Берт Фогельштейн из Балтимора проанализировал различные стадии формирования опухолей у человека. В качестве модели он использовал рак прямой кишки. Полученные результаты оказались устрашающими: рак развивается 30 лет! Разные стадии характеризуются различным количеством активированных онкогенов и потерей генов – супрессоров опухоли – примерно 54 и 71 соответственно. В качестве «драйверов» развития рака могут функционировать до восьми генов. При этом «драйверы» представляют собой мутированные одиночные клетки, пролиферирующие гораздо быстрее, чем соседние. Таким образом, клеточная популяция постоянно меняется, что осложняет проведение терапии. Кроме того, у каждого человека опухоль развивается по-своему, что требует индивидуально подобранной терапии и индивидуализированного подхода к оказанию медицинской помощи.
В первые семь лет развития опухоли сначала наступает характерная для ранней стадии развития заболевания гиперпролиферации клеток, которая проявляется в образовании доброкачественных полипов, так называемых аденом. Кроме того, происходит изменение межклеточных контактов за счет молекул адгезии, в частности катенинов. Затем маленькие полипы начинают расти, становятся крупнее, активируется киназа выживания Akt, а гены – супрессоры опухоли, такие как р53, и клеточный ген, «отсутствующий при раке ободочной кишки» (DCC), наоборот, теряются, и тогда онкогены, в частности мутированная Ras и Raf киназа, стимулируют прогрессирование рака. По оценкам Фогельштейна, на это уходит 17 лет. В следующие два года прогрессирование рака доходит до запущенной стадии, и на последней стадии активируется метастаз и гены Met и mn23, необходимые для метастаза, когда опухоль попадает в кровоток, и раковые клетки, утратившие межклеточные связи, разносятся кровью. Итак, этот процесс может занимать до 30 лет. Один дефект в функционировании клетки, стимулирующий клеточный рост, повышает шанс возникновения следующей ошибки. Когда же следует начинать терапию? Когда вы хотите, чтобы был поставлен диагноз?
Метастазы, или Как клетки учатся «перебегать» из одного места в другое?
Задолго до того, как гены – супрессоры опухоли вызвали всеобщий интерес, Элизабет Гатефф открыла супрессор опухоли. В 1988 г. в Гейдельберге ей вручили премию Мейенбурга за исследование рака, и если бы не это, о ее работе забыли бы. Она назвала ген discs-largе. Его отсутствие приводит к зарождающимся дефектам у мух и аномальному развитию крыльев, лапок и усиков. Случайно получилось, что мы в лаборатории проводили исследование с одним из таких белков – супрессоров опухоли и анализировали белок PDZ, который связывается с онкобелком Src. Сначала мы планировали ингибировать белок PDZ в целях предотвращения роста опухоли. Однако наличие буквы D в названии домена должно было бы стать для нас предостережением, поскольку она означает discs-large, указывая на то, что это – белок – супрессор опухоли (так же как и P и Z). А ингибитор супрессора опухоли активирует рак, а не ингибирует его. Между тем мы получили весьма значительный грант в рамках осуществляемой Федеральным министерством образования и научных исследований программы научно-технологических исследований, направленной на укрепление сотрудничества между академическими институтами и компаниями по разработке лекарств. В данном случае это была компания Evotec (Гамбург). Мы обсуждали, как не лишиться гранта, и перефразировали вопрос: «Как домены PDZ ингибируют рост опухоли?» – может быть, их можно стимулировать препаратами? Если у новорожденных отсутствует такой ген, у них может наблюдаться «синдром заячьей губы» или расщелина позвоночника (spina bifida), которые негативно влияют на межклеточные контакты. Существует еще одно название этого белка – «каноэ», что довольно точно характеризует его функции. Существует около 600 подобных белков, которые поддерживают контакт между клетками и предотвращают рост опухоли. Герпесвирусы используют этот контакт, чтобы перемещаться от клетки к клетке («герпес» означает «перемещение»). У многих людей на губах появляется лихорадка, обусловленная герпесвирусом, который мигрирует и перемещается при стресс-активации от дистальных ганглий к губам.
Я чуть было не лишилась немецкого гранта на сумму €1,8 млн, поскольку в то время работала профессором в швейцарском, а не в немецком институте. Мне неофициально посоветовали «поделиться». Я пришла на день открытых дверей в одну из крупнейших берлинских клиник, сразу же стала предлагать многим коллегам разделить со мной грант, чтобы проект стал хоть отчасти немецким. И наконец сам декан принял мое предложение и, проявив великодушие, не потребовал свою долю. Более того, он разрешил пользоваться для переписки его печатным бланком, то есть бланком берлинской клиники Charité («Я вам верю!»). Он хотел, чтобы научное сотрудничество развивалось, и оно действительно оказалось очень успешным.
В 1999 г. мы с бесчисленным числом соавторов опубликовали в Nature Biotechnology результаты наших исследований онкосупрессