Рак – это нечто совсем другое?
Наш геном на 98% состоит из «пустого пространства», и только 1,5–2% его содержимого кодирует белки. Под пустым пространством подразумеваются не кодирующие белок последовательности интронного происхождения, прочая информация и просто «мусор». Некоторая часть «пустого пространства» содержит дефектные эндогенные ретровирусы. Интроны – участки, повышающие генетическую сложность человека с помощью сплайсинга, который обеспечивает комбинирование экзонов, «вырезая» интроны Это позволяет добиться невероятного увеличения числа новых комбинаций для новых белков. Кроме того, существует больше ДНК-последовательностей, экспрессирующих регуляторные короткие микроРНК (мкРНК), содержащие 20–30 нуклеотидов, и, наоборот, длинные не кодирующие белок РНК – lncРНК (по-английски lnc произносятся как «линк»), состоящие из нескольких сот нуклеотидов, которые связываются с соответствующими РНК и регулируют их. Они и играют определенную роль в развитии лейкемии и в настоящее время являются предметом интенсивных исследований. Карло Кроче, онколог из Огайо (США), изучал нарушения хромосом и роль раковых белков в развитии лейкемии, а вместо этого обнаружил miR-15 и miR-16. Карло Кроче часто присутствовал и выступал на симпозиумах онкологов, организованных Милдред Шеель Фаундейшн. Милдред Шеель, супруга бывшего федерального президента ФРГ Вальтера Шееля, доктор медицины, которая уделяла большое внимание финансированию исследований рака в Германии, сама умерла от рака толстой кишки. Основанный ею фонд существует до сих пор, и ему уже несколько десятилетий. Я имела честь получить грант лично от Милдред Шеель, и это была самая крупная сумма, когда-либо выделявшаяся этой организацией (€1,3 млн). Но самой Милдред Шеель никто помочь не смог (и я не смогла помочь своим партнерам в борьбе со смертельным раком).
Карло Кроче создал своего рода сеть исследователей рака и не афишировал, как он выявил рак-специфичные микроРНК (мкРНК), но сейчас, всего несколько лет спустя, они доступны всем. Начался бум в области поиска разного рода некодирующих, то есть не кодирующих белок РНК (нкРНК). Несколько тысяч таких РНК выявлено при раке. Компании предлагают чипы для их выявления в образцах раковых клеток. Различные комбинации таких РНК характеризуют опухоли. Что касается рака – то заменяют ли мкРНК онкогены? Может быть, все, о чем говорилось выше, неверно? В определенном смысле да, в диагностике, поскольку мкРНК проще определить, и в настоящее время существуют чипы для обнаружения рак-специфичных мкРНК. В наши дни мкРНК определяют в крови, кале и слюне, то есть для диагностики осуществляется неинвазивный забор образцов. Однако, как отмечалось выше, некоторые из мкРНК задействованы в онкоген-специфическом механизме. Белок Myc и супрессор опухоли р53 являются двумя яркими примерами. Белок Myc действует через miR-17-92 и активирует многие другие гены, включая онкогены, в том числе Raf, и, если удалить miR, опухоль не разовьется. Исходя из этого, можно предположить, что miR играет ключевую роль и, вероятно, может стать терапевтической мишенью. Супрессор опухоли р53 действует через miR-34 и т.д.!
miR определяются практически во всех биологических объектах, которые можно себе представить, – трипаносомах, бактериях, растениях, млекопитающих – везде. Существуют наборы для экспресс-тестирования яиц на всем пути вплоть до птицефабрик на предмет выявления патогенов, вызывающих заболевания у человека. В этих наборах miR является биомаркером, позволяющим в промышленных условиях определять, в каких условиях происходило откладывание яиц, и это очень полезно для тестирования инспекторами здоровья животных. Это то, что поставщики рекомендуют делать хорошо образованным фермерам.
Кроме того, в вирусах имеются мелкие регуляторные РНК, которые обнаружили в HVB, а также в ВИЧ, и это стало предметом жарких споров. Мелкие miR могут регулировать в вирусах переход от ранних генов к поздним (хотя то же самое может делать и антисмысловая РНК).
Кроме того, мелкие РНК порождают эпигенетический эффект и в отношении рака. Эпигенетические изменения не кодируются в ДНК, они возникают не вследствие мутаций, а в силу действия мелких РНК. Они приводят к химическим изменениям ДНК в ответ на факторы среды (путем присоединения метиловых групп к нуклеотидам или посредством модифицирования хроматина путем ацетилирования и упаковки ДНК).
Эпигенетические эффекты, как правило, носят лишь временный характер и не передаются следующему поколению. К факторам среды относятся образ жизни, характер питания, вредные привычки (курение и потребление алкоголя), стресс и заболевания. Они могут привести к эпигенетическим изменениям, к специфическим моделям метилирования. Такие изменения видны невооруженным глазом, и у мышей о них говорит цвет шерсти: у специальных мышей с окраской агути, инфицированных вирусом рака, цвет шерсти свидетельствует об эффекте карциногенов (см. ниже). У здоровых мышей шерсть черная, а рыжая шерсть указывает на то, что мыши получают канцерогенный корм!
Диагностика рака более не может быть основана на исследованиях мутации или сверхэкспрессии онкогенов, необходимо принимать во внимание эпигенетические изменения, для чего требуются новые методы диагностики моделей метилирования () – эти методы быстро получают распространение среди исследователей.
Кроме того, существуют длинные некодирующие РНК, которые бывают очень длинными и которые регулируют экспрессию генов в нормальных и раковых клетках.
И наконец, последнее, хотя и не по значимости, соображение: нужно упомянуть Отто Варбурга. Он хотел победить рак, потому что ужасно боялся умереть от этой болезни. В 1970-х гг. в Берлине незадолго до смерти он был подвергнут жесткой критике. Он предполагал, что раковые клетки не «дышат», а ферментируют. И я хорошо помню, что даже немецкая популярная, но не слишком респектабельная газета , недолго думая, опубликовала довольно едкую статью о нем, что довольно странно, поскольку он, безусловно, один из величайших биохимиков за всю историю Германии. По мнению Варбурга, опухолевые клетки производят энергию через анаэробный химический процесс за счет расщепления сахаров в бескислородной среде. Как известно, такой метаболизм возникает при мышечной боли из-за недостаточного снабжения кислородом во время занятий спортом или физическими упражнениями. Таким образом, у раковых клеток своего рода «мышечная боль». Им требуются ингибиторы гликолиза, которые разрабатываются в настоящее время. В 1931 г. Варбург стал лауреатом Нобелевской премии за решение проблемы ферментации. В 2011 г. в Принстонском институте перспективных исследований (IAS), где проходил симпозиум по концепции рака Варбурга, я стала свидетелем своего рода возрождения его идей. На трех последовавших друг за другом заседаниях, участники которых признали идеи Варбурга, были показаны полученные им снимки. Гипоксия, отмечаемая в опухолевых клетках, обусловлена рак-индуцирующими мутациями и метаболическими изменениями. Варбург настолько боялся умереть от рака, что сам занимался производством молока и выращивал пшеницу на полях, располагавшихся рядом с его институтом в Берлине-Далеме. В настоящее время это Институт молекулярной генетики Общества Макса Планка. Только его лаборант имел право перерабатывать продукты питания. Он боялся, что его отравят? Ходит немало слухов о его серьезных разногласиях с членами семьи. Был случай, когда известная британская газета опубликовала сообщение о смерти Варбурга, но на самом деле он был жив и здоров. Варбург подал иск к газете, выиграл его и получил компенсацию, поскольку был публичным человеком и газете, прежде чем печатать информацию о его смерти, следовало получить подтверждение этого. В честь Варбурга названо объединение независимых ученых Otto Warburg Laboratories. Будучи руководителем одной из таких исследовательских групп и имея солидную поддержку, я опубликовала свои лучшие статьи по онкогенам, однако мне не удалось продвинуть идею, что опухолевые клетки не нуждаются в кислороде, и моим долгом перед своим научным учреждением было заняться исследованием этого вопроса. Мне очень неловко, но я об этом просто забыла.
