тся в популяции. Таким образом, генетическое родство среди раковых клеток может помочь объяснить некоторые случаи возникновения взаимосвязи между ними. Совместная деятельность может развиться и между клетками, производящими разные факторы роста, за которые отвечают различные гены, в результате все того же процесса положительной ассортативности, о котором я рассказала ранее. Для отбора в пользу сотрудничества вовсе не обязательно, чтобы оно было построено на экспрессии одних и тех же генов.
ПОКА ОТДЕЛЬНЫЕ КЛЕТКИ, СКЛОННЫЕ К КОНТАКТУ, МОГУТ ВЫБИРАТЬ, С КЕМ ИМЕННО ВЗАИМОДЕЙСТВОВАТЬ, ПРЕДПОЧИТАЯ ДЕЛАТЬ ЭТО ДРУГ С ДРУГОМ, СУЩЕСТВУЕТ ВОЗМОЖНОСТЬ ДЛЯ ЭВОЛЮЦИИ СОТРУДНИЧЕСТВА.
Сотрудничество среди родственных особей неоднократно развивалось в результате эволюции в мире живой природы. Иногда оно идет параллельно способности распознавать родственных особей. Такое наблюдается в организмах с длительными периодами участия родителей в жизни потомства или других родственных особей (как, например, у людей). Между тем для появления родственного сотрудничества вовсе не обязательно уметь распознавать родственных особей. У организмов с коротким периодом родительского участия, относительно низкой подвижностью и низким уровнем социальных взаимодействий, нет необходимости распознавать родственников для того, чтобы в них вкладываться. Если потомки остаются поблизости, родители, приносящие пользу всем соседним особям, неизбежно принесут ее и своим потомкам. Таким образом, родственное сотрудничество может появиться в результате родственного отбора при наличии структуры родства, при которой польза с высокой вероятностью достанется потомству (например, когда потомки остаются рядом со своими родителями).
Клеточное родство обеспечивает один из возможных путей развития сотрудничества между родственными раковыми клетками даже при отсутствии у них способности распознавать друг друга. У клеток, растущих в скоплении из родственных клонов, попросту больше шансов на взаимодействие с клеткой с высоким уровнем родства, чем со случайной, что создает благоприятные условия для распространения в популяции склонности к сотрудничеству в результате родственного отбора.
Мы с коллегами выдвинули предположение, что сотрудничество между генетически родственными раковыми клетками может играть важную роль в эволюции рака, и применили модель, чтобы попробовать объяснить еще одну загадку в биологии рака: существование раковых нестволовых клеток. Опухоли зачастую содержат большое относительное количество таких клеток, которые не помогают разрастанию опухоли, поскольку не могут бесконечно делиться. Такое ограничение является загадкой с эволюционной точки зрения. По идее эволюция раковых клеток должна приводить к их неограниченному делению: при прочих равных условиях чем больше собственных копий сможет сделать клетка, тем больше она оставит после себя потомков. Только вот исследование опухолей дает совсем другой результат: согласно экспериментальным данным, от 75 до 99,999 % клеток опухоли составляют раковые нестволовые клетки. Как вообще эти клетки могли сохраниться в популяции раковых клеток, если они не оставляют после себя потомков?
Мы создали собственную модель, которая включала в себя раковые стволовые клетки с ограниченным запасом делений, способные давать эволюционное преимущество генетически родственным клеткам. Мы обнаружили, что, несмотря на свой ограниченный потенциал размножения, нестволовые клетки действительно не исчезали из популяции. Данный процесс, если он действительно протекает в опухолях, напоминает так называемое коллективное размножение, наблюдаемое у некоторых видов, когда одни особи размножаются, в то время как другие выступают в роли помощников (это явление свойственно многим птицам, у них в гнезде есть помощники, имеющие с ними родственную связь). Существование подобной системы становится возможным благодаря высокому уровню родства между индивидами в группе.
Можно также попробовать провести параллель между группами раковых клеток и сообществами социальных насекомых, в которых не все индивиды способны к размножению. У многих социальных насекомых имеются стерильные работники и размножающиеся самки-матки. Вполне возможно, что похожее распределение свойственно и группам раковых клеток. Любопытно, что таким сообществам зачастую удается процветать в довольно суровых условиях. Строгая общественная организация полезна в условиях изменчивых ресурсов, так как помогает подстраиваться в случае их резкого сокращения. Подобно группам раковых клеток, сообщества социальных насекомых крайне успешно захватывают новые территории и колонизируют новые среды обитания. На самом деле некоторые социальные насекомые, включая определенные виды муравьев, стали настолько в этом эффективны, что превратились во вредителей, подрывающих структуру сложившихся экологических сообществ и зачастую замещающих аборигенные (возникшие или с древних времен обитающие на данной территории) виды. В этом они похожи на раковые клетки, способные менять экосистему многоклеточного организма и вытеснять аборигенные виды нормальных клеток. В ходе эволюции раковые клетки учатся захватывать и колонизировать новые среды обитания в организме, что становится особенно заметно на поздних стадиях рака. Вопрос о том, могут ли колонии раковых клеток в результате эволюции приобретать такую же структуру и функциональность, как и колонии социальных насекомых, остается открытым, однако эти параллели определенно вызывают любопытство и заслуживают дальнейшего изучения.
