крик и Дж. Уотсон), а две абсолютно идентичные двойные спирали, т.е. вся заключенная в них информация дублируется на более высоком уровне еще раз.

Для чего это нужно? Представьте: когда в какой-либо петле произойдет разрыв сразу двух нитей двойной спирали, то на помощь приходит петля-дублер, если угодно, - копия, точнее, второй оригинал. Быстрый контакт обеспечивается благодаря прикреплению этих идентичных по информации петель к однойточке на оси хромосомы — двойной разрыв оперативно ликвидируется, не приводя к разлому хромосомы.

Благодаря второй копии ДНК надежность генетического аппарата повышается примерно в миллиард раз. Почему не в два? И каждой человеческой клетке примерно 1,5 м ДНК, значит, по 75 см одинаковой

Стимуляция эндотельного роста

Синтез внеклеточной матрицы

Секреция цитокинов

Протеолитическая обработка цитокинов

Протеолиз внеклеточной матрицы

Факторы ангиогенеза Факторы

Синтез цитокинов мРНК

Раскрытие мембранных рецепторов

миграции Сигналы по коагуляции/ клеток фибринолизу

двойной спирали. Если в оригинальной ДНК возникла, скажем, тысяча разрывов, вероятность того, что во второй копии будут повреждены те же точки, равна практически нулю, поскольку спирать очень длинная, а это миллиарды нуклеотидов. Поэтому надежность повышается не в два, а в миллиарды раз. Третья же копия клетке не нужна — она почти никак не меняет ситуацию с точки зрения безопасности.

Известно также, что ежедневно в наших клетках случайно или под действием вредных факторов, присутствующих в пище, атмосфере, даже из-за естественного фона радиации возникают десятки двойных разрывов в дуплексах ДНК Уотсон-Крика. Не будь второй копии, второго оригинала, наши клетки умирали бы: хромосомы ломались бы и часто возникали бы злокачественные опухоли, а человек, скорее всего, вообще оказался бы нежизнеспособным.

В раковой же клетке как раз и встречаются участки ДНК, где нет копии. И если в такой непарной, «одинокой» петле случайно возникает двойной разрыв (разрыв дуплекса), он не может быть отремонтирован: ДНК в этом месте рвется, и хромосома ломается. В сущности, подобная хрупкость никому ю поры до времени не мещает, пока дело не доходит до деления: тогда бесхозные куски хромосомы, лопав не по адресу, приводят, как уже говорилось, к

дисбалансу генетического материала и гибели дочерних клеток, что запускает механизм заживления раны.

Надо сказать, у злокачественных клеток участки ДНК без копии — случай нередкий. Причем проявляется это зачастую сразу в нескольких хромосомах, а в крайних случаях даже во всем геноме, скажем, при некоторых лейкозах, когда частота спонтанных разломов хромосом выше средней — в таких случаях заболевание протекает более агрессивно. Но не всегда: если в каждом поколении свыше 50% клеток гибнет от разрывов хромосом, такая опухоль не может расти — «пожирает» себя и отмирает. Впрочем, верно и обратное: когда слишком мало разломов, опухоль тоже не будет увеличиваться, ибо недостаточно сигналов для заживления раны.

Значит, чтобы избавиться от рака, нужно либо резко уменьшить число некротизированных клеток, либо значительно их увеличить. И втом, и в другом случае рост опухоли прекратится.

Кстати, на этом основаны принятые ныне методы лечения болезни, например, облучение или химиотерапия. После ввода в организм удачно подобранного химического пре-парата отмирают миллионы, триллионы раковых клеток. Опухоль и метастазы становятся гораздо меньше в размерах, а значит, есть надежда, что они вообще исчезнут. Однако

Схема разрастания клона злокачественных клеток. Черные кружки - клетки, погибающие от спонтанных летальных разломов хромосом.

при всех плюсах указанные методы обладают серьезным недостатком. Дело в том, что довольно эффективно убивая злокачественные клетки, скажем, химические средства, будучи мутагенами, а в ряде случаев и токсинами, повреждают и нормальные клетки организма. К примеру, локальное рентгеновское облучение в дозе, во много раз превышающей летальную, приводит к хрупкости кровеносных и лимфатических сосудов, повреждает соседние органы и ткани. Химиотерапия может сильно нарушить иммунную, эндокринную и другие системы организма. И на ч

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком