Царь всех болезней. Биография рака - Сиддхартха Мукерджи

В октябре 1986 года Френд, Вайнберг и Дрыя опубликовали результаты в журнале «Нейчур». Статья идеально дополняла предыдущую статью Вайнберга о гене ras — как инь и ян: выделение активированного протоонкогена (ras) и выявление антионкогена (Rb). «Пятнадцать лет назад, — писал Вайнберг, — Кнудсон обеспечил теоретическую базу опухолегенеза ретинобластомы, предположив, что для развития опухоли требуется как минимум два генетических события… Мы выделили (человеческий ген), по всей вероятности, представляющий собой один из примеров подобных генов-супрессоров опухоли».

Функции гена Rb в нормальных клетках и по сей день остаются загадкой. Как оказалось, название этому гену дали не совсем подходящее. Ген ретинобластомы, Rb, мутирован не только в редкой глазной опухоли у детей. В начале 1990-х годов, проверив выделенный Дрыей. Френдом и Вайнбергом ген на множестве других типов рака, исследователи обнаружили, что он мутирован еще и при раке легких, костной ткани, пищевода, молочной железы и мочевого пузыря у взрослых. Подобно гену ras, он экспрессируется практически в любой делящейся клетке — и инактивирован при огромном множестве различных злокачественных заболеваний. Таким образом, название «ген ретинобластомы» не отражает все значение этого гена.

Ген ретинобластомы кодирует белок, также получивший название Rb и обладающий глубоким молекулярным «карманом». Главная его функция состоит в том, чтобы связывать другие белки и хранить их в своем кармане, тем самым не позволяя им активировать деление клетки. Когда клетка решает, что настало время для деления, она присоединяет к Rb фосфатную группу — этот молекулярный сигнал инактивирует белок и заставляет его выпустить из кармана заточенные там другие белки. Таким образом, Rb выступает при клеточном делении в роли привратника, открывающего шлюзы целого потока ключевых молекулярных событий всякий раз, как деление активируется, и закрывающего эти шлюзы, когда деление завершено. Мутация по гену Rb инактивирует эти функции. В раковой клетке шлюзы открыты все время, а потому она не может прекратить деление.

Клонирование ras и Rb — онкогена и антионкогена — стало переломным моментом в генетике рака. За следующие десять лет, с 1983 по 1993 год, в раковых клетках человека выявили множество других онкогенов и антионкогенов (супрессоров опухолей): myc, neu, fos, ret, akt (онкогены) и р53, VHL, АРС (супрессоры опухолей). Ретровирусы, случайные переносчики онкогенов, отошли на задний план. Теория Вармуса и Бишопа — что онкогены представляют собой активированные гены нормальных клеток — была доказана для многих форм рака. Также широко применима к раку оказалась и теория двух ударов — что гены-супрессоры опухолей должны быть неисправны в обеих сестринских хромосомах. Постепенно вырисовывалась общая концептуальная основа канцерогенеза. По этой теории, раковая клетка представляет собой сломанный, вырвавшийся из-под контроля механизм, в котором онкогены исполняют роль заевших педалей газа, а супрессоры — отказавших тормозов[34].

В конце 1980-х годов из прошлого вынырнуло еще одно направление исследований, принеся с собой щедрый урожай генов, связанных с раком. Со времен заметки де Гувеа от 1872 года о бразильской семье с наследственным глазным раком генетики обнаружили еще несколько семей, передававших рак в генах. Истории этих семей носили сходный и трагический характер: рак преследовал их из поколения в поколение, возникая у родителей, детей и внуков. Во всех семейных историях особенно выделялись две черты. Во-первых, генетики заметили, что спектр рака в этих семьях довольно-таки ограничен и стереотипен: в одной семье постоянно встречался рак толстого кишечника и яичников, в другой — молочной железы и яичников, в третьей — саркомы, лейкемии и глиомы. Во-вторых, в разных семьях часто повторялись одни и те же закономерности, наводя на мысль о некоем общем генетическом синдроме. При синдроме Линча, впервые описанном выдающимся онкологом Генри Линчем на примере семьи из Небраски, из поколения в поколение повторялись раки толстого кишечника, яичников, желудка и печени. При синдроме Ли-Фраумени встречались остеосаркомы и саркомы внутренних органов, лейкемии и опухоли мозга.

При помощи самых современных методик молекулярной генетики исследователи 1980–1990-х годов сумели клонировать и определить некоторые из этих связанных с раком генов. Многие из семейных генов рака, подобно Rb, оказались супрессорами опухолей (хотя иногда обнаруживались и онкогены). Большинство таких наследственных синдромов встречалось крайне редко. Однако иной раз генетики обнаруживали ген предрасположенности к раку, представленный в популяции достаточно часто. Пожалуй, самым поразительным из таких открытий стал ген BRCA-1, существование которого заподозрила генетик Мэри Клэр-Кинг, а подтвердила группа Марка Сколника при фармацевтической компании «Мириад дженетик». Этот ген определяет высокую степень риска рака молочной железы и яичников и в некоторых популяциях встречается у одного процента женщин — то есть является самым распространенным геном, связанным с раком у людей. Мы еще вернемся к этому гену чуть позже.

Таким образом, в начале 1990-х годов открытия онкологии перешли от куриных опухолей Рауса к настоящим ракам у человека. Ревнители чистоты жанра все еще продолжали сетовать. Призрак Роберта Коха по-прежнему преследовал генную теорию рака. Кох постулировал, что тот или иной фактор считается причиной болезни тогда и только тогда, если: (1) присутствует в организме больного; (2) его можно выделить из больного организма; и (3) при перенесении из организма больного вторичному хозяину тоже вызывает заболевание. Таким образом, онкогены удовлетворяли двум первым условиям: присутствовали в раковых клетках и могли быть оттуда выделены. Однако никто еще не доказал, что ген рака сам по себе способен вызывать опухоль у животных.

В середине 1980-х годов серия выдающихся экспериментов позволила генетикам рака наконец-то выполнить последнее условие Коха. В 1984 году биологи, работавшие со стволовыми клетками, разработали новую методику, при помощи которой можно было ввести чужеродные гены в мышиный эмбрион на ранней стадии развития, а потом вырастить из этого эмбриона настоящую живую мышь. Таким образом, ученые научились получать трансгенных мышей, у которых один или несколько генов были изменены искусственным образом. Генетики рака ухватились за новые возможности. В число первых генов, введенных таким мышам, вошел и c-myc, онкоген, обнаруженный в клетках лимфомы.

Используя методику выведения трансгенных мышей, группа Филиппа Ледера из Гарварда хитроумным способом изменила у мышей ген c-myc: так чтобы ген повышенно экспрессировался не во всем организме мыши, а только в молочной железе. (Ген myc нельзя активировать во всех клетках, иначе эмбрион превратится в шар беспорядочно делящихся клеток, а потом погибнет. Причины этого непонятны. Единственным способом активировать myc в живой мыши было ограничение активации гена до уровня отдельной ткани. Поскольку лаборатория Ледера изучала рак молочной железы, то он и выбрал именно эту ткань.) Ледер красноречиво назвал полученных им мышей онкомышами и в 1988 году запатентовал их. Мыши стали первым запатентованным животным в истории.

Ледер ожидал, что его трансгенные мыши поголовно заболеют раком, однако, к его удивлению, у онкомышей и рак оказался мышиным. Несмотря на присутствие в хромосомах агрессивного онкогена, у подопытных животных возникали лишь небольшие односторонние опухоли, да и то ближе к концу жизни. Что еще более удивительно, у мышей рак возникал только после беременности. Напрашивалось предположение: для полной трансформации клеток молочной железы требуются не только наследственные факторы, но и факторы окружающей среды, такие как гормоны. «Активного гена myc еще недостаточно для развития опухоли, — писал Ледер. — Будь его достаточно, мы ожидали бы однотипного двустороннего образования опухолевых масс в молочных железах у всех пяти подопытных животных. Однако наши результаты наводят на мысль о двух дополнительных условиях. Одно из них, по всей вероятности, — последующее трансформирующее событие… второе — связанное с беременностью изменение гормонального фона, пока еще только гипотетически предполагаемое на основании этих первых исследований».

Для исследования роли других онкогенов и влияния внешних факторов Ледер создал вторую линию онкомышей, в хромосомы клеток молочной железы у которых были введены два активированных протоонкогена, ras и myc. В считанные месяцы у мышей развились множественные опухоли молочной железы. Таким образом, условие о гормональном фоне, обусловленном беременностью, было частично преодолено. Однако у мышей по-прежнему возникали лишь отдельные отчетливо различимые клоны раковых клеток. У каждой мыши активированными генами ras и myc обладали миллионы клеток молочной железы, получившие мощнейшие онкогены, однако настоящие опухоли дали лишь отдельные клетки.