Условия среды обитания оказывают сильнейшее влияние на взаимодействие любых сообществ – как человеческих и пчелиных, так и сообществ раковых клеток. Активное сотрудничество становится актуальным в суровых условиях, где без него просто невозможно выжить. В процессе развития рака его клетки сталкиваются со многими средами обитания в организме, где им не уцелеть без взаимодействия. Так, например, при истощении локального кровоснабжения клетки могут быть обречены на вымирание, если не научатся скоординировано посылать сигналы на формирование новых сосудов.
Сотрудничество также может помочь раковым клеткам проникать в соседние ткани и образовывать метастазы.
Одним из самых наглядных доказательств важной роли сотрудничества в развитии рака являются данные о том, что метастазы чаще всего образуют скопления раковых клеток, и чем крупнее они крупнее, тем больше у опухоли шансов на успешное метастазирование. Эти колонии раковых клеток циркулируют в крови на поздних стадиях болезни и могут быть обнаружены при анализе крови (рис. 6.1). Их размер во многом определяет шансы пациента на выживание. Больные раком молочной железы и простаты с циркулирующими в крови скоплениями клеток живут гораздо меньше, чем пациенты, у которых в крови обнаруживают лишь отдельные клетки. Судя по всему, скопление раковых клеток более успешно справляется с колонизацией организма, чем отдельные раковые клетки. Эксперименты на мышах с раком молочной железы показали, что вероятность образования метастазов с циркулирующими в крови скоплениями опухолевых клеток была от 23 до 50 раз выше, чем у мышей, в крови которых были только отдельные раковые клетки. Это также указывает на то, что у определенных поликлональных опухолей (содержащих множество разных клеточных клонов) может быть преимущество в пролиферации, поскольку они содержат клоны, способные коллективно колонизировать и поддерживать экологическую нишу опухоли.
Рисунок 6.1. Раковые клетки могут перемещаться вместе с кровью по отдельности или группами. Исследования показали, что клеточные скопления более эффективно справляются с образованием метастазов, чем циркулирующие в организме отдельные раковые клетки.
Вполне вероятно, что в некоторых случаях в колониях раковых клеток может процветать сотрудничество для успешной колонизации новой среды обитания, в то время как другие раковые клетки могут просто пассивно получать выгоду от пребывания в этой группе. Возможно, такие скопления имеют преимущество в построении экологической ниши по достижении новой среды обитания за счет активного производства факторов роста, отправке сигналов на формирование новых кровеносных сосудов и, возможно, даже более эффективной маскировки от иммунной системы. Чтобы достоверно определить, почему скопления раковых клеток справляются лучше отдельных клеток, необходимы дополнительные исследования – вполне возможно, что чем крупнее группа, тем проще ей выжить и размножиться, хотя некоторые исследования указывают на то, что присутствие определенных «вспомогательных» клонов также может помогать колонии раковых клеток.
Подобная закономерность – более высокие шансы выживания группы в суровых условиях по сравнению с отдельными особями – наблюдается во многих системах. Она отчетливо прослеживается во многих человеческих сообществах, где люди едва сводят концы с концами. Там люди живут группами, так как поодиночке у них попросту нет шансов.
Изменчивость среды обитания – с точки зрения успеха в поисках пищи, вероятности болезней и травм, возможных стихийных бедствий и экстремальных погодных условий – значительно усложняет выживание отдельных людей. Аналогично, социальные насекомые, такие как пчелы и муравьи, в ходе своей эволюции пришли к жизни огромными колониями, которым проще приспосабливаться к суровым условиям среды обитания, не говоря уже о возможности массового разделения труда. Сходства между колониями раковых клеток, человеческими группами и колониями пчел поражают воображение. Возможно, нам удастся лучше понять эволюционную динамику колоний раковых клеток, если мы рассмотрим давления отбора, способствующие эволюции социальных взаимодействий у других видов.
Если говорить в общем, жизнь большими группами помогает индивидам разделять риски, что увеличивает их шансы на выживание в тяжелых условиях. В этих ситуациях они становятся более зависимыми друг от друга в вопросах выживания и размножения, что приводит к усилению эволюционной взаимозависимости. Под этим подразумевается ситуация, когда успешная передача генов следующему поколению зависит от помощи индивидов друг другу.