Evoliucinės vėžio priežastys. Antra dalis: kaip vėžinės ląstelės veikia viso organizmo evoliuciją?  (3)

Tęsiame pasakojimą apie vėžinių ląstelių evoliuciją ir su tuo susijusias šios ligos savybes. Pirmojoje straipsnio dalyje rašėme apie tai, jog vėžinės ląstelės iš esmės yra somatinių ląstelių mutacijos, kurios tampa neišvengiamos daugialąsčių organizmų viduje vykstant ląstelių evoliucijai.

Plačiau apie tai galite paskaityti pirmojoje straipsnio dalyje.

Taigi, vėžys yra labai tampriai susijęs su organizmo ir jo ląstelių evoliuciniais procesais. Kaip rodo evoliuciniai tyrimai, požymiai, lemiantys padidėjusią susirgimo vėžiu riziką, dažnai atrenkami „normalios" evoliucijos metu, dėl pleiotropinių efektų. Šiuo neįprastu žodžiu vadinamas efektas, kuomet nepaisant to, kad patys procesai didina vėžinių ląstelių atsiradimo tikimybę, jie turi teigiamą poveikį organizmo išgyvenimui.

Čia galima pateikti pakankamai vaizdų pavyzdį. Daugumai žinomas faktas, jog tarp Homo sapiens vaikų vėžys yra ganėtinai retas – vėžinio susirgimo tikimybė auga pasiekus suaugusio žmogaus amžių ir tolygiai organizmui senstant. Jeigu vėžiniai susirgimai išplistų jau vaikų tarpe, tai turėtų labai didelį neigiamą efektą viso rūšies dauginimuisi. Tačiau tai nereiškia, jog maži vaikai niekada neserga vėžiu – tai kartais nutinka ir dažniausiai vėžys aptinkamas smegenų arba kauliniame audinyje, t. y. tuose audiniuose, kurie žmonių evoliucijoje patyrė didžiausią persitvarkymą.

Manoma, kad žmogaus evoliucijos metu vaisiaus vystymosi programų pasikeitimai buvo nesuderinti su ilgalaikėmis natūraliomis priešvėžinėmis evoliucinėmis strategijomis ir šios adaptacijos dar nespėjo išsivystyti. Kitaip tariant, vaikų priešvėžinis apsauginis mechanizmas vis dar yra evoliucinėje stadijoje.

Tuo tarpu kiti genai, skatinantys somatinę evoliuciją, atsirado dėl lyčių arba vidinio genomo konflikto. Pvz. greitą spermatogenezę skatinantys genai taip pat teigiamai veikia vėžio dalijimąsi.

Ar visa tai reiškia, jog vėžinių ląstelių atsiradimo tikimybė įtakoja patį daugialąsčio organizmo evoliucijos procesą? Ar gali būti taip, kad rūšių evoliuciją veikia ne tik aplinkos sąlygos, bet ir organizmo siekis tobulėjant išvengti padidintos vėžinių susirgimų galimybės?

Yra mokslininkų, į abu iškeltus klausimus siūlantys teigiamus atsakymus. Mokslininkai netgi mano (Crespi and Summers, 2005), kad kai kurios žinduolių makroevoliucijos metu atsiradusios savybės gali būti susijusios su siekiu sumažinti vėžio atsiradimo tikimybę. Nustatyta, kad pvz. kaklo slankstelių skaičiaus pakitimai tiesiogine priklausomybe stipriai siejasi su vaikų vėžio atvejais ir veikiausiai tai yra viena iš priežasčių, kodėl žinduoliai beveik visados turi tiktai 7 kaklo slankstelius. Taip pat stipriai siejasi šonkaulių skaičius su žmonių vėžiniais susirgimais. Tokia sąsaja pastebėta ir tarp pelių. Todėl manoma, vėžio rizika stipriai riboja vystymosi sistemų ir inovacijų evoliuciją.

Ištrūkimas iš „somatinių pančių" – kai vėžys virsta naujomis vienaląsčių žinduolių (kvazi)rūšimis.

Jau pirmojoje straipsnio dalyje minėjome, kad dauguma „sėkmingų" vėžio atvejų pasibaigia organizmo ir pačios neoplazmos mirtimi. Todėl vėžys dažniausiai laikomas, kaip ir anksčiau minėta, vedančiu į niekur evoliucijos aklagatviu. Tačiau, kaip dažnai atsitinka, ir šioje biologijos reiškinių srityje žinomos išimtys.

Kai kada vėžiui vis dėl to pavyksta išvengti užprogramuotos somatinio kūno mirties ir jis tampa pilnaverte kvazirūšimi. Žinoma, tai nereiškia, kad vėžys tampa savarankišku organizmu, sugebančiu išsiveržti iš pirminio daugialąsčio „įtėvio“ ir toliau evoliucionuoti. Net ir išvengus somatinio kūno mirties, vėžys netampa pilnaverte rūšimi, o tik vadinama kvazirūšimi - lytiškai nesidauginančių ar kitokiu būdu dažnai nevykdančių horizontalios genų pernašos, replikatorių grupės, pasižyminčios panašia tarpusavio sandara. Dar vienas klasikinis kvazirūšių pavyzdys – virusai.

Šiuo metu mokslas surado keletą neįtikėtinų ir visiškai skirtingų vėžio kvazirūšių atsiradimo atvejų. Visų pirma, reikėtų paminėti klasikinį nemirtingų žmogaus vėžinių ląstelių atvejį – HeLa ląsteles.

HeLa ląsteles 1951 metais išskyrė George Otto GeyHenrietos Lack neoplazmos, sirgusios gimdos vėžiu ir tais pačiais metais nuo jo mirusios. HeLa ląstelės naudojamas kaip modelinės nemirtingos žmonių ląstelių analogų linijos daugelyje molekulinių biologinių tyrimų.

Evoliucijos biologas Leigh Van Valen 1991 metais, remdamasis tuo, kad HeLa ląstelių linijos gali egzistuoti neapibrėžtai ilgai ir jų egzistavimas neužsibaigia užprogramuota mirtimi, bei tuo, kad jos turi žymių genetinių skirtumų, lyginant jas su protėvinėmis Homo sapiens ląstelėmis (pvz. HeLa ląstelėse chromosomų skaičius svyruoja ir dažniausiai jų būna 82, kai žmogaus diploidiniame komplekte yra tiktai 46), išskyrė jas į naują vienaląsčių žinduolių rūšį Helacyton gartleri (lot. Gartlerio vardo HeLa ląstelė). Apie šios kvazirūšies savarankiškumą ir jos sugebėjimą prisitaikyti liudija jos invazyvumas laboratorinių tyrimų metu žmogaus ląstelių kultūrose. Taigi, Helacyton gartleri galima laikyti iš žmogaus kilusia, laboratorinėmis sąlygomis gyvenančia (pusiau)prijaukinta vienaląsčių žinduolių kvazirūšimi.

Per pastaruosius dešimtmečius mokslininkai atrado dar įspūdingesnių vėžio rūšiadaros pavyzdžių. Šiuo atveju, vėžinės ląstelės ne tik tapo nemirtingos bei genetiškai ir sandaros atžvilgiu skirtingos nuo savo protėvių, bet ir tapo visiškai autonomiškos, perėjo į parazitinį ir užkrečiamą (tiesa, užkrečiamos tik buvusios protėvinės rūšys) gyvenimo būdą. Pirmas toks pavyzdys – pastaraisiais metais nuskambėjęs Tasmanijos velnių veido vėžys.

Tasmanijos velniai šiuo metu gyvena tiktai šalia Australijos esančioje Tasmanijos saloje ir yra didžiausi šiuolaikiniai plėšrūs sterbliniai žinduoliai. Netolimoje praeityje (prieš kelis tūkstančius metų), Tasmanijos velniai patyrė didelį butelio kaklelio efektą ir genetiškai yra labai panašūs. Manoma, tai ir tapo Tasmanijos velnių užkrečiamo vėžio paplitimo pagrindine priežastimi.

O kokiu būdu ši vėžio rūšis perduodama iš vieno individo kitam? Pasirodo, pagrindinis veiksnys yra Tasmanijos velnių piktas būdas. Vykstant teritoriniams ginčams, jie dažnai vienas kitą kandžioja į veidą ir taip su epitelio ląstelėmis perduoda ir vėžines ląsteles, kurios labai greitai išauga į didžiulius auglius visoje veido ir ryklės srityje, ir gyvūnai greitai nugaišta nuo bado.

Pirmą kartą ši liga buvo aptikta tarp Tasmanijos velnių 1996 metais ir šiuo metu veido vėžys aptinkamas daugiau nei pusėje populiacijos atstovų. Manoma, jei išsaugojimo biologai nesiims papildomų priemonių, ši nauja parazitinė veido vėžio kvazirūšis pražudys visą Tasmanijos velnių laukinę populiaciją per du tris dešimtmečius.

Citogenetiniai ir genų ekspresijos statistiniai tyrimai parodė, kad ši vėžio rūšis kilo iš vieno individo nervinės ląstelės. Įdomu, kad Tasmanijos velnių veido vėžio ląstelės išskiria hormoną kortizolį, susilpninantį imunitetą ir keičiantį gyvūnų elgesį. Taigi, gali būti, jog vėžys skatina savo plitimą netgi keisdamas Tasmanijos velnių būdą (Murchison et al., 2010).

Trečias vėžio rūšiadaros atvejis yra unikalus naminių šunų užkrečiamas venerinis vėžys (angl. canine transmissible venereal tumor (CTVT)). Šiuo atveju šunų vėžys pavirto į venerinę ligą. Šis užkrečiamas vėžys aptiktas jau labai seniai, 1876 metais, rusų mokslininko M. Novinskio, kai jis persodindavo skirtingus auglius skirtingiems šunims ir pastebėjo, kad tie augliai prigydavo pas naujus šeimininkus (Zimmer, 2011).

Šiuolaikiniai šunų venerinio užkrečiamo vėžio branduolinio genomo tyrimai parodė, kad jis atsirado iš vieno individo, gyvenusio maždaug prieš 10 tūkstančių metų. Tai galėjo būti vilkas, kojotas arba naminis šuo. To niekas tiksliai nežino. Dabar ši užkrečiama vėžio kvazirūšis yra paplitusi tarp daugelio laukinių naminių šunų (Canis familaris).

Pripažįstant šios kvazirūšies platų paplitimą ir ilgą gyvavimą, kai kurie biologai neformaliai pakrikštijo šią vėžio kvazirūšį Canis cancer (lot. šuo vėžys). Visai neseniai buvo paskelbtas vienas labai neįprastas atradimas, susijęs su CTVT evoliucija (Rebbeck et al., 2011). Pasirodo, ši vienaląsčių žinduolių rūšis parazituoja šunis ne tik kaip maistinę terpę ir gyvenamąją erdvę, bet ir kaip papildomą mitochondrijų šaltinį! Filogenetiniai tyrimai parodė, kad nepaisant to, kad branduoliniai užkrečiamo šunų venerinio vėžio genomai yra atsiradę iš bendro protėvio, jų mitochondrijos yra giminingos skirtingos šunų filogenetinėms atšakoms.

Autorių tyrimai parodė, kad vėžys periodiškai pasisavina šeimininkų mitochondrijas jo evoliucijoje. Manoma, kad šio reiškinio priežastis yra ta, kad taip vėžio ląsteles silpniau veikia gryninančioji atranka, atmetanti blogas mitochondrijas turinčias ląsteles ir todėl savas mitochondrijas turinčios vėžinės ląstelės tampa mažiau gyvybingos. Todėl funkcionalesnių šeimininkų mitochondrijų perėmimas padidina vėžinių ląstelių prisitaikymą. Manoma, tai, kad vėžinės ląstelės atsirado iš histiocitų, sugebančių praryti svetimą medžiagą, pasitarnavo kaip eksaptacija mitochondrijų pasisavinimui iš šeimininkų.

Veikiausiai, perskaičius šią apžvalga tampa visiškai akivaizdu, kad evoliucinės biologijos ir vėžio tyrimai yra neatsiejami mokslai. Evoliucijos teorija leis geriau suprasti vėžio kaip evoliucinės sistemos elgesį ir tokiu būdu patarti gydytojams, kokios galėtų būti geriausios kovos su šiuo reiškiniu strategijos. Tuo tarpu vėžio kaip svarbaus organizmų populiacijos evoliuciją įtakojančio faktoriaus pripažinimas, leis geriau suprasti morfologinės evoliucijos eigą ir suvaržymus. Taip pat, vėžio kvazirūšių evoliucija ir jų autonomizacija parodo, kad evoliuciniai perėjimai vyksta ne tik „kopėčiomis į viršų" vis didinant organizacijos lygių skaičių, bet gali veikti ir priešinga kryptimi, subyrant evoliucijos vienetų socializacijai. Manyčiau, kad panašus buvo ir virusų atsiradimo mechanizmas, kai vyko savanaudiškų genetinių elementų autonomizacija ir perėjimas į parazitizmą. Nors tai įrodyti būtų nelengva…

Straipsnis parengtas pagal medžiagą iš G-mokslų naujienų grupės.

Šaltiniai:

Papildomos nuorodos:

Aut. teisės: www.technologijos.lt
Autoriai: Andrej Spiridonov

(1)
(0)
(1)

Komentarai (3)