Раковыми клетками движет тот же механизм, что и всеми живыми существами: расти, выживать и размножаться. Хотя эволюционные основы рака были признаны с 1950-х годов, клиницисты не спешат применять уроки эволюции в борьбе с этим смертельным заболеванием, которое остается одной из главных причин смерти, унеся 9,7 миллиона жизней по всему миру в 2022 году.
В новом обзоре Университета штата Аризона рассматривается преобладающая теория эволюции рака. Авторы выделяют как практические, так и теоретические ограничения клональной модели эволюции рака и предлагают направления для повышения актуальности и точности модели. Исследование опубликовано в журнале Nature Reviews Cancer.
Ученые считают, что теорию можно улучшить, если признать, что раковые клетки наследуют не только генетические мутации, но и другие черты, которые позволяют им быстро адаптироваться к окружающей среде – даже без генетических изменений. Раковые клетки очень чутко реагируют на окружающую среду, которая может способствовать или подавлять их рост. Кроме того, эволюция рака часто происходит в сложной динамике, что приводит к запутанным и непредсказуемым моделям роста.
Биологи, изучающие рак, традиционно определяют «клон» как группу клеток, происходящих от одной клетки-предка и имеющих одинаковый генетический состав. Однако раковые клетки мутируют так быстро, что ни одна из них не имеет одинакового генетического состава. В исследовании предлагается заменить понятие клона на генеалогию клеток, которая записывает историю и определяет структуру клеток в опухоли.
Ценность новой модели заключается в ее способности объяснить, как и почему рак развивается и отвечает на терапию. Усовершенствовав модель клональной эволюции, авторы исследования открывают путь к созданию более эффективных методов лечения рака, учитывающих всю сложность эволюции раковых клеток.
«Эволюция – это настолько мощная идея, что если применить ее к клеткам нашего организма, то это объясняет, как мы заболеваем раком и почему его так трудно вылечить. Но, как и все в реальном мире, это сложно», – говорит Малей, автор исследования.
Теория клональной эволюции рака предполагает, что рак начинается с одной клетки, которая подвергается мутациям, позволяющим ей расти и делиться быстрее, чем нормальным клетки. По мере деления этой клетки некоторые из ее потомков могут получить дополнительные мутации, которые дают еще больше преимуществ в выживании и росте. Со временем этот процесс приводит к формированию популяции раковых клеток, которая очень разнообразна, но в ней преобладают те, которые наиболее приспособлены к выживанию и размножению в своей среде. Эта теория помогает объяснить, почему раковые опухоли так трудно поддаются лечению – они постоянно эволюционируют, что делает их адаптируемыми к различным методам лечения и условиям окружающей среды.
Чтобы решить эти проблемы, исследователи изучают ограничения существующей эволюционной теории рака. Ключевая задача – расширить теорию, чтобы охватить все способы эволюции рака, включая наследование не только генов при делении клеток и обмен генетическим материалом между клетками, а также разработать более совершенные методы выявления и отслеживания вариаций раковых клеток.
Традиционно считается, что ДНК раковых клеток в значительной степени определяет их поведение и прогрессирование. В том числе то, как они растут, распространяются и реагируют на лечение. Исследование ставит под сомнение эту точку зрения, выделяя другие факторы, такие как влияние окружающей клетки среды и эпигенетические изменения – химические модификации, которые меняют экспрессию генов без изменения генетической последовательности.
Согласно другому предположению, развитие рака можно проследить, как дерево, от одной основной клетки-прародительницы, разветвляющейся на все раковые клетки, обнаруженные в опухоли. Эта модель подразумевает предсказуемую модель роста рака. Однако исследования показывают, что это не всегда так. Раковые клетки могут сливаться или приобретать черты других клеток. Это может сделать модель роста раковых опухолей более сложной, напоминающей сеть с множеством путей.
Кроме того, хотя изначально клональная эволюция считалась непрерывным, постепенным процессом, было показано, что она может происходить как во время застоя, постепенных изменений, так и внезапными, прерывистыми всплесками.
Модель клональной эволюции уже привела к значительному изменению наших представлений о раке, подчеркнув глубоко динамичную природу заболевания. Этот сдвиг в перспективе помог опровергнуть поиски единственной «волшебной палочки» лечения и побудил к изменениям как в исследованиях, так и в подходах к лечению.
Хотя клиническое воздействие эволюционной теории пока ограничено, ряд стратегий лечения показал обнадеживающие результаты, такие как адаптивная терапия, которая может привести к значительному улучшению времени до прогрессирования и общей выживаемости.
Понимание многогранной природы эволюции рака имеет решающее значение для разработки более эффективных методов лечения. Не только генетические мутации, но и эпигенетические изменения, а также взаимодействие с окружающей клетку средой могут улучшить результаты лечения. Уточнив модель клональной эволюции, исследование открывает путь к созданию более эффективных методов лечения рака, учитывающих всю сложность эволюции раковых клеток.
[Фото: Graphic by Jason Drees]
