• лечения рака молочной железы
  • выявление рака у мужчин
  • лечения рака легки
  • выявление рака у женщин
  • лечения мультиформной глиобластомы головного мозга
  • Инновационные биотехнологии
    лечения рака молочной железы

    Подробнее
  • Скрининг и раннее
    выявление рака у мужчин

    Подробнее
  • Инновационные биотехнологии
    лечения рака легких

    Подробнее
  • Скрининг и раннее
    выявление рака у женщин

    Подробнее
  • Инновационные биотехнологии
    лечения мультиформной глиобластомы головного мозга

    Подробнее

  • НейроВита
  • Онкология
  • Современная теория видообразования как основная причина канцерогенеза опухолей

Современная теория видообразования как основная причина канцерогенеза опухолей.

Нам представляется очень важным и интересным представить нашему читателю последние исследования американских ученых, посвященных новейшим взглядам на канцерогенез рака и других злокачественных опухолей. В этой связи, наибольший интерес представляет фундаментальное исследование группы калифорнийских ученых, возглавляемых профессором Калифорнийского Университета Peter Duesberg.

Теория анеуплоидий в канцерогенезе рака была предложена в 2003 году P. Duesberg , но не нашла большой поддержки среди ученых изучающих рак. Однако современная трактовка этой теории изменилась и новизна этой теории и ее оригинальность заключаются в том, что этот ученый с группой соавторов в 2011 году в Журнале «Cell Cycle» изложил принципиально новую теорию образования опухолей и рака, которая сильно отличается от конвенциональных представлений и сформулирована авторами следующим образом: канцерогенез есть одна из форм видообразования, т.е. рак это переходная форма образования нового вида. Поскольку все виды рака обладают индивидуальным клональным кариотипом, являются бессмертными и развиваются из нормальных клеток, подвергнувшихся воздействию канцерогенеза только после исключительно длительного латентного периода от нескольких месяцев до десятилетий – P.Duesberg et al. (2011) считает, что канцерогенез может быть формой видообразования. Эта теория предполагает, что канцероген вызывает канцерогенез при помощи анеуплоидии, т.е. приобретений или потерь хромосом. Анеуплоидия дестабилизирует кариотип, поскольку приводит к дисбалансу тысяч работающих совместно генов, включая те гены, которые синтезируют, расщепляют и восстанавливают хромосомы. Ведомые этой нестабильностью, присущей им, анеуплоидные клетки развивают все более бессистемные кариотипы автоматически и аутохтонно (самопроизвольно). Большинство из них погибает, но лишь небольшое меньшинство приобретает репродуктивную автономию – первичную характеристику раковых клеток и видов. Отбор по автономии стабилизирует новые раковые виды относительно нестабильности, присущей анеуплоидии в специфических пределах вариации.

Теория видообразования выделяет и объясняет пять общих характеристик раков: 1) видоспецифичная автономия; 2) кариотипная и фенотипная индивидуальность,; 3) гибкость за счет кариотипных вариаций в стабильных пределах автономии; 4) бессмертность за счет замены дефективных кариотипов из конститутивных пулов компетентных вариантов или подвидов, генерированных этой гибкостью, и 5) длительные неопластические латентные периоды при низкой вероятности того, что бессистемные кариотипные изменения приведут к новым автономным видам. Более того, теория объясняет филогенетические отношения между раками одной и той же ткани, поскольку канцерогенез ограничен тканеспецифичными транскриптомами.

Теория видообразования по мнению P.Duesberg et al., 2011 также разрешает парадоксы других раковых теорий. Например, «анеуплоидия» раков сейчас считается «парадоксом» или «фатальным недостатком рака», поскольку полагают анеуплоидия нарушает нормальный рост и развитие. Но если «анеуплоидия» раков является на самом деле кариотипами новых видов, этот парадокс решен - считает Peter Duesberg в своей работе.

Мы считаем очень важным и целесообразным представить нашему читателю более полную и подробную характеристику этой теории, так как она позволяет под новым ракурсом посмотреть на уже известные научные факты канцерогенеза, переосмыслить накопленные экспериментальные данные и предложить инновационные варианты терапии рака и других опухолей. В чем же инновация в биологии рака у калифиорнийских ученых? По мнению Peter Duesberg и его коллег (2011), раки являются клонами автономных клеток, которые цитогенетически определяются индивидуальными клональными кариотипами. Это положение иллюстрируется авторами базой данных Mitelman-NCI , которая в настоящее время содержит в списках более 57 000 раков человека с индивидуальными клональными кариотипами. Из-за их индивидуальности, кариотипы и хромосомы раков обычно описываются как «аберрантные» или «анормальные», в сравнении с теми нормальными клетками, от которых они ведут свое происхождение (Heim S. , Metelman F., 2009; Metelman F., 2009, Boveri T., Harris H. 2008). Ввиду повсеместности «анормальных» кариотипов у раков, у Peter Duesberg с коллегами невольно появилась необычная мысль, что эта анормальность может быть нормой. Согласно их теории, раки должны быть самостоятельными видами, а канцерогенез – формой видообразования. Соответственно, индивидуальные кариотипы раков будут являться нормальными для каждого вида рака. Они будут «анормальными» только относительно своих не-раковых прогениторов. Это схоже с тем, как кариотип кошки будет анормальным в сравнении с кариотипом собаки. Мы считаем, что это очень важное положение данной теории, поскольку прогенеторами раковых клеток могут быть как нормальные дифференцированные клетки находящиеся в состоянии покоя ( Gо фазе клеточного цикла) , так и стволовые клетки и клетки – предшественники, находящиеся как в состоянии покоя, так и на различных стадиях клеточного цикла. Формирование нового вида характеризуется устойчивостью генома и его стабильноьстью. Таким образом , как только соматическая клетка становится клеткой нового вида (другими словами специфичной опухолевой) и приобретает стабильный кариотип она становится устойчивой ( Gо состояние), т.е. приобретает свою независимость и автономность. Теория Peter Duesberg и его коллег (2011) позволяет прояснить очень много вопросов и положений, поднятых теорией мутагенеза.

Теория видообразования, например, может объяснить «подозрительно» длительные латентные периоды от канцерогена до рака, которые разнятся от нескольких месяцев до десятилетий. Такие длинные латентные периоды отражают крайне низкую вероятность генерирования нового автономного кариотипа случайными изменениями кариотипа прекурсора. И наоборот, конкурирующая теория о мутациях предсказывает, что канцерогенез следует за последней из ряда кооперирующих мутаций без отлагательств, и зависит скорее от этих мутаций, а не от «анормальных» кариотипов. Имея эти соображения в виду, Peter Duesberg с соавт. выдвинул новую видообразовательную теорию канцерогенеза, которая основывается на редких предшественниках и особенно на экспериментальных тестах своей лаборатории . Они в своей работе , демонстрируя различные кариотипы соматических клеток, показали динамику метаморфозы этого кариотипа.

Теория видообразования рака предполагает, что канцерогены вызывают канцерогенез, индуцируя анеуплоидию, т.е. потерю или приобретение хромосом, это функция, общая для всех канцерогенов. Поскольку раки развиваются лишь спустя много месяцев или десятилетий после их инициации канцерогенезом, авторы теории ставят вопрос: Как развиваются раки из анеуплоидной клетки в течение этих длительных латентных периодов? Далее они предлагают механизм, который может ответить на этот вопрос. Калифорнийские исследователи выделяют несколько стадий канцерогенеза выделяют несколько стадий канцерогенеза для оформления нового вида рака. По P. Duesberg с коллегами (2011) стадия 1 это генерирование неопластического кариотипа. Согласно теории видообразования, канцерогены вызывают канцерогенез, вызывая анеуплоидию. Анеуплоидия дестабилизирует кариотип, поскольку вызывает дисбаланс тысяч кооперирующих генов, включая те, которые синтезируют, расщепляют и восстанавливают хромосомы. Эта нестабильность неотделима от анеуплоидии и пропорциональна степени анеуплоидии. Движимые этой нестабильностью анеуплоидные автоматически развивают все более случайные кариотипы. Большинство из них погибает из-за нуллисомии или других дефектов кариотипов, но очень незначительное меньшинство приобретает репродуктивную автономию – первичную характеристику рака и видов (Рисунок 4.1).

Отбор по автономности стабилизирует новые виды рака относительно рандомизации из-за свойственной анеуплоиднии нестабильности в узких пределах вариативности, именуемой раковой «гетерогенностью» . В пределах этого динамического равновесия виды рака форсируют квази-стабильные клоны неопластических вариантов или подвидов.

Крайне низкая частотность канцерогенеза, таким образом, отражает очень низкую вероятность генерирования репродуктивной автономии путем бессистемных кариотипных вариаций . А эта крайне редкая вероятность видообразования прогнозирует «подозрительно длительные» неопластические латентные периоды канцерогенеза. Авторы теории ссылаются на работу Hauschka «схема мутации-селекции кариотипов… требует длительного латентного периода» .

Вторая стадия процесса это спонтанная эволюция подвидов или прогрессий неопластического кариотипа. В любое заданное время виды рака представляют собой когорту родственных вариантов или подвидов, объединенных этим динамическим равновесием между дестабилизирующей анеуплоидией и отбором по автономности. Варианты в пределах этой когорты являются более или менее онкогенными и были в результате описаны как «раковая гетерогенность». С учетом присущей им нестабильности, кариотипы рака будут суицидальны без определенной кариотипной-неопластичной гибкости. Толерантность к этой вариативности отражает, вероятно, низко функциональную сложность видов рака. Согласно работ Van Valen и Vincent, раковые клетки используют лишь крошечную фракцию информации их нормальных предков для установления примитивной формы автономии, схожей с автономией микробов.

Кариотипные отклонения за пределами ракоспецифичной автономии теряются в последующих поколениях, как и у других видов. Скорость, при которой кариотипы и фенотипы варьируются в своих пределах автономии, гораздо выше, чем вариации обычных кариотипов . В зависимости от степени анеуплоидии, они варьируются от 3% до почти 100% на одно поколение клеток. Эти высокие показатели вариативности приводят к большим конститутивным когортам вариантов или подвидов, которые позволяют быстрые адаптации и фенотипические «прогрессии». Примерами является быстрое приобретение резистентности к химиотерапии и рост метастазов. При этом, кариотипы и фенотипы видов, размножающихся половым путем, не являются гибкими потому, что репродукция зависит от кариотипной гомологии родителей.

Ввиду вышесказанного, P.Duesberg et al., (2011) пришли к заключению, что печально известная гибкость раков зависит от нестабильности, присущей их анеуплоидным кариотипам. Скорость этих кариотипных вариаций и подвидообразования пропорциональна степени анеуплоидии: чем выше степень анеуплоидии, тем выше скорость кариотипных вариаций и подвидообразования. Этот вывод поддерживается теми фактами, что скорость генетических мутаций рака составляет лишь примерно 10-6 на ген на поколение и, таким образом, примерно та же, как и у нормальных клеток. Поскольку эта скорость мутации на порядок ниже, чем скорость кариотипных изменений, специфичных для рака, мутации не могут играть основную роль в вариативности раков. На самом деле, если нормальная скорость мутаций была бы достаточна для генерирования новых раковых фенотипов клинических прогрессий, то нормальные клетки давали бы метастазы и приобретали лекарственную устойчивость, как и раковые клетки.

В своей работе P.Duesberg et al., 2011 протестировали способность теории видообразования прогнозировать и объяснять пять характерных черт рака. Они описали характерные черты рака в свете теории видообразования. По их мнению, рак обладает пятью характеристиками, которые состоятельная теория должна быть способна объяснить: 1) автономность; 2) кариотипная и фенотипная индивидуальность, включая множество форм анаплазии ; 3) кариотипная и фенотипная гибкость в стабильных пределах; 4) бессмертность и 5) избыточно длительные латентные периоды от канцерогена к раку, варьирующиеся от нескольких месяцев до десятилетий. Далее P.Duesberg et al., 2011 тестируют свои собственные положения на предмет , может ли теория видообразования объяснить эти характеристики рака.

Его объяснения крайне корректы и убедительны:

1) Автономность. Биологическим эквивалентом автономности является вид. Вид определяется автономной репродуктивностью и индивидуальным бессмертным кариотипом . Поскольку раки определяются как автономные, так как они воспроизводятся независимо и обладают индивидуальными бессмертными (см. ниже) кариотипами (в большей степени, чем обычные генные мутации), они подходят к определению самостоятельного вида. Это приводит к следующему вопросу: есть ли также прецедент по приобретению автономии роста и бессмертности при помощи генетической мутации, как утверждается конкурирующей теорией мутаций?

2) Индивидуальность. Теория видообразования прогнозирует, что раки обладают индивидуальными кариотипами и фенотипам, схоже с традиционными видами. Этот прогноз основан на крайне низкой вероятности, что тот же новый автономный кариотип будет развиваться дважды посредством случайных вариаций кариотипов данного вида –предшественника.

Раки определяются индивидуальными клональными кариотипами. Индивидуальность кариотипа, по-видимому, является правилом для более 57000 раков человека, перечисленных в базе данных NCI-Mitelman (Mitelman F.,2008), а также для всех протестированных раков животных. Все они определяются как индивидуальные клональные кариотипы с индивидуальными числами копий хромосом, и типично также с индивидуальными маркерными или перегруппированными хромосомами. Чтобы протестировать спрогнозированную кариотипную индивидуальность раков напрямую, P.Duesberg et al. (2011) сравнивает кариографы нормального диплоидного мужчины и пяти несхожих видов рака человека. Кариографы являются трехмерными анализами метафазных хромосом от примерно 20 клеток, в которых перечисляются номера хромосом и обозначения маркерных хромосом на оси х, число копий каждой хромосомы на оси у, и число метафаз, проанализированных на оси z (Nicholson J.M., Duesberg P., 2009). Кариограф диплоидного мужчины показан на Рис.4.2. А , и три вида рака используются как культуральные линии, а именно линия цервикального рака HeLa (Nelson-Rees W.A et al., 1980), линии колоректального рака HT29 и SW480 (Li R., 2005), линия рака молочной железы MDA231 (Li R., 2005) Как видно на этих рисунках, кариограф человеческого вида и каждого из трех раков, формируют действительно уникальные структуры, которые можно воспринимать как характерные признаки их индивидуальности. Примечательно, что даже два колоноректальных рака HT29 и SW480 обладают индивидуальными кариографами. Соотношения один к одному между отдельными раками и индивидуальными кариограммами подтверждают прогноз теории видообразования, что раки обладают индивидуальными кариотипами «один рак - один кариотип», как и обычные виды.

Кариографы рака также показывают клональную гетерогенность, которая отражает характерную гибкость кариотипов рака, которая обсуждается в следующем разделе. Таким образом, кариографы показывают одновременно клональность и вариативность, тогда как обычные кариограммы показывают только кариотипы индивидуальных клеток. Кариотипно-транскриптомные корреляции у рака и не-раковых анеуплоидий. В дальнейшую поддержку генетической основы для фенотипно-кариотипных корреляций раков, ряд исследователей недавно выявили, что профили генной экспрессии тысяч нормальных генов прямо пропорциональны числу копий респективных анеуплоидных хромосом. Другими словами, индивидуальные кариотипы определяют индивидуальные транскриптомы раков.

Более того, сравнения различных раков показали «множество связей между геномными отклонениями и клиническим поведением» (Albertson D.G.et al, 2003 ). Чем более в кариотипе выражена анеуплоидия, тем более злокачественным является рак ( Duesberg P. et al., 2005, Wolman S.R. , 1986 )).

На рисунке 4.3. на А и В показаны две репрезентативные кариограммы, на основе которых были созданы эти кариографы, (А) кариограмма фибробласта нормального диплоидного мужчины, (В) кариограмма клетки рака мочевого пузыря человека LD583. Эти кариограммы были подготовлены на основе метафазных хромосом, гибридизированных с хромосом-специфическими цветами. Нижние линии на рис. 4.3 В показывают 26 клональных и 7 не-клональных маркерных хромосом рака мочевого пузыря.

Эти причинно-следственные связи между раковыми кариотипами и фенотипами также поддерживаются специфическими фентопино-кариотипными отношениями нормальных видов и не-раковых индивидуумов с врожденными анеуплоидиями. Лучше всего известны такие врожденные анеуплоидии, как синдром Дауна или трисомия 21 и трисомия 13 . Например, хотя «хромосома 21 представляет (только) около 1% генома человека», трисомия 21 (синдром Дауна) приводит к «более чем 80 умственных и физических нарушений» . Анормальные фенотипы, обусловленные экспериментальной анеуплоидией, также описаны у животных, таких как морские ежи, дрозофилы , растения и дрожжи , более чем за 100 лет. Аналогично число копий бактериальных плазмидов с лекарственно-устойчивыми генами определяют уровень резистентности против токсических препаратов. Все эти примеры демонстрируют множественные доминантные фенотипы, основанные только на дозе гена, которая не может быть сведена к каким-либо устойчивым мутациям.

