Путь эгоизма: от клетки до опухоли и дальше

Если попросить врача выразить сущность рака одной фразой, мы услышим о потере контроля организма над группой клеток. Они переходят на «тёмную сторону» и начинают действовать в своих, эгоистичных интересах. Мы рассмотрим некоторые коварные уловки, без которых невозможно развитие опухоли, а также узнаем как далеко может завести эгоизм. 


Но прежде чем перейти к теме, обратим внимание на попытку бактерий P. fluorescens создать подобие многоклеточного организма. Они живут в жидких средах и при нехватке растворенного кислорода, преимущество получают бактерии-мутанты. Способность мутантов сохранять связи между клетками позволяет образовать большую колонию и всплыть к неограниченным запасам кислорода на поверхности.

Pseudomonas fluorescens.jpg

Pseudomonas fluorescens


Соединение клеток обеспечивает специальный «клей» и его синтез требует много энергии. В колонии быстро появляются нахлебники, отказывающиеся от затрат, но продолжающие жить на поверхности за счёт работы других. Получая преимущество, обманщики размножаются активнее честных клеток, связи слабеют и колония распадается. Все участники вновь сталкиваются с нехваткой кислорода.

Появление сложного организма невозможно без создания «морального кодекса» для клеток и системы контроля над его соблюдением. Только переход с программы «жить ради себя» на «жить ради целого» позволила появиться удивительной сложности нашего организма с развитой системой разделения труда клеток.

Опухоль возвращается к примитивной программе самостоятельного выживания, продолжая пользоваться благами сложного организма. Она подрывает основу и общего, и своего существования ради сиюминутной выгоды, как и бактерии-обманщики, подорвавшие связь клеток в колонии. На этом пути опухоль проходит несколько этапов.

 

Уровень первый: клетка

Моральный кодекс записан в системе особых генов. Они запускают механизмы самоуничтожения клетки, если её поведение отклоняется от нормы. Но гены-стражи могут повреждаться различными факторами: радиация, свободные радикалы, вирусы и т.д. Тогда клетка сбрасывает налёт интеллигентности и превращается в злокачественную. Это не простой процесс: необходимо прятаться от иммунитета и учиться жить по новым правилам.

Раковые клетки.jpg

Раковые клетки


1. Нарушение дифференцировки 

Прежде чем приступить к работе молодые клетки проходят подготовку (дифференцировку). Так нервные клетки в процессе взросления обзаводятся длинными отростками для приёма и передачи сигналов, а мышечные накапливают сократительные белки. В злокачественных клетках этот процесс нарушен и даже идет в обратную сторону. «Помолодевшие» отступники теряют часть полезных организму свойств и чем сильней трансформация, тем опасней они становятся.

2. Неограниченное число делений 

Эту удивительную способность наглядно иллюстрирует случай Генриетты Лакс, умершей от рака в далёком 1951 году. Образец её опухоли до сих пор растёт в лабораториях по всему миру и служит материалом для исследований, значительно пережив хозяйку. Это особенно интересно, если вспомнить о пределе Хейфлика ограничивающего число делений здоровой клетки нашего тела примерно полусотней раз, после чего наступает её гибель.     

3. Атипичный энергетический обмен 

Наш организм экономит питательные вещества и практикует полное расщепление глюкозы до воды и углекислого газа. Раковые клетки лишь частично разрушают глюкозу, вырабатывая почти в 20 раз меньше энергии. Странное на первый взгляд решение, дает важное преимущество: оставшиеся кусочки глюкозы служат полуфабрикатом для быстрого строительства клеточных структур. А нехватку энергии компенсирует больший объем топлива, забранный у организма-хозяина.

 

Уровень второй: опухоль

Потенциально раковые клетки появляются в организме ежедневно. На этом этапе они еще весьма уязвимы – иммунная система эффективно распознает и устраняет опасность. Злоумышленников с головой выдают особые сигнальные молекулы (опухолевые антигены). Но множество патологических клеток неоднородно, часть имеет больше антигенов, часть меньше, а единицы практически полностью их лишены и остаются незамеченными. Именно они смогут размножиться и дать начало опухоли, приобретая новые свойства в ходе эволюции.  

