Я не хочу достичь бессмертия своими творениями.
Я хочу достичь бессмертия, не умирая.
Шныряя по клеткам вивария Гарвардской медицинской школы, онкомышь Филипа Ледера носила на своих маленьких лапках огромное научное значение. В ее тельце воплотилась зрелость онкогенетики: ученые создали настоящую, “живую” опухоль – уже не абстрактный очаг роста в чашке Петри – целенаправленными манипуляциями с генами ras и myc в организме животного. Однако эксперимент Ледера поднимал дальнейшие вопросы по генетике рака. Рак – это не простая “шишка”, масса опухолевых клеток в теле. Эта болезнь перемещается, развивается, вторгается в новые органы, разрушает другие ткани и сопротивляется лекарствам. Активация даже двух сильнодействующих протоонкогенов не сумела воспроизвести во всех клетках полный набор опухолевых черт. Достижения генетики, без сомнения, осветили многие аспекты происхождения рака, однако не меньше еще предстояло понять.
Если двух онкогенов не хватало для создания полной картины рака, то сколько же тогда активированных протоонкогенов и инактивированных опухолевых супрессоров было необходимо? Что нужно было сделать с геномом, чтобы превратить нормальную клетку в опухолевую? В случае с человеческим раком на эти вопросы невозможно ответить экспериментально. В конце концов, нельзя же намеренно “создавать” рак у людей, чтобы отслеживать активацию и инактивацию генов. Однако ответы можно искать с помощью ретроспективного подхода. В 1988 году клиницист Берт Фогельштейн из балтиморской Медицинской школы Джонса Хопкинса задался целью определить количество генетических изменений, необходимое для злокачественной трансформации у человека. Вопрос этот в том или ином варианте занимал Фогельштейна уже почти 20 лет.
Фогельштейна вдохновили наблюдения, сделанные Георгиосом Папаниколау и Оскаром Ауэрбахом в 1950-х. И тот, и другой, работая с разными видами рака, обратили внимание на то, что рак не возникает на ровном месте, непосредственно из нормальной клетки. Как правило, к своему появлению на свет он подбирается медленно, преодолевая дискретные переходные стадии между полностью нормальной и откровенно злокачественной клеткой. Еще за десятилетия до достижения раком шейки матки его неистовой, инвазивной фазы в тканях можно заметить характерные скопления предраковых клеток, делающих первые шаги в зловещем марше к раку. (Мазок Папаниколау как раз и преследует цель выявить и ликвидировать эти предраковые изменения, пока патология не стала злокачественной.) Точно так же и Ауэрбах отмечал, что в легких курильщиков предраковые клетки появляются задолго до самих опухолей. Рак толстой кишки тоже претерпевает в своем развитии серию постепенных изменений от неинвазивной доброкачественной аденомы до высокоинвазивной карциномы.
Фогельштейн решил исследовать этот процесс как раз на примере рака толстой кишки. Он собирал коллекцию образцов измененных тканей от пациентов с разными стадиями болезни. Выбрав комплекс из четырех связанных с раком генов человека[885] – как онкогенов, так и онкосупрессоров, – он оценивал их активацию или инактивацию на каждой клинической стадии.
Зная о гетерогенности любого рака, можно было бы наивно предположить, что у каждого пациента выявится собственная последовательность генетических изменений и уникальный набор мутантных генов. Фогельштейн обнаружил в образцах рака толстой кишки поразительно устойчивые закономерности: у множества пациентов переходы между одними и теми же стадиями болезни сопровождались одинаковыми изменениями генома. В раковых клетках гены активировались или инактивировались отнюдь не случайным образом. Переход от предраковых состояний к злокачественному инвазивному недугу в точности коррелировал со стереотипной последовательностью активаций и инактиваций генов.
В 1988 году Фогельштейн писал в New England Journal of Medicine: “Параллельно с клинической прогрессией опухоли у больных накапливаются четыре молекулярных изменения. <…> В самом начале неопластического процесса одна из кишечных клеток, видимо, начинает обгонять соседок в интенсивности деления и создает маленькое доброкачественное новообразование. Во время размножения [этих] клеток часто мутирует ген ras. И наконец, потерю генов – супрессоров опухолей <…> можно ассоциировать с перерождением аденомы в типичную карциному”[886].
Поскольку в 1988 году Фогельштейн сознательно выбирал четыре гена, активность которых проверял в образцах, он не мог подсчитать общее количество генов, необходимых для абсолютного торжества злокачественности. (Технологий, позволяющих провести подобный анализ, ему пришлось бы дожидаться 20 лет.) Тем не менее он показал постепенность генетического перехода от стадии к стадии. Папаниколау и Ауэрбах описали патологические изменения, сопровождающие развитие рака, как многоступенчатый процесс неуклонного продвижения от первичных доброкачественных нарушений к инвазивному раку. Фогельштейн, в свою очередь, продемонстрировал, что генетическое развитие рака идет по тому же многоступенчатому сценарию.