Отсюда следует, что индивидуальные транскриптомы и фенотипы раков непосредственно коррелируют с индивидуальным числом копий их анеуплоидных хромосом. Тоже можно сказать про транскриптомы и фенотипы анеуплоидных не-раковых клеток.

Роль «специфических» мутаций в раках с индивидуальными кариотипами? С точки зрения кариотипной и фенотипной индивидуальности раков, и корреляций этих индивидуальных кариотипов с анормальными экспрессиями тысяч нормальных генов , неясно, какую роль играют мутации 3-6 «специфических» онкогенов в канцерогенезе (см. также раздел 5 ниже).

Эта неопределенность основана на двух системных проблемах с онкогенами:

1) Низкие уровни экспрессии гипотетических клеточных онкогенов. Например, РНК клеточных онкогенов обычно не выявляемы в раках без искусственной амплификации. Вероятно, по этой причине экспрессия онкогенов редко даже упоминается или отдельно обсуждается в раковых исследованиях генной экспрессии. При этом, вирусные последовательности-гомологи клеточных онкогенов приобретают свою канцерогенную функцию в результате транскрипционной избыточной активации вирусными промоутерами , с генными мутациями или без них.

2) Независимость раков от известных онкогенов. Раки одного типа не обладают последовательно одинаковыми мутировавшими онкогенами. Согласно Vogelstein, «Существуют несколько генов, которые обычно мутируют – мы называем их горами - но в ландшафте преобладают холмы». Таким образом, можно возразить, что мутации онкогенов либо не являются необходимыми для осуществления трансформации либо их место занимают другие гены. Первая альтернатива поддерживается ras-положительными фибросаркомами человека, колоректальными раками и меланомами, которые сохранили онкогенность после спонтанных потерь их ras-ГЕНОВ . И jak-отрицательными острыми миелоидными лейкемиями, полученными из jak-положительных предшественников. Аналогичные наблюдения были сделаны и для раков животных, сохраняющих туморогенность после потери предполагаемых онкогенов.

Таким образом, последовательно низкие уровни экспрессии онкогенов, и независимость раков позволяют предположить, что в раках развивается канцерогенность от их индивидуальных кариотипов с массивными индивидуальными транскриптомами.

Ввиду этого, не кажется удивительным отсутствие четких свидетельств о системном онкогенном фенотипном окружении помимо раков с мутациями специфических онкогенов от раков без подобных мутаций. Как указывает P.Duesberg et al., (2011) даже в учебнике, «Биология рака» на 459 странице указано, что «картирование один-к-одному между генами и фенотипами, ассоциированными с раком, невозможно» . Соответственно, McCormick указал недавно, что раки поджелудочной железы с мутациями ras не отличаются от раков поджелудочной железы без мутаций ras по любым системным фенотипам, специфичным для рака (Frank McCormick “New Approaches to Targeting Ras” семинар в Lawrence Berkeley Lab, март 29, 2011). Аналогично в недавнем интервью по этому вопросу указывается что «К-ras мутация может дополнять диагноз рака поджелудочной железы несмотря на ограниченное значение при принятии клинического решения. Присутствие К-ras в хронических (нераковых) панкреатитах позволяет выделить подгруппу пациентов с риском развития рака поджелудочной железы…» (Boados J. et al., 2001). Таким образом, состоятельные данные о неопластической функции мутировавших онкогенов, таких, как ras отсутствуют . P. Duesberg et al., 2011 пришли к заключению, что соотношения один-рак-один-кариотип, описанные ими, являются генетическими фактами, свидетельствующими в пользу теории видообразования. Этот факт, а также пропорциональность между числом копий хромосом и числом копий соответствующих мРНК свидетельствуют, что раковые кариотипы в целом определяют раковые фенотипы, подобно тому, как кариотип в целом определяет фенотипы конвенциональных видов. И напротив, факты в подтверждение неопластической функции обычных онкогенов, общих для многих, но не для всех отдельных раков по-прежнему неопределенны.

3) Гибкость кариотипов. Согласно теории видообразования кариотипы раков являются гибкими в специфических для кариотипов пределах, основываясь на равновесии между присущей анеуплоидии нестабильностью и отбором автономии. Это прогнозирует (а), что кариотипы рака будут гетерогенным в любое время и (б) что кариотип или соответствующий подвид будет варьироваться с различными условиями отбора. Чтобы проверить эти прогнозы, мы проанализировали кариотипы ряда раков на предмет клональной гетерогенности в определенное время, и сравнили кариотипы тех же раков, выращенных в других селективных условиях (лекарственная устойчивость и метастазы).

а) Гетерогенность клональных неопластических кариотипов. P.Duesberg et al., 2011 установлено , что общее число хромосом индивидуальных клеток пяти линий рака человека HeLa, HT29, SW480, MDA231 и рака мочевого пузыря LD583/611 варьируются на небольшой процент от клональных средних показателей. Число копий рако-специфических хромосом обычно колеблется ±1 редко ±2 вокруг модальных значений. Иногда случаются также полиплоидизации целого кариотипа рака.

Кроме этого, есть несколько исключений помимо очевидного равновесия автономных вариантов в любом состоянии, которые обычно не консервируются в дальнейших пассажах в тех же условиях (Li L., McCormack A.A., Fabarius A. et al ., 2009) или в других селекционных условиях. Другие исключения проявляются как не-клональные маркерные хромосомы у меньшинства клеток других клональных раков. Например, 2 из 10 HeLa клеток, 3 из 10 НТ29 клеток, 4 из 10 SW480 клеток, 1 из 20 MDA231 клеток и почти каждая клетка рака мочевого пузыря LD583 содержали не-клональные маркерные хромосомы. Опять же эти исключения не были видны в последующих пассажах, но были заменены другими, свидетельствуя о постоянно идущей вариативности.

Для определения, какие исключения являются жизнеспособными, т.е. могут быть клонированы, а какие нет, потребуется дальнейшая работа по анализу единичных клонов, полученных из клеток этих раков.

Б) Отбор новых клональных фенотипов. Затем, P.Duesberg et al., 2011 задались вопросом, коррелирует ли приобретение новых рако-специфичных фенотипов, таких как устойчивость к цитотоксическим препаратам пуромицин и метотрексат, или адаптация к новому месту обитания, т.е. метастазы, с клональными кариотипными изменениями. Для этого варианты четырех раковых линий, HeLa, HT29, SW480 и MDA231, устойчивых к метотрексату и пуромицину. Кариографы каждого из лекарственно устойчивых вариантов затем сравниваются с соответствующим лекарственно-чувствительным предшественником. Исследовательи показали, что каждый лекарственно-устойчивый вариант из четырех линий отличается от лекарственно-чувствительно предшественника по модальному или клональному числу копий у 2 из 7 нормальных и маркерных хромосом. Кроме того, лекарственно-устойчивые варианты отличаются от родительских линий тем, что теряют родительские и приобретают новые клональные маркерные хромосомы, составляя от 1 до 20 различных маркеров на вариантную линию. Далее P.Duesberg et al., 2011 сравнили кариограф метастазов рака мочевого пузыря с кариографом соответствующего первичного рака на наличие кариотипных изменений. Tsaо et al. изолировали эти метастазы у пациента через 9 месяцев после удаления первичного рака и адъювантной химиотерапии. Исследования показали, что почти тетраплоидные кариотипы первичного рака и метастаза являются близкородственными видами. Но метастатический рак мочевого пузыря отличается от первичного по 17 изменениям клонального числа копий нормальных хромосом и по 4 общих маркерных хромосом. Кроме того, первичный рак содержал 16 индивидуальных маркеров, а метастаз – 32. Более того метастаз содержал второй кариотип, явное удвоение первичного почти тетраплоидного кариотипа до почти октаплоидного кариотипа.

Подобная полиплоидизация раковых кариотипов подтверждает более ранние наблюдения. Например, Hauschka пишет в 1961 г., «Помимо принципиальных митотических ошибок запаздывания и нерасхождения, которые приводят к меньшим численным отклонениям от диплоидности, полиплоидизация через эндомитотический механизм играет важную роль в эволюции опухоли».

Скорость ракоспецифичных вариаций кариотипа. Время, за которое эти раки развили такие сложные новые фенотипы, как лекарственная устойчивость и метастазы, составило лишь от нескольких недель до месяцев. В то же время у этих раков варьируется кариотип в специфических пределах со скоростью до более 50% кариотипа на клеточное поколение, как описывалось ранее. Таким образом, эта скорость в несколько раз выше обычных мутаций. Как прогнозировалось нашей теорией, уже эта высокая скорость вариаций выделяет онко-специфичный механизм фенотипных вариаций по сравнению с гораздо более низкими скоростями обычных мутаций.

P.Duesberg et al., 2011 пришли к выводу, что кариотипные вариации, катализируемые анеуплоидией, буферизованные селекцией автономии, дают онко-специфичное объяснение характерной вариативности раков, генетической сложности этих вариаций и высокой скорости, при которой происходят эти вариации, в сравнении с обычным мутациями у нормальных и раковых клеток.

4) Бессмертность. Ранее исследователи называли раки бессмертными, потому что их можно было безгранично трансплантировать от животного к животному или культивировать in vitro. Согласно Hauschka в 1961, «кариотипы опухолей имеют конкурентное значение для выживания и будут постоянными в течение тысяч клеточных поколений» . В 1965 Hayflick также связал бессмертность с кариотипом «При отсутствии каких-либо данных по этому вопросу, можно возразить, что избавление от неизбежности старения клеток in vivo и in vitro… заключается в гетероплоидности (обычно модально распределенной) . Гетероплоидность синонимична анеуплоидности. В 1972 г. британский исследователь рака Koller специфически связал бессмертность с вариативностью ракового кариотипа, «По-видимому, злокачественный рост состоит из конкурирующих клеточных клонов с различными и постоянно изменяющимися генотипами, наделяющими опухоль адаптивной пластичностью относительно окружающей среды. Запутанные кариотипные паттерны показывают мульти-потенциальность неопластической клетки; тогда как нормальные клетки и ткани стареют и умирают, опухолевые клетки пролиферируют и выживают из-за присущей им вариативности ». Но состоятельной теории, связывающей раковый кариотип с бессмертностью не появилось.

Адаптации через кариотипную гибкость как механизм иммортализации. Теория видообразования предполагает, что «запутанная» кариотипная вариативность, амортизируемая отбором по автономности, приводит к бессмертности. Согласно данной теории, равновесие между нестабильностью, присущей анеуплоидии и отбором по автономности приводит к стабильному пулу вариантов или подвидов, которые формируют бессмертность у раков относительно токсических препаратов или не-нативных мест обитаний, как при метастазах и экспериментальных трансплантациях. Нормальные виды также развивают бессмертность при помощи отбора против анормальных кариотипов или других генетических дефектов из пулов нормальных индивидуумов.

Естественные примеры бессмертных раковых кариотипов. Кариотипы всех клинических раков являются клональными, и значит стабильными, несмотря на клональную гетерогенность, по крайней мере, в течение 30 поколений, к моменту, когда их обычно диагностируют в количестве примерно 1 мл или 109 (=230) клеток. Таким образом, они, по крайней мере, «относительно» бессмертны на этой стадии . Далее было выявлено, что оригинальные кариотипы раков человека сохраняются у пациентов в течение длительных временных периодов, часто с вариациями, вызванными химиотерапией. Выживание базового кариотипа метастатической меланомы у пациента в течение 12 лет может быть подобным примером.

Раковые кариотипы также оказались бессмертными в тысячах экспериментальных поколениях трансплантатов и в тысячах экспериментальных пассажей в клеточных культурах, несмотря на присущую им гибкость . Бессмертность видов рака доминирует даже в гибридах с нормальными клетками, именуемыми гибридомами.

«Инфекционные раки» - интересные естественные примеры бессмертности «раков с полностью установившимся видом» с индивидуальными клональными кариотипами . Эти раки естественным образом передаются от животного к животному, как например, «венерическая опухоль собак» и лицевой рак тасманийского дьявола . По-видимому, кариотипы псовой и тасманийской опухолей, по сути, являются одинаковыми во всех протестированных случаях. Таким образом, они стабильны в бесчисленных естественных переносах, как микробные паразиты. Согласно Vincent, «Приобретение раковыми клетками свойств зародышевой линии четко показывает, что они вышли за пределы их хозяина и стали чем-то другим ».

P. Duesberg et al., 2011 делают вывод о том, что гибкость раковых кариотипов в стабильных пределах и получающиеся в результате конституциональные пулы компетентных вариантов или подвидов наделяют раки бессмертностью. Кариотипная бессмертность, таким образом, еще раз связывает раковые виды с нормальными филогенетическими видами.

5) Неизбежно длительные латентные периоды от воздействия канцерогенов до рака. Не важно, какой канцероген используется и как часто он применяется, раки развиваются только спустя «подозрительно» длительные латентные периоды от нескольких месяцы до десятилетий.

Теория видообразования прогнозирует, что эти длительные латентные периоды отражают низкую вероятность развития кариотип нового автономного вида при помощи случайных вариаций кариотипа предшествующего вида. Это подтверждается несколькими методами.

Классическое наблюдение длительных неопластических латентных периодов.

Классическое клиническое наблюдение и эксперименты на животных, начиная с Yamagiwa и Ishikawa в 1915 давно показали, что канцерогены приводят к раку только спустя длительный неопластический латентный период от нескольких месяцев до десятилетий, но причина неизбежного латентного периода остается неизвестной . Неопластические латентные периоды, разделяющие воздействие канцерогенов и начало рака. Последние исследования показали, что канцерогены вызывают случайную анеуплоидию без промедления, а раки с клональными кариотипами – лишь после длительной задержки, согласно прогнозу теории видообразования. Подобная пренеопластическая анеуплоидия отмечается а) у людей, подвергнувшихся воздействию атомной радиации , б) в клетках человека, в которых «удивительно высокая пропорция Т-клеток со стабильными и часто сложными хромосомными абберациями, вызванными облучением, способна пролиферировать и формировать увеличивающееся количество клеточных клонов in vitro » в) в гиперпластической печени мышей, которых кормили п-диметиламиноазобензолом, г) при «пренеопластических повреждениях» мышей, получавших диметилбензантрацен либо в печени, селезенке, тимусе или на коже в форме предраковых папиллом , д) в печени крыс, получавших нитрозамин и другие химикаты, вызывающие рак печени «для определения значения хромосомных в сравнении с геномными мутаций» , е) гипепластическая ткань молочной железы крыс, получавших диметилбензантрацен, чтобы вызвать рак молочной железы, ж) «трансформированные» клетки сирийского хомяка, обработанные канцерогенами in vitro и з) спонтанно трансформированные клетки мыши и китайского хомяка, растущие in vitro до приобретения туморогенности.

Новые экспериментальные тесты длительных латентных периодов между индукцией анеуплоидии и канцерогенеза. P.Duesberg et al., 2011 протестировали прогнозы своей теории на крысах и китайских хомяках, что канцерогены вызывают канцерогенез случайной анеуплоидией, но приводят к клональным ракам лишь спустя длительный латентный период, с использованием нитрозомочевины в качестве канцерогена. Они считают использование нитрозомочевины в качестве канцерогена особо интересным в свете нашей теории, поскольку этот канцероген предположительно приводит к раку путем специфических мутаций гена ras, в случае которых канцерогенез должен не зависеть от анеуплоидии . Их эксперименты с китайскими хомяками и крысами, показали, что даже нитрозомочевина вызывает бессистемную анеуплоидию задолго до появления раков с клональными кариотипами.

1) Изучая канцерогенез на китайских хомяках, P.Duesberg et al., 2011 обнаружили, что нитрозомочевина вызывает бессистемную анеуплоидию в 80-90% эмбриональных клеток в течение нескольких недель, и что эти клетки генерировались при сингенетическом раке хомяков с индивидуальными клональными кариотипами и фенотипами, такими как клеточная морфология и темпы роста – но лишь спустя латентный период от 4 до 7 месяцев.

2) Изучая опухоли молочной железы крыс, развившихся через 6-12 месяцев после введения нитрозомочевины, P.Duesberg et al., 2011, в сотрудничестве с Aldaz, выявили, что у девяти из девяти опухолей отмечаются индивидуальные кариотипы, индивидуальные неопластические фенотипы, индивидуальная клеточная морфология и темпы роста. P.Duesberg et al., 2011 кариотипировали эти опухоли недавно разработанными с цветной маркировкой хромосом-специфичными пробами ДНК крыс, которые значительно облегчают идентификацию кариотипов рака, в сравнении с конвенциональными методами, используемыми в первоначальном исследовании.

Кроме того, P.Duesberg et al., 2011 обнаружили, что некоторые первоначальные эксплантаты опухолей молочной железы крыс были гиперплазиями с не-клональными анеуплоидиями, которые являются прогнозируемыми предшественниками клональных раковых кариотипов согласно нашей теории. Меньшая фракция явно неклональной анеуплоидии этой опухоли должна была уже включать неопластический кариотип, поскольку через несколько недель в клеточной культуре появляются очаги морфологически трансформированных клеток с индивидуальным клональным кариотипом. Этот результат ранее подтверждался наблюдениями С.М. Aldaz et alю (1992), а именно тем, что «опухоли показали сосуществование нормальных диплоидных клонов с анормальными клонами » и S. Nandi et al. ( Guzman R.S., Osborn R.S., Bartley J.S. et al., 1987), которые выявили трансплантабельную, предраковую гиперплазию молочной железы у крыс, обусловленную нитрозомочевиной .

Таким образом, канцерогенез, вызванный нитрозомочевиной, у китайских хомяков и крыс, подтверждает прогнозы теории видообразования, и именно, раннюю индукцию бессистемной анеуплоидии, с последующим раком с индивидуальными кариотипами и фенотипами после латентности в 4-12 месяца.

Однако можно возразить, что эти раки также зависят от обычных мутаций гена ras, который, согласно сообщениям, является общим для большинства опухолей и пренеопластических тканей, обусловленных нитрозомочевиной.

Но, а) характеристики раков, которые Peter Duesberg и его коллеги (2011) и C.M. Aldaz et al.(1992) анализировали и б) отсутствие корреляций между мутациями ras и раками, вызванными нитрозомочевиной, ставят эту точку зрения под вопрос. Что касается отсутствия ras-корреляций, C.M. Aldaz et al. (1992) выявил, что ras экспрессия крысиных карцином, которую они изучали, была либо выше, либо ниже, чем в нормальных клетках. Другие исследователи выявили, что нитрозомочевина вызывает у крыс карциномы молочной железы как с мутациями ras, так и без них , и у хомяков рак поджелудочной железы с мутациями ras, и без них. Таким образом, отсутствует и систематическая корреляция и фенотипное подтверждение того, что ras мутации необходимы для поддержки раков, вызванные нитрозомочевиной. Peter Duesberg и его коллеги (2011) пришли к заключению, что согласно их теории, мутация генов ras не является необходимой для канцерогенеза.

Пренеопластическая анеуплоидия для прогноза рака. С 1952 года пренеопластическая анеуплоидия гиперпластических, диспластических клеток, и клеток, подвергшихся воздействию канцерогенов, используется для прогноза и профилактики рака человека со значительным успехом в клинике, прежде всего Папаниколау и др. (Mellors R.S., Keane J.F., Paponicolaou G.N. ,1952) и затем рядом других ученых. С тех пор как это произошло, несмотря на отсутствие состоятельной теории, лежащей в основе, успех этих тестов представляет собой беспристрастное клиническое доказательство теории видообразования канцерогенеза . В целом, а) раннее присутствие бессистемной анеуплоидии в гиперпластических или диспластических, или трансформированных клетках, подвергшихся воздействию канцерогенов и б) позднее возникновение раков с индивидуальными клональными кариотипами много спустя после первичной анеуплоидизации, подтверждают теорию видообразования рака. Таким образом, эволюция нового автономного кариотипа путем бессистемных вариаций кариотипов является стадией канцерогенеза, которая ограничивает скорость и требует времени. По-видимому, она является также и шагом, ограничивающим скорость в эволюции нормальных видов.

Так почему эволюция раков протекает быстрее, чем эволюция нормальных видов? Даже если канцерогенез неизбежно протекает медленно, виды раков развиваются значительно быстрее, чем нормальный филогенетический вид согласно палеонтологическим летописям, а именно, от многих месяцев до десятилетий, в сравнении с миллионами лет. Так оправдана ли аналогия с видообразованием? Мы считаем, что разница по скорости видообразования двух типов заключается в уровне сложности. Поскольку генетическая сложность нормальных половых видов, состоящих из множества высоко дифференцированных клеток на порядок выше, по сравнению с соответствующим неполовым раковым потомством, вероятность формирования новых половых видов гораздо ниже, и, таким образом, медленнее, чем формирование новых видов рака при помощи того же механизма. Можно, однако, возразить, что генетическая сложность раков примерно та же, как и у их предшественников, размножающихся половым путем. Но этот аргумент не принимает во внимание, что раковые клетки используют только крошечную фракцию генома эукариота, эквивалентную микробу.

Исследователи из Калифорнии пришли к заключению, что филогенетические отношения между раками: другая параллель с видообразованием. Ранние цитогенетические сравнения индивидуальных раков от одной исходной ткани показали рецидивные или «не-случайные» анеусомии. Более поздние количественные сравнения анеуплоидий различных раков при помощи метода сравнительной геномной гибридизации подтвердили и расширили начальные результаты: индивидуальное количество копий хромосом большинства раков от определенной ткани были близко родственны, хотя те, которые состояли из системного меньшинства, не были близко родственны.

Но, несмотря на обилие кариотипного сходства, «полностью специфическая первичная и вторичная кариотипная аномалия выявлена не была». Ввиду этого большинство исследователей предполагает, что эти обычные анеусомии кодируют обычные гены, необходимые для канцерогенов . Однако остается неясным, какие это обычные гены, и почему стабильный процент раков от общей исходной ткани не был родственен с остальными. Теория видообразования рака, однако, предлагает связное альтернативное объяснение. Эта теория предполагает, что поколение новых автономных видов рака от исходной ткани ограничено тканеспецифичной доступностью активных транскриптомов. Эта точка зрения основана на фактах, что транскриптомы и фенотипы, специфические для дифференциации, обычно фиксируются на всю жизнь и сохраняются и в раковых клетках. Тем не менее, более радикальные кариотипные инновации могут произойти в меньшинстве случаев при более низкой скорости.

Это опять же, отражается ограничениями в конвенциональном видообразовании, где новые виды обычно значительно похожи на своих непосредственных предшественников, например грызунов и приматов, хотя при низкой скорости должны происходить более радикальные инновации, генерирующие имеющееся разнообразие видов.

Кирилл Стасевич (2011) анализируя материалы работы P. Duesberg et al., (2011) приходит к заключению о том , что исследователи окончательно доказали, что основной причиной рака служат масштабные хромосомные перестройки, а вовсе не точечные мутации в нескольких генах. Раковые клетки в итоге получают собственный, относительно стабильный кариотип, который позволяет назвать очередной рак новым биологическим видом.

Мысль о том, что рак — это не только болезнь, но и этап видообразования, далеко не нова; подобные взгляды высказывал, например, биолог-эволюционист Джулиан Хаксли в 1956 году. Критерием нового вида для него была автономность: как только клетка становится независимой от своего окружения, её можно считать если и не новым видом, то по крайней мере уверенно вставшей на путь видообразования. Раковые клетки действительно обладают такой способностью: они не подчиняются законам хозяйского организма и сами решают, где, как и когда им жить и размножаться. Наконец, есть пример долгоживущих линий раковых клеток вроде HeLa.

Попытки описать развитие раковых клонов в терминах эволюционной теории предпринимались, но в случае со злокачественными опухолями перед эволюционистами вставала одна проблема: кариотип раковых клеток не отличается постоянством. Питер Дьюсберг и его коллеги из Калифорнийского университета в Беркли в своей статье в журнале Cell Cycle описывают канцерогенез как один из способов видообразования, исходя как раз из нестабильности кариотипа раковых клеток. При этом г-н Дьюсберг покушается на господствующую ныне теорию мутагенеза, объясняющую злокачественное перерождение множественными мутациями, которые попадают в какие-то ключевые гены. Напротив, по убеждению исследователей, причиной канцерогенеза служат хромосомные неполадки: удвоения, делеции, перемонтирование хромосом, когда к одной пришивается кусок другой, и т. п. Эти изменения затрагивают даже не десятки, а тысячи генов. В результате таких перестроек (хромосомных аберраций) появляется новая клетка, которая вполне может претендовать на звание родоначальника нового вида. Такое явление называется анеуплоидией. Это изменение в числе копий одной или нескольких хромосом, а не всего их набора. Анеуплоидия свойственна всем раковым клеткам, это известно давно, но, как подчёркивают авторы статьи, это не следствие, а причина ракового перерождения. У клетки нарушаются механизмы удвоения и (или) разделения хромосом, предшествующих делению клетки; в результате одна из дочерних клеток может оказаться обладательницей лишней копии хромосомы, а вторая, наоборот, недополучает копии одной или нескольких хромосом. Обычно для клетки это равносильно смертному приговору (только растения спокойно переносят масштабные перестройки в кариотипе). Но может случиться и так, что хромосомная аберрация окажется «совместима с жизнью», и спустя десятилетия в потомках этой клетки закрепится стабильный, но отличающийся от «нормального» набор хромосом. Раковые клетки обладают довольно нестабильным, подвижным хромосомным набором, что отличает их от обычных биологических видов. Но при этом им нет нужды беспокоиться о размножении, которое у всех прочих в первую очередь страдает от хромосомных перестроек. Злокачественная клетка делится митотически, и, пока гены, управляющие митозом, не затронуты, она может позволить себе значительные подвижки в кариотипе. Исследователи проанализировали кариотипы нескольких раковых клеточных линий в пределах нескольких поколений. Оказалось, что в пределах одной линии набор и строение хромосом у клеток не меняются, но при этом могут сильно отличаться от хромосомного набора опухоли иного типа или даже от опухоли такого же рака, но взятого у другого пациента. Самым выдающимся примером тут служит опять-таки линия клеток HeLa, которую в 1951 году взяли у больной Генриетты Лакс: с тех пор эта линия существует автономно, вне организма и обладает вполне стабильным кариотипом по сравнению с тем, который у неё был в первые годы её существования.

Индивидуальный кариотип, набор и строение хромосом — это «удостоверение личности» биологического вида. До сих пор не было обнаружено видов с одинаковым кариотипом, он различается даже у человека и шимпанзе, хотя количество общих генов у нас с шимпанзе достигает 99%. Наличие собственного кариотипа позволяет отнести линии раковых клеток к новым видам или хотя бы к начальным этапам видообразования. В качестве удобной аналогии их можно сравнить с паразитическими организмами, тем более что существуют как минимум три вида опухоли, которые могут передаваться как паразиты — с помощью отдельных раковых клеток от особи к особи (к таким относят лицевую опухоль дьявола, которая губит сумчатых тасманийских дьяволов, трансмиссивную венерическую саркому собаки и третий, аналогичный вид рака, обнаружен у хомяков).

По словам учёных, в рамках такой гипотезы можно объяснить и долгий временной интервал, разделяющий начальную хромосомную перестройку и появление полноценного рака: далеко не всякая вариация в наборе хромосом может привести к появлению самостоятельного, видоспецифичного кариотипа.

НейроВита

Адрес Клиники

Россия Москва
Каширское шоссе 23

Обратная связь

Телефон:
+7 (499) 324-9339
+7 (499) 324-9389
Факс:
+7 (499) 324-9350
Email: neurovita@mail.ru

Время работы

Администрация клиники:
Понедельник - пятница: 9:00 - 20:00
Суббота & Воскресенье: 9:00 - 16:00

Прием пациентов:
Круглосуточно