RB.
В октябре 1986 года Френд, Вайнберг и Дрыя опубликовали результаты в журнале Nature. Статья прекрасно, словно инь и ян, дополняла предыдущий материал Вайнберга о гене ras: выделение активированного протоонкогена (ras) и выявление антионкогена (RB). “Пятнадцать лет назад, – писал Вайнберг, – Кнудсон обеспечил теоретическую базу генеза ретинобластомы, предположив, что для развития опухоли требуется как минимум два генетических события. <…> Мы выделили [человеческий ген], по всей видимости, представляющий собой один из примеров подобных генов”[874] – супрессоров опухолей.
Функции RB в нормальных клетках и по сей день остаются загадкой. Как оказалось, название этому гену дали не совсем подходящее. “Ген ретинобластомы” мутирует не только в случае редкой глазной опухоли у детей. В начале 1990-х, проверив выделенный Дрыей, Френдом и Вайнбергом ген в клетках множества Других типов рака, исследователи обнаружили, что он поврежден еще и при раке легких, костей, пищевода, молочной железы и мочевого пузыря[875]. Подобно гену ras, он экспрессируется практически в любой делящейся клетке – и инактивирован при множестве злокачественных состояний. А значит, название “ген ретинобластомы” умаляет его доблесть, недооценивая глубину влияния на клеточную судьбу.
Ген ретинобластомы кодирует белок с одноименным названием, Rb, имеющий глубокий молекулярный “карман”. Главная его функция состоит в том, чтобы связывать особые белки, не позволяя им активировать деление клетки[876]. Когда клетка решает, что настало время делиться, она присоединяет к Rb фосфатную группу: этот молекулярный сигнал инактивирует его и заставляет высвободить заблокированные белки. Таким образом, Rb выступает в роли привратника клеточного деления, открывающего шлюзы каскадов ключевых молекулярных сигналов всякий раз, как деление активируется, и плотно запирающего шлюзы, когда деление завершено. Мутации в гене RB выводят из строя эту функцию, поэтому в раковой клетке шлюзы открыты все время, и она не может прекратить размножаться.
Клонирование ras и RB – онкогена и онкосупрессора – стало переломным моментом в генетике рака. С 1983 по 1993 год у человека выявили множество других онкогеновиант и онкогенов myc, neu, fos, ret, akt (онкогены иTP53, VHL, АРС(онкосупрессоры)[877]. 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. Широко применимой к раку оказалась и теория двойного удара – что гены-супрессоры должны инактивироваться в обеих сестринских хромосомах. Постепенно вырисовывалась общая концепция канцерогенеза. Раковая клетка в ней представала сломанной, взбесившейся машиной, в которой онкогены выступают заевшей педалью газа, а супрессоры – отка-завшими тормозами[878].
В конце 1980-х из прошлого вынырнуло еще одно направление исследований, принеся с собой щедрый урожай связанных с раком генов. Со времен заметки де Гувеа о бразильской семье с наследственной ретинобластомой генетики обнаружили еще несколько семей, передававших рак с генами. Истории этих семей были сходны, в том числе по трагичности: рак преследовал их из поколения в поколение, возникая у кого-то из родителей, детей и внуков. Во всех историях особенно ярко выделялись две черты. Во-первых, генетики заметили, что спектр рака в этих семьях довольно-таки ограничен и стереотипен: в каких-то семьях постоянно встречался рак толстой кишки и яичников, в других – молочной железы и яичников, в третьих – саркомы, лейкозы и глиомы. Во-вторых, в разных семьях часто повторялись одни и те же закономерности заболеваемости, наводя на мысль об общем генетическом синдроме. При синдроме Линча, который впервые описал выдающийся онколог Генри Линч у семьи из Небраски, из поколения в поколение переходят опухоли толстой кишки, яичников, желудка и желчевыводящих путей. При синдроме Ли – Фраумени встречаются саркомы костей и внутренних органов, лейкозы и опухоли мозга.
С помощью продвинутых методов молекулярной генетики исследователи 1980-1990-х сумели клонировать и определить часть этих опухолеродных генов. Многие из тех, что приводили к семейным формам рака, подобно RB, оказались супрессорами опухолей (хотя иногда виновниками выступали и онкогены). Наследственные синдромы вообще встречались крайне редко. Однако порой генетические изменения, предрасполагающие к раку, оказывались представленными в популяции относительно широко. Пожалуй, самым поразительным из таких открытий стал мутантный ген BRCA1, связь которого с раком заподозрила генетик Мэри Клэр-Кинг, а подтвердила группа Марка Сколника из фармкомпании Myriad Genetics. Мутации этого гена сильно повышают риск развития рака молочной железы и яичников и в некоторых популяциях встречаются у 1 % женщин, что делает его одним из самых распространенных генов, связанных с раком у людей (мы еще вернемся к нему чуть позже).
Таким образом, в начале 1990-х открытия в области биологии рака преодолели разрыв между куриными опухолями Рауса и истинно человеческим раком. Однако ревнители чистоты жанра продолжали выражать недовольство. Призрак Роберта Коха все еще преследовал генетическую теорию рака. Кох постулировал, что признать того или иного агента причиной болезни можно только при соблюдении трех условий: он присутствует в больном организме; его можно выделить из больного организма; он воспроизводит ту же болезнь у вторичного хозяина при перенесении из больного организма. Онкогены удовлетворяли двум первым критериям: их находили в раковых клетках и выделяли оттуда же. Однако никто еще не показал, что “ген рака” сам по себе способен вызвать настоящую опухоль у животного.
В середине 1980-х серия интересных экспериментов позволила онкогенетикам зафиксировать выполнение последнего условия Коха. В 1984 году биологи, работавшие со стволовыми клетками, изобрели методику, позволявшую вводить чужеродные гены в мышиный эмбрион на самых ранних стадиях развития и выращивать из такого модифицированного эмбриона взрослую мышь. Таким образом, появилась возможность получать трансгенных мышей с одним или несколькими целенаправленно и перманентно измененными генами, и онкогенетики за нее ухватились. В числе первых генов, модифицированных в таких мышах, оказался и c-myc, онкоген, обнаруженный в клетках лимфомы.
Используя технологию мышиного трансгенеза, группа Филипа Ледера из Гарварда хитроумно изменила у мышей c-myc, заставив его избыточно экспрессироваться не во всем организме, а только в молочной железе[879]. (Ген myc нельзя перманентно активировать во всех клетках, иначе эмбрион превратится в шар из беспрестанно делящихся клеток, а потом погибнет, подчиняясь непонятному пока механизму. Изучить гиперэкспрессию myc в живой мыши можно было, лишь ограничив его активацию пределами отдельной ткани. А раз лаборатория Ледера изучала рак молочной железы, то он и выбрал именно эту ткань.) Ледер образно назвал полученных им животных онкомышами и в 1988 году запатентовал их[880]. Так мыши стали первым запатентованным животным в истории.
Ледер ожидал, что все его поголовье трансгенных мышей выкосит рак, однако, к его удивлению, у онкомышей и рак оказался мышиным. Несмотря на закрепление в хромосомах агрессивного онкогена, у подопытных животных возникали лишь небольшие односторонние злокачественные опухоли, да и то уже ближе к концу жизни. Что еще удивительнее, у мышей рак возникал только после беременности. Напрашивалось предположение, что для полной трансформации клеток молочной железы помимо наследственных факторов требовались еще и располагающие средовые, такие как гормоны. “Активного гена myc, похоже, еще недостаточно для развития этих опухолей, – писал Ледер. – Будь его достаточно, мы ожидали бы однотипного двустороннего образования опухолевых масс в [молочных] железах у всех пяти животных с раком. Однако наши результаты наводят на мысль хотя бы о двух дополнительных условиях. Одно из них, вероятно, последующее трансформирующее событие. <…> Второе – связанный с беременностью гормональный фон, что пока еще только предполагается на основании этих первых исследований”[881].
Для исследования роли других онкогенов и средовых факторов Ледер создал вторую линию онкомышей, у которых в хромосомах клеток молочной железы работали два активированных протоонкогена, ras и myc[882]. В считаные месяцы у грызунов развились множественные опухоли молочной железы. Так удалось частично преодолеть гормональное условие. Однако у мышей по-прежнему возникали лишь отдельные отчетливо различимые клоны раковых клеток. У каждой особи мощнейшие онкогены – активированные ras и myc – получали миллионы клеток молочной железы, однако настоящие опухоли давала лишь пара дюжин.
И все же это были знаковые, эпохальные эксперименты: у животных научились искусственно вызывать рак. “Генетика рака, – вспоминал биолог Клифф Табин, – преодолела очередной рубеж. Теперь она имела дело не только с генами, путями и модельными очагами деления в лабораторной культуре, а с настоящими опухолями, растущими в теле животного” [883]. Давние придирки Пейтона Рауса – будто никто никогда не сумел вызвать рак в живом организме, изменив клеточные гены, – наконец-то утратили смысл.