Знать это было отрадно. За 10 лет, с 1980 по 1990 год, в человеческом геноме обнаружили не меньше сотни протоонкогенов и онкосупрессоров, и это изобилие порождало тревожный вопрос: если геном человека так напичкан зловещими генами, только и ждущими возможности одним щелчком столкнуть клетку на роковую дорожку, то почему тогда у людей ежеминутно не появляется то тут, то там какая-нибудь новая опухоль?
Онкогенетики уже знали два ответа на этот вопрос. Во-первых, протоонкогены активируются за счет мутаций, а мутация – не столь уж частое событие. Во-вторых, гены – супрессоры опухолей должны инактивироваться, однако в каждой клетке обычно есть по две их копии, а значит, для полной блокировки их функции необходимы две независимые мутации, что случается еще реже. Фогельштейн же дал третий ответ. Активация или инактивация какого-то одного гена служит лишь первым шагом в направлении канцерогенеза. Рак рождается медленно, постепенно, переживая в своем “зародышевом” развитии множество мутационных событий в разных генах. Выражаясь языком генетики, наши клетки не сидят на краю пропасти, в которой их караулит рак. Они приближаются к пропасти издалека, за шагом шаг.
Пока Берт Фогельштейн описывал медленное шествие рака от мутации к мутации, онкобиологи изучали функции этих мутаций. Они знали, что значимые для развития рака изменения либо активируют протоонкогены, либо инактивируют антионкогены. Ключевой патологический признак рака – нерегулируемое деление, однако раковые клетки не просто делятся, они еще и мигрируют по телу, разрушая другие органы и ткани и колонизируя отдаленные структуры. Чтобы понять синдром рака во всей его полноте, биологам нужно было увязать генетические нарушения со всеми гранями сложного патологического поведения раковых клеток.
Гены кодируют белки, а те часто работают как миниатюрные молекулярные переключатели, активирующие другие белки и инактивирующие третьи, которые тоже могут включать и выключать молекулярные машины внутри клетки. Для любого такого белка можно набросать принципиальную схему действия: белок А включает белок Б, который включает белок В и выключает белок Г, а тот, в свою очередь, включает белок Д – и так далее. Такой молекулярный каскад называется сигнальным путем того или иного белка[887]. В клетках постоянно работает множество подобных путей, передающих сигналы внутрь клетки и из нее, чтобы обеспечивать ее функционирование во взаимосвязи с окружением и в актуальных условиях среды.
Как выяснили онкобиологи, продукты протоонкогенов и генов-супрессоров сидят в ключевых узлах сигнальных путей. Например, белок Ras активирует Мек, а тот активирует Erk, который еще через несколько промежуточных звеньев ускоряет деление клетки. Сигнальный путь Ras/Mek/Erk в нормальной клетке жестко регулируется, а значит, строго контролируется и клеточное деление. В раковой же клетке активированный Ras постоянно стимулирует Мек, а тот непрерывно подстегивает Егк, что выливается в бесконтрольное клеточное деление – патологический митоз.
Однако активированный сигнальный путь Ras не только ускоряет клеточное деление, а, пересекаясь с другими путями, определяет и иные особенности поведения раковой клетки. В 1990-х Джуда Фолкман, хирург-клиницист из Бостонской детской больницы, показал, что некоторые активированные сигнальные пути раковой клетки, в том числе и Ras, стимулируют рост кровеносных сосудов вблизи опухоли. Коварно инициируя развитие вокруг себя сосудистой сети, опухоль обзаводится собственным источником питания, а потом разрастается вокруг этих сосудов гроздьями, похожими на виноград. Фолкман назвал этот феномен опухолевым ангиогенезом[888].
Стэн Корсмейер, гарвардский коллега Фолкмана, обнаружил в раковых клетках активацию других сигнальных путей, связанную с мутантными генами, которые еще и делают злокачественную клетку невосприимчивой к сигналам программируемой клеточной смерти (апоптоза)[889]. Некоторые сигнальные пути позволяют раковым клеткам обретать подвижность и передвигаться из одной ткани в другую, образуя метастазы. Активируются и такие генетические каскады, которые повышают выживаемость клетки во враждебной среде, и когда злокачественные “посланцы” разносятся с кровью в другие органы, они не отторгаются и не уничтожаются средой, для них не предназначенной.
Короче говоря, рак оказался не просто генетическим заболеванием, а пронизанным генетикой насквозь. Генетические аномалии управляют всеми аспектами поведения раковой клетки. Мутантные гены поддерживают жизнь рака, каскадами рассылая по клетке аномальные сигналы, которые повышают ее выживаемость, ускоряют деление, придают подвижность и способность обрастать сосудистой сетью, поставляющей питание и кислород.