Книга Закон "джунглей". В поисках формулы жизни - Шон Кэрролл

Все-таки src представлял собой единичный случай. Существовали ли другие вирусные онкогены, у которых были клеточные аналоги? Их поиск превратился в гонку. Очень скоро было открыто несколько вирусных онкогенов у различных опухолевых вирусов, инфицировавших кур, мышей или крыс, а их аналоги имелись не только у вида-хозяина, но и у других животных, а также у людей. Гены myc, abl и ras дополнительно подтвердили, что вирусные онкогены происходят от нормальных клеточных генов, так называемых «протоонкогенов».

К концу 1970-х казалось, что формируются два солидных, но невзаимосвязанных «досье» о происхождении рака. Существование вирусных онкогенов и клеточных протоонкогенов убедительно объясняло, как вирусы могут вызывать рак, но только у животных. Демонстрация характерных хромосомных изменений при некоторых видах человеческого рака была красноречивой, но ограничивалась лишь некоторыми типами опухолей, причем было неизвестно, какими именно генами вызваны эти изменения. Каким образом можно было объединить два этих «досье»?

Способ был, и он позволил понять, почему природа рака связана с регуляцией.

Нарушение законов регуляции

Среди самых первых вирусных онкогенов и клеточных протоонкогенов, открытых после src, был ген v-abl, вызывавший у мышей лейкоз Абельсона, а также его клеточный аналог, ген c-abl. Подобно c-src и другим, c-abl также присутствует в человеческом геноме. Когда ученые выяснили, что ген c-abl относится к 9-й человеческой хромосоме и та же хромосома участвует в транслокации, описанной Роули при ХМЛ, они задумались: могут ли быть связаны эти факты? Возможно ли, что у больных ХМЛ 9-я хромосома повреждалась вблизи от гена c-abl?

Это было весьма смутное предположение. Хромосомы очень велики, в каждой содержится около 1000 генов. C-abl мог оказаться в любом участке хромосомы. Команда голландских и английских ученых взялась исследовать клетки с филадельфийской хромосомой (22-й). Они были просто поражены, выяснив, что ген c-abl из 9-й хромосомы действительно переместился в 22-ю хромосому (рис. 5.3, слева).

Далее открывалась захватывающая перспектива: возможно, ген c-abl непосредственно причастен к возникновению рака у человека. Чтобы подробнее выяснить, что происходит с геном c-abl в ХМЛ-клетках, исследователи выделили ту часть 22-й хромосомы, которая накладывалась на ген c-abl. Примечательно, что у 17 разных пациентов ген c-abl переместился практически в одну и ту же точку 22-й хромосомы. Итак, характерным признаком рака являлась не только транслокация из 9-й хромосомы в 22-ю, но и то, что склеивание участков происходило практически в одном и том же месте. Это подсказывало, что там, где ген c-abl попадал в 22-ю хромосому, происходило нечто очень важное. Дальнейшие исследования показали, что ген c-abl сливался с другим геном под названием bcr (это аббревиатура, означающая «кластер точек разрыва»). В результате объединенный ген кодировал аномальный белок, в котором «головная» часть белка c-abl сливалась с «хвостом» белка bcr (см. рис. 5.3 справа).

Рис. 5.3

При слиянии двух генов образуется онкоген, вызывающий рак. В клетках, пораженных хроническим миелоидным лейкозом, ген abl из 9-й хромосомы сливается с геном bcr 22-й хромосомы; гибридный ген кодирует аномально активный белок

Иллюстрация Лиэнн Олдз

Каким-то образом такое слияние превращало нормальный протоонкоген в смертельный онкоген. Этот механизм стал понятен, когда исследователи сравнили действие нормального белка c-abl и слившегося белка bcr/abl. Белок c-abl относится к классу так называемых тирозинкиназ, которые добавляют к белкам фосфатные группы. Добавление и удаление фосфатов – один из распространенных способов регуляции действия белка, то есть переключения его из неактивного в активное состояние и наоборот. Многие киназы входят в состав химических «реле», передающих информацию из внеклеточного пространства во внутренние механизмы, определяющие, что делать клетке: делиться, дифференцироваться или отмирать. В здоровых клетках тирозинкиназа c-abl обычно малоактивна. Но активность слившегося белка bcr/abl гораздо выше. В результате объединения возникает мутантный фермент, который, подобно конститутивным мутантам из опытов Моно и Жакоба, постоянно «включен».

В таком случае лейкоз – болезнь, связанная с регуляцией. При ХМЛ нормальный контроль над делением лейкоцитов нарушается из-за мутантного белка bcr/abl. Гиперактивный белок выводит из строя многочисленные клеточные «реле», которые застывают в состоянии «вкл», как будто заклинившая педаль газа в автомобиле. Оказывается, мутации в нескольких десятках других онкогенов, связанные со множеством других видов рака, по-видимому, также дают подобный общий эффект; поэтому причины рака связаны с регуляцией.

Хотя открытие онкогенов и того, как они действуют, стало прорывом в понимании механизмов рака, это была всего лишь половина генетической истории онкологии. Возможно, дочитав книгу до этого места и учитывая все, что было сказано о логике регуляции, вы уже догадываетесь, какова вторая половина этой истории. Разумеется, машина может потерять управление не только из-за заклинившего акселератора. Каков второй механизм? (Подсказка: вспомните об отрицательной регуляции и регуляторном законе двойного отрицания.)

Такой же эффект возможен, если нога соскользнет с тормоза либо если перерезать тормозной контур. Исследователи выяснили, что, действительно, отказ генетических «тормозов» – очень распространенный механизм развития рака.

Супрессоры опухолей

Первый генетический «тормоз», который удалось открыть, был связан с редким глазным раком, который называется ретинобластома. Это заболевание обычно развивается у маленьких детей, а иногда является семейным. Важнейшим ключом к генетической тайне ретинобластомы было то, что в некоторых случаях теряется участок обеих копий 13-й хромосомы; это означает, что утрата обеих копий какого-то гена – основной фактор образования ретинобластомы. Ситуация отличается от случаев с онкогенами, когда толчком к развитию рака становится изменение одной копии гена (например, bcr/abl).

На языке генетики можно сказать, что онкогенные мутации являются доминантными, так как они действуют, даже если нормальный протоонкоген не поврежден. Напротив, мутация при ретинобластоме является рецессивной – чтобы началась болезнь, должны измениться обе копии гена. По-видимому, исправная работа недостающего гена – необходимое условие для предотвращения или подавления опухоли, поэтому такой ген был назван опухолевым супрессором.

В результате подробного изучения той части ДНК, которой не хватало у больных ретинобластомой, удалось идентифицировать ген ретинобластомы (под названием Rb). Разумеется, функциональный Rb не вызывает рак, онкология – это следствие потери или изменения данного гена. Детальное исследование белка Rb показало, что в нормальном виде от него зависит важнейшая регуляция клеточного жизненного цикла. Чтобы разделиться, клетка должна скопировать свою ДНК, а потом превратиться в две клетки. Этот процесс жестко регулируется, а протекает в несколько этапов. Rb играет в начале этого цикла роль важной контрольной точки, блокируя репликацию ДНК. В таком случае при утрате обеих копий гена Rb репликация клеток может продолжаться бесконтрольно.