Опухоль.png

Микроскопическая опухоль


1. Генетическое разнообразие 

Передача наследственной информации при делении клеток необычайно точна. Если представить что единица информации обрабатывается за секунду, то одна неточность возникала бы примерно раз в 2,5-3 года. Механизмы копирования у раковых клеток менее совершенны. Каждая клетка опухоли немного отличается от остальных из-за ускоренного накопления ошибок (мутаций). Такое разнообразие доставляет массу проблем при лечении – среди миллионов клеток почти всегда найдутся устойчивые к выбранному препарату.

2. Перепрограммирование иммунитета 

Клетки врожденного иммунитета, имеют двойную задачу. Первая группа уничтожает врага, вторая латает полученные раны, ускоряя деление клеток в месте повреждения. Некоторые опухоли научились избегать воинов, но активно привлекают целителей. Самые хитрые виды рака научились перенастраивать бойцов на мирную профессию и используют их для ускорения собственного роста.

3. Раковые стволовые клетки (РСК) 

Считается, что только они способны к постоянному самовоспроизведению, а число делений остальных клеток опухоли строго ограничено. РСК чрезвычайно устойчивы к известным видам лечения. Активность транспортных белков обеспечивает выведение лекарств и токсинов из клеток, а многочисленные ферменты разрушают вещества оставшиеся внутри. РСК доказаны лишь у части известных видов рака, у некоторых их еще предстоит открыть. Но есть опухоли совершенно не вписывающиеся в эту модель - каждая их клетка способна к неограниченному размножению.    

 

Уровень третий: метастазы

Хорошо известна способность рака создавать аванпосты (метастазы) даже в удаленных от первичного очага местах. Они ответственны за 90% смертей в онкологии, поэтому их появление знаменует четвертую (высшую) стадию рака. Одним из факторов распространения метастазов являются измененные сосуды. Опухоль привлекает артерии обманом и в её патологическом окружении их развитие неполноценно. Благодаря прорехам в сосудистой стенке раковым клеткам проще проникнуть в кровоток. Это лишь первый этап метастазирования и открытие «новых горизонтов» требует массы нетривиальных решений.

Метастазы.png

Метастазы в головной мозг


1. Миграция группами 

Раньше прародителями метастазов считались одиночные клетки, но они плохо закрепляются на новом месте и уязвимы для иммунной системы. Почти в сто раз более эффективными оказались группы из 10-20 клеток. Однако было непонятно, как такой крупный комок преодолевает мельчайшие сосуды (капилляры) шириной всего в одну клетку. Оказалось, что на узких участках пути группа выстраивается в линию, а на просторе вновь формирует подобие шара. Простота решения сильно удивила ученых т.к. комок обычных клеток или бактерий в такой ситуации просто застревает.

2. Органотропизм 

Существуют типичные места появления метастазов разных видов рака. Интуитивно наиболее уязвим первый орган на пути зараженной крови. Обычно это печень или лёгкие, которые действительно «фильтруют» большую часть метастазов. Но такая модель слишком примитивна. Сейчас известно о выделении опухолью специальных пузырьков (экзосом) чувствительных к определенному органу (и только к нему). Попав на место, они подготавливают его к приходу колонистов, облегчая их закрепление. Если изменить состав экзосом, то метастазы предназначенные для мозга осядут в другом органе, например в почке.

3. Латентные метастазы 

Даже после удаления опухоли на ранних стадиях через несколько месяцев (или лет) могут появиться вторичные очаги. Их вызывает пробуждение так называемых «спящих» метастазов. Часть раковых клеток угнездившихся на новом месте не начинает делиться сразу. Происходит их переход в латентную форму незаметную для иммунной системы и устойчивую к лечению. Что именно заставляет клетки выйти из спячки пока не совсем ясно, но ослабление организма в целом и иммунной системы в частности значительно облегчает процесс.


Заключение

Рано или поздно война организма и опухоли закончится. Он либо уничтожит отступников, либо они погибают вместе. Вспомните, клетки-обманщики тоже пострадали от распада колонии, которую разрушили, а рак не способен жить без хозяина, которого  убил. Кажется, что в таком положении дел есть некая высшая справедливость. Но все не так просто. 

 Пока колония существовала, обманщики размножалась быстрее остальных. После распада группы, когда все потеряли доступ к кислороду, это важное преимущество осталось. Потомки обманщиков заняли в популяции большую долю, чем их родители, а это основное мерило биологического успеха.

С бактериями все понятно, но на какую выгоду «надеется» рак? Как ни удивительно иногда эгоистичным клеткам удается пережить организм-хозяина и перейти на новый, четвертый уровень став заразной (трансмиссивной) опухолью. Это крайне редкое явление и сейчас их известно всего четыре.

Тасманский дьявол.jpg

Тасманский дьявол

Самая древняя из них - венерическая саркома собак передается половым путем. Отделение от организма-хозяина произошло около 11,500 лет назад и с тех пор опухоль живет подобно инфекционному заболеванию. Она имеет относительно лёгкое течение, в то время как лицевая опухоль тасманских дьяволов, второй представитель группы, считалась смертельной в 100% случаев и лишь недавно появились устойчивые к ней особи. 

Еще более инфекционный характер приобрела саркома сирийских хомячков, передающаяся через укус комара A. aegypti. Это роднит её с некоторыми паразитарными заболеваниями, например малярией. Но максимально приблизилась к инфекции лейкемия моллюсков восточного побережья Северной Америки. Клетки этой опухоли самостоятельно путешествуют по воде в поисках очередной жертвы и уже распространились на сотни километров.

И все же миллиарды лет эволюции не прошли даром. Борьба эгоистичной части против сложного целого уже не так проста и как мы убедились, требует сложных приспособлений. Одноклеточные обманщики выигрывают почти всегда, в то время как миллионы опухолевых клеток гибнут, прежде чем появляется рак. И совсем уж редко им удается пережить хозяина. Парадоксальная природа ставит эгоистичное поведение всё дальше от эгоистичных интересов наших клеток.


Автор Александр Шаров

Выберите вариант регистрации как:

Физическое лицо
Эксперт

Нажимая «Зарегистрироваться», я принимаю Политику конфиденциальности Портала и мобильного приложения.

Войдите в свой аккаунт

Забыли свой пароль? Регистрация

Войти с помощью:

Восстановление пароля

Ваш пароль успешно выслан вам на email

Форма авторизации на сайте
Регистрация
Забыли свой пароль?
Войти как пользователь:
Войти как пользователь
Вы можете войти на сайт, если вы зарегистрированы на одном из этих сервисов:

Регистрация на Портале с помощью электронной почты

Нажимая «Зарегистрироваться», я принимаю Политику конфиденциальности Портала и мобильного приложения.

Спасибо за регистрацию. Теперь можете войти на портал с помощью логина и пароля.

Зарегистрируйтесь на Портале.

Выберите удобный для Вас вариант регистрации.



или


Нажимая «Зарегистрироваться», я принимаю Политику конфиденциальности Портала и мобильного приложения.

Регистрация Эксперта на Портале







Нажимая «Зарегистрироваться», я принимаю Политику конфиденциальности Портала и мобильного приложения.

Спасибо за регистрацию. Теперь можете войти на портал с помощью логина и пароля.

Портал профессионального образования Хабаровского края создан по инициативе Краевого государственного автономного образовательного учреждения дополнительного профессионального образования «Хабаровский краевой институт развития системы профессионального образования» (КГАОУ ДПО ХКИРСПО). Вы так же можете скачать мобильное приложение профессионального образования Хабаровского края. Мобильное приложение разработано для iOS и Android.