В Центре секвенирования по Сэнгеру при Кембриджском университете (Великобритания) проводилось крупномасштабное исследование, в рамках которого осуществлялся скрининг раковых клеток в поиске канцерогенных генов. У человека 20 000 генов. Сколько из них канцерогенных? Исследователи выявили сотни таких генов; но интересно, что зачастую наиболее выраженная канцерогенность отмечалась у вирусных онкогенов, которые исследователи отобрали и изолировали. Таким образом, именно вирусы, а не механизм секвенирования помогли нам выявить онкогены. Более того, в лабораторных условиях именно их сначала выявили вместе с опухолевыми вирусами, а уже позднее, при раке у человека, – независимо от вирусов. Примерно 10 из них в настоящее время являются мишенями для довольно перспективных препаратов против рака у человека.
Вирусы показали нам, что вызывает рак. В настоящее время известно около 100 онкогенов ретровирусного происхождения. Как же они вызывают рак? Стоило бы вспомнить, как был открыт первый онкоген – «саркома», или ген Src, являющийся частью вируса саркомы Рауса (RSV или ВСР), вызывающего рак у цыплят. А теперь обратимся к истории открытия этого вируса.
Сага о саркоме
Пейтон Раус, ученый, открывший онкогенный вирус, сдался. Так же как Галилео Галилей, который лгал суду инквизиции и, чтобы спасти жизнь, отказался от своих исследований, Раус под давлением коллег прекратил исследования рака. Они не смогли воспроизвести полученные им результаты, и вместо того, чтобы как-то решить проблему, Раус просто не стал ничего предпринимать! Примерно 100 лет назад было установлено, что рак может передаваться, как и все инфекционные заболевания у цыплят. Однажды фермер принес ему в Рокфеллеровский университет (Нью-Йорк) цыпленка с большой опухолью. Фермер опасался, что заразятся остальные цыплята. Раус, будучи опытным патологом, диагностировал саркому. Он изолировал опухоль, гомогенизировал клетки, профильтровал их и ввел вирус здоровым цыплятам. Появились новые опухоли. Такой результат соответствовал первому постулату Роберта Коха, сформулированному примерно в 1880 г., согласно которому изолированный агент считается возбудителем заболевания, если он возбуждает такое же заболевание, из которого был впервые изолирован. Раус говорил о «фильтруемом агенте», а не о вирусе. Он опубликовал результаты в 1911 г. Аналогичные результаты по лейкемии были получены и опубликованы Вильгельмом Эллерманом и Олафом Бангом. Но проблема заключалась в том, что никому не удавалось воспроизвести результаты, полученные Раусом. В то время еще никто не знал о генетической резистентности к вирусам и раку. Его оппоненты использовали разных, устойчивых к опухолевому агенту цыплят. Сегодня это просто и понятно. Раусу не повезло, он упустил из виду главное.
Восемьдесят лет спустя то же самое произошло и со мной. Я не знала о проблеме, с которой столкнулся Раус. Какая досада! Я пыталась вырастить вирус лейкемии у цыплят, чтобы изолировать его в большом количестве для выделения и изучения обратной транскриптазы. На протяжении нескольких месяцев я успешно занималась этим проектом. Однако после того, как моя лаборатория переехала из Общества Макса Планка (Тюбинген) в Институт Роберта Коха (Берлин), у меня перестало что-либо получаться. Цыплята просто не заболевали, и вирус реплицировать не удавалось. Пребывая в отчаянии, я заказала цыплят у первоначального поставщика – птицефермы, находящейся недалеко от Тюбингена, хотя это было сопряжено со сложной транспортировкой нескольких тысяч однодневных цыплят в Берлин рейсом Pan Am, поскольку в то время Западный Берлин находился посреди бывшей Восточной Германии. В организме цыплят от прежнего поставщика вирус заработал. Цыплята заразились вирусом (он называется вирусом миелобластоза птиц, ВМП), и было получено огромное количество вируса. Через много лет началось исследование ВИЧ. И тогда мы впервые не без удивления поняли, что есть люди, устойчивые к этому вирусу: 15% европейцев не заражаются ВИЧ в силу генетической резистентности, поскольку у них есть дефектный рецептор для внедрения вируса в клетку (CCR5delta32).
Раус и его коллеги просто не догадались, что использовали «не тех» цыплят. Возможно, знание этого не помогло бы Раусу, поскольку, принимая во внимание подобные исключения, его концепция не была достоверной. Но он сдался! Он не понял значимости своего наблюдения для переноса опухоли у животных! Тем не менее позже его признали «отцом онкогенных вирусов», и первый открытый онкогенный вирус был назван в его честь вирусом саркомы Рауса (ВСР). В 1966 г., через 55 лет после своего открытия, Раус получил Нобелевскую премию. Ему исполнилось 87 лет. Его номинировали на Нобелевскую премию за 40 лет до этого, но в то время ему ее не присудили. Он разработал метод выращивания вируса в хорионаллантоисных мембранах куриных яиц (напоминает небольшой воздушный пузырь). В это трудно поверить, но данным старинным способом мы до сих пор пользуемся для получения миллионов доз вакцины от вируса гриппа. Этот же метод мы применили для проверки предполагаемого случая заражения оспой в 1970-х гг. Тогда в Институте Роберта Коха (Берлин) при помощи специального инструмента мы вскрывали скорлупу, помещали туда подозрительный образец, закрывали скорлупу и инкубировали яйца в целях выращивания вируса – в такой питательной среде он рос невероятно быстро!
Вирусный белок v-Src многофункционален. Одиночная многофункциональная молекула задействована на нескольких этапах образования опухоли. v-Src короче аналогичного клеточного белка с-Src на семь из 536 аминокислот. Такое изменение может показаться незначительным, но вирусы всегда ищут простые решения, и небольшое уменьшение числа аминокислот имеет колоссальные последствия – потерю связывания с внутренней стороной клеточной поверхности, что обусловливает неконтролируемый рост клеток и развитие рака. Потеря даже одной кислоты на конце имеет серьезные последствия – поведение клетки приобретает метастатический характер. Обнаружив это явление, мы были настолько удивлены – в это было очень трудно поверить, – что стали его анализировать. Мы объяснили это потерей способности белка связываться с супрессором опухоли, что имеет серьезные последствия, ведет к потере контроля над межклеточным взаимодействием, вследствие чего у клеток появляется возможность менять свою локацию, вызывая метастазы. Следующий сюрприз заключался в том, что столь крошечная потеря одной аминокислоты вызвала изменение почти сотни других клеточных функций. (Мы показали это, проведя анализ профиля экспрессии метастатических клеток. Более подробно эта процедура описана в главе, посвященной «-омикам».)
Вирусные промоторы (длинные концевые или LTR-последовательности) интенсифицируют синтез белка v-Src. Это обусловливает сверхэкспрессию онкогена, что является опасным дозозависимым эффектом. Вирусные промоторы обычно регулируют репликацию вируса внутри клетки, обходя изменение функции клеток, так называемое «эгоистическое поведение» вирусов. Такие вирусные промоторы обладают самыми мощными свойствами, известными в биологии, – усиливают экспрессию вирусных генов, что приводит к выраженной передозировке онкогена, «промоутируя» развитие рака. Это любимые инструменты для экспрессии генов во всех биомолекулярных лабораториях.
В Сан-Франциско в 1970-х гг. Джон Майк Бишоп и его ассистент-постдокторант Гарольд Вармус использовали белок Src в качестве модели для исследования рака. Они пытались выяснить происхождение этого вируса и обнаружили его везде – от мух до слонов, в нормальных клетках, совершенно свободных от рака. Это было загадочно и, казалось, предполагало системную ошибку. Они отозвали свою статью, которая была уже принята к публикации и материалы которой уже начали циркулировать в Институте вирусологии Общества Макса Планка (Тюбинген).
