ОСТАННІЙ ПОДКАСТ
Підписуйся на найнауковішу розсилку!
І отримуй щотижневі новини науки і технологій

    Ми під'їдаємо крихти cookies за вами. Навіщо це нам?

    Читати

    Пардон за відволікалочку. Допоможи Куншт бути незалежним!

    Пардон за відволікалочку. Допоможи Куншт бути незалежним!

    Повідомлення успішно надіслано

    Для пошуку
    введіть назву запису
    Біологія — 08.04.21
    ТЕКСТ: Дар'я Кузява
    Ілюстрації: Каталіна Маєвська
    Ми любимо тексти без помилок. Якщо ви все ж таки щось знайшли, виділіть фрагмент і натисніть
    Ctrl+Enter.
    Еволюціонуй або помри: як розвиваються ракові пухлини

    Ракові клітини вміють знаходити обхідні шляхи, коли намагаєшся їх знищити. Наприклад, зливаються і обмінюються генами. Цей механізм описали українські вчені у США. Про те, як він працює і чому це важливо, ми розпитали у співавторки дослідження Дарії Мірошниченко.

    Українська науковиця про американські реалії

     

    Я закінчила Харківський національний університет імені Каразіна, факультет радіофізики. Опісля вступила на аспірантуру в Інститут молекулярної біології і генетики НАН України, захистилася там і попрацювала, через деякий час пішла в декрет, влаштувалася у приватну компанію, а через рік повернулася до Інституту.

     

    Тепер я постдок в лабораторії Андрія Марусика в Центрі раку і науково дослідному інституті імені Моффіта у Флориді. Нам зручно працювати разом, бо ми обоє українці i маємо схожі погляди, хоча спілкуємося ми на роботі англійською. Я знайшла це місце через рекомендацію друзів. Спочатку було складно бо українські вчені не дуже підготовлені до американської науки.

     

    Американські студенти, які здобувають науковий ступінь PhD, слухають багато лекцій, вчаться формувати грантові заявки й рецензувати журнали. У них є такі собі клуби – journal clubs, де вони читають разом якусь статтю і потім розбирають її, презентують, ставлять запитання. Тоді як на нашій аспірантурі студенти слухають якісь лекції з філософії та англійської – і все. Принаймні так було, коли я навчалася. Моєю спеціалізацією була молекулярна біологія, і в нас навіть не було нормального курсу лекцій на цю тему. У нас немає розуміння, що керівник – це твій ментор, який має зустрічатися з тобою, допомогти тобі визначити напрямок, в якому ти хочеш розвиватися. В Америці таке ставлення до менторства дуже поширене. Постдокторантура є тренінгом, що підготує тебе до реальної роботи.

     

    До того ж американські аспіранти більш мобільні. Близько половини залишаються в наукових установах, інші йдуть куди завгодно: в якісь індустріальні компанії, політичні комітети, у видавництва тощо. У них більший вибір професій для людей з науковим ступенем. У нашому раковому центрі є професії, про існування яких знають не всі. Це і написання пресрелізів, і робота з пацієнтами, і медичне письмо (medical writing), і ведення соціальних мереж, і робота з фандрайзингу.

     

    Крім того, в Америці цілком нормально після отримання ступеню випробовувати свої сили в закордонних лабораторіях. У них доволі багато грантів і можливостей для людей, що починають кар’єру. У нас таких можливостей менше. В Америці можна змінити кілька напрямків, щоб стати незалежним дослідником, який розвиватиме свою тему й залучатиме для неї фінансування. У нас же зазвичай працюють там, куди пішли студентами.

    Рак, математика та еволюція

     

    У нашому центрі є відділ, який називається інтегрована математична онкологія (integrated mathematical oncology). У цьому відділі працюють математики, фізики – вчені, що, як правило, не мають медичної і біологічної освіти. Цей відділ – фішка нашого центру. Його заснували математик Александер Андерсон і лікар Роберт Ґеттенбі. У ракових центрах таких відділів зазвичай немає. Завдяки цьому підходу передбачають розвиток змінних у просторі та часі, наприклад, можна протестувати поведінку пухлини в різних умовах. Це неможливо зробити на реальних пацієнтах, тому колаборації з математиками дуже виручають.

     

    Також засновники цього відділу використовують еволюційний підхід до лікування раку. Ми розглядаємо пухлину як популяцію клітин, тобто сукупність клітин, що займають обмежений ареал та ізольовані від інших популяцій. Пухлина – це теж екосистема, яка має свою інфраструктуру: судини, строму тощо. Як і всі інші популяції клітин, пухлина підпорядковується законам еволюції. Тому популяційні біологи часто працюють з математиками. Тобто всі ці еволюційні закони розвитку популяції організмів можна застосувати до ракових клітин.

     

    У нашому організмі постійно виникають мутації, це нормальний біологічний процес. Завдяки механізму репарації здорова клітина знаходить і виправляє пошкодження ДНК. Але коли за якоїсь причини ці механізми не спрацьовують, то мутації поступово накопичуються, і клітина може стати раковою і почати безконтрольно розмножуватись. При цьому помилок в реплікації стає ще більше, і випадково можуть виникнути корисні для виживання ракових клітин зміни – наприклад, резистентність до антиракових препаратів.

     

    Повторюсь, мутації – це нормально. Це лише один з факторів. До виникнення раку призводить комплекс різних факторів: наявність мутацій, робота імунної системи, яка своєчасно не вбиває мутовані клітини, радіація, сонячне випромінювання. Усі ці фізичні фактори прискорюють мутацію клітин. З віком збільшується ймовірність розвитку ракових клітин. Бувають окремі види раку, які зумовлюють мутації в конкретних генах, однак навіть наявність цієї мутації не передбачає стовідсоткового виникнення раку. Ймовірність вища, але не 100%. Тому недостатньо виявити мутації певних генів. Рак – це комплексне явище.

    Злиття або смерть

     

    Вважалося, що мутації – єдиний спосіб підвищення різноманіття ракових клітин, яке важливе для обходу лікування. Різноманіття (диверсифікація) важливі тому, що підвищує ймовірність виникнення резистентних ракових клонів.

     

    Але в дослідженні, опублікуваному в Nature Ecology & Evolution, ми показали, що мутація – не єдиний механізм диверсифікації клітин в пухлині. Ракові клітини можуть зливатися між собою й обмінюватися генетичним матеріалом. Після поділу цієї гібридної клітини формуються нові дочірні клітини, які відрізняються від батьківських. Завдяки поділу гібридної клітини може утворитися нова популяція. Тому злиття підвищує гетерогенність, різнорідність клітин в пухлині, а це, своєю чергою, збільшує шанси пухлини обійти лікування.

     

    Ми вже говорили, що для розвитку раку клітинам недостатньо мати одну мутацію. Коли ж клітина, яка має одну мутацію, зливається з клітиною, яка має іншу мутацію, то утворюється клітина з двома мутаціями. Але не всі клони цієї гібридної клітини виживуть. Якщо дві клітини злилися, то їхня гібридна клітина матиме подвійний набір хромосом. (У людей нестатеві клітини мають 46 хромосом.) У ракових клітинах за замовчуванням може бути більше або менше хромосом, ніж зазвичай. Наприклад, одна клітина матиме 50 хромосом, інша – 60, їхній гібрид – 110 хромосом. Це забагато. Коли ці клітини ділитимуться, їхні хромосоми розподілятимуться у випадковому порядку, і деякі клітини після поділу можуть бути нежиттєздатними.

     

    Тож, об’єднавшись з математиками, ми показали, що навіть незначний відсоток таких злиттів призводить до урізноманітнення популяції. Навіть незначна кількість (менше ніж один відсоток) ракових клітин, які зливаються, призводить до урізноманітнення популяції клітин, внаслідок чого пухлина краще адаптується до нових викликів, зокрема до лікування. Але це не якась стала цифра. Ми працювали з клітинами так званого тричі негативного раку молочної залози. Але це не означає, що різні види раку молочної залози матимуть однаковий відсоток злиття клітин. 

     

    Ми не перші, хто продемонстрував злиття клітин. До нас уже були роботи про злиття ракових клітин з нормальними: з ендотеліальними1 та мультипонентними стромальними клітинами2 (що здатні перетворюватись на певний вид клітин і заміщувати уражені чи втрачені клітини). Тоді як наша робота має більш фундаментальний характер: ми пояснили, чому з еволюційної точки зору процес злиття ракових клітин важливий. Саме тому ми опублікували цю статтю в Nature Ecology & Evolution

     

    У нас було кілька популяцій ракових клітин. Ми модифікували їх так, щоб вони мали різну резистентність до певних антибіотиків. Змішали всі ці клітини на три дні, а потім додали до них антибіотики. Як наслідок, вимерли клітини, які були резистентними до певного виду антибіотика, і залишились лише гібридні клітини. Потім ми спостерігали, як ці клітини ділилися. Частина з них вимерла через нежиттєздатний набір хромосом, а частина викинула фрагменти свого геному, поки не залишався найбільш ефективний набір хромосом, завдяки якому можна було ділитися значно швидше. Що швидше розмножуються ракові клітини, то більший ареал вони займають. Інколи клоновані клітини ділилися навіть швидше, ніж батьківські. Вони перетворилися на такі собі суперклітини, що швидко розмножуються. 

     

    Такі «ракові мутанти» можуть бути однією з причин того, що в в деяких людей після хіміотерапії рак зникає, але через певний час знову повертається. Коли людина лікується від раку, то ракові клітини можуть завмирати й зачаїтися десь в організмі. Коли ж умови стабілізуються, вони починають знову розмножуватися. Оскільки гібридні клітини заважкі, то їм потрібен час, щоб поділитися. Поки вони поділяться, ефект від лікування може пройти – натомість з’являться клітини, які швидко розмножуються й окуповують дедалі більші території. 

    Боротьба за місце під сонцем

     

    Кумедно, коли в медіа пишуть, що якийсь вчений нарешті винайшов ліки від раку. Вони вже давно існують. Першу хіміотерапію здійснили ще в 1940-х роках3. Відтоді методи лікування раку лише вдосконалюються. Спочатку була хіміотерапія, потім радіотерапія, таргетна терапія, тепер імунна терапія, сподіваюсь, що з часом буде генна терапія. Почали ми зі знищення всіх клітин і поступово прямуємо до максимально таргетованого й точкового лікування. Крім цього, лікування раку прямує до персоналізованої медицини, коли в кожного пацієнта беруть його зразки клітин пухлини і визначають, які антиракові препарати найефективніші. Але не всі види раку піддаються новим методам лікування. Наприклад, для тричі негативного раку молочної залози ще не створили таргетної терапії, досі використовують хіміотерапію.

     

    У лікуванні раку точно відоме одне: терапія повинна бути комплексною. Навіть якщо сьогодні діє один препарат, уже через три тижні він може стати неефективним. Наприклад, пацієнтів з меланомою лікують за допомогою таргетної терапії. Ракові клітини стають резистентними, і пухлина обходить лікування. Ви можете бути швидшими, ніж вона – застосовувати нові препарати до того, як вона повернеться. Але пухлина все одно перехитрить вас, якщо не діяти швидко.

     

    Схеми лікування різних видів раку відрізняються. Але досі є якісь види раку, для яких майже не існує ефективного лікування, коли подовжують життя пацієнта тільки на декілька місяців.

     

    Тому легко сказати: «Заблокуємо механізм злиття ракових клітин, і лікування стане ефективнішим». Це дуже спрощений підхід. На жаль, сучасні методи лікування показують, що коли ми маємо справу з раком, який швидко прогресує і в якого підвищена гетерогенність клітин, то неможливо вилікувати його тільки одним способом. Має бути комплексний підхід. Навіть якщо ми знайдемо щось, що блокуватиме це злиття, рак знайде обхідний спосіб. Еволюціонуй або помри, як то кажуть.

    ТЕКСТ: Дар'я Кузява
    Ілюстрації: Каталіна Маєвська
    Статті
    Промо
    Проєкт інтелект. Воєнний сезон. Епізод 5: NFT та Україна

    Чи можна написати «Проєкт інтелект» на гривні й продати за мільйони доларів як NFT?

    Людина
    Від батька до сина: що таке генеалогія і як досліджувати свій рід

    Що таке ДНК-генеалогія і як далеко кожний з нас може просунутися у вивченні свого роду?

    Наука
    Екологічно чиста отрута: уривок з книжки «Зоологічна екскурсія супермаркетом»

    Чому краще утриматися від «дикого» промислу морепродуктів, особливо у водоймах, де цвіте вода?

    Наука
    Передумови приходу диктаторів до влади: Італія, Німеччина, РФ

    Що стало передумовами приходу диктаторів до влади на прикладі фашистської Італії, нацистської Німеччини та путінської росії? Розповідає співавтор і ведучий каналу «Історія Без Міфів» Владлен Мараєв.

    Людина
    Як кожен з нас може подякувати військовим і допомогти їм з адаптацією

    Як змінюється світосприйняття військових і що ми можемо зробити, аби висловити їм вдячність і допомогти в адаптації до мирного життя?

    Біологія
    Не тільки в історії. Який слід залишить війна в наших генах

    Як війни, голод та важкі психологічні травми залишають слід у геномі людини й чи можемо ми на це якось повпливати?