Ученые Института цитологии РАН (ИНЦ РАН) предложили включить в число общепринятых отличительных признаков рака в качестве основного признака атавистический возврат клеток к одноклеточному (ОК) состоянию: это явление характеризуется тем, что в процессе появления и развития опухоли происходит усиление активности генов ОК происхождения, которые возвращают клетки к более примитивному поведению, схожему, например, с ОК паразитами. Этот признак может не только определять все остальные признаки рака, но и являться его причиной. Он имеет понятный механизм возникновения – ОК аттрактор активности внутриклеточной сети белковых взаимодействий, создаваемый более высокой плотностью этих взаимодействий в ОК центре сети (вследствие эволюционного роста сети от центра к периферии). Результаты исследования опубликованы в научном журнале International Journal of Cancer, они помогут значительно уточнить представление о причинах и механизмах появления рака.
Многоклеточные организмы (к которым относится и человек) обладают стволовыми клетками – предшественниками всех остальных клеток организма. Стволовые клетки способны дифференцироваться (превращаться) в клетки всех типов тканей. Они помогают поддерживать баланс клеток в организме, обеспечивая постоянное обновление и замену старых или регенерацию поврежденных тканей.
В случае регенерации тканей может возникать дедифференцировка – это процесс, при котором дифференцированные клетки теряют свои характеристики и возвращаются в более стволовое состояние. Сегодня стволовое состояние клеток, или дедифференцировка, считается основной причиной возникновения и развития онкологии у многоклеточных организмов.
«В ходе наших исследований мы впервые смогли показать, что появление рака связано не только с дедифференцировкой клеток, но и с механизмом, который был унаследован многоклеточными из далекого эволюционного прошлого. Это атавистический возврат клеток к одноклеточному (ОК) состоянию. Под этим термином мы понимаем повышение активности генов, имеющих ОК происхождение, которые запускают древние программы, определяющие эгоистичное поведение клетки. Она начинает бороться за свое выживание любой ценой (даже за счет жизни всего организма). Это может быть сходно, например, с поведением ОК паразитов», – отмечает руководитель группы биоинформатического анализа ИНЦ РАН Александр Виноградов.
Гипотеза о том, что образование опухолей может быть вызвано биологическими механизмами, которые являются эволюционными атавизмами, возникла еще в XX веке. Однако было крайне сложно подтвердить ее в эксперименте, поскольку вследствие биогенетического закона (закона рекапитуляции) в процессах как дедифференцировки, так и атавистического возврата наблюдается возрастание активности ОК генов.
Для решения этой проблемы ученые ИНЦ РАН провели прямое сопоставление генных сигнатур для каждого из двух процессов. Генные сигнатуры являются исследовательским инструментом, которые характеризуют определенное состояние, процесс или тип клетки. Это уникальный «отпечаток» активности генов, который можно использовать для идентификации и классификации различных биологических явлений, в том числе дедифференцировки и атавистического возврата.
Исследователи сравнили, насколько хорошо две разные группы сигнатур могут предсказывать нормальное или опухолевое состояние клеток: филогенетическая сигнатура (содержащая ОК гены) и онтогенетические сигнатуры (связанные с дедифференцировкой клеток). Для экспериментов собрали данные из 18 различных исследований образцов стволовых и дифференцированных клеток. Используя статистический метод, ученые проверили, какая из сигнатур лучше предсказывает, являются ли клетки стволовыми или дифференцированными. Оказалось, что только одна из онтогенетических сигнатур всегда предсказывала недифференцированное (стволовое) состояние клеток лучше, чем филогенетическая сигнатура. Затем с помощью филогенетической и лучшей онтогенетической сигнатуры исследователи проанализировали 20 баз данных, где сравнивались раковые и нормальные клетки. В этом случае филогенетическая сигнатура всегда показывала лучшие результаты в прогнозировании рака, чем онтогенетическая сигнатура.
«Эти особенности сигнатур позволяют сделать вывод, что появление рака – не просто результат потери клетками специализированных функций (дедифференцировки), а возвращение к более примитивному, ОК состоянию (атавистический возврат). Интересно, что гены, связанные с клеточным стрессом, в основном имеют ОК происхождение. Это свидетельствует о том, что клеточный стресс напрямую активирует ОК гены (помимо вызываемых им повреждений, которые нарушают многоклеточный контроль работы клетки и поэтому также способствуют онкогенезу). С практической точки зрения измерение относительной величины экспрессии филогенетической и онтогенетической сигнатур в перспективе может быть использовано для ранней диагностики рака и для терапевтического контроля в регенеративной медицине», – поясняет ведущий научный сотрудник группы биоинформатического анализа ИНЦ РАН Ольга Анацкая.
Исследование проводилось при финансовой поддержке Минобрнауки РФ.
Информация предоставлена пресс-службой Института цитологии Российской академии наук
Источник фото: ru.123rf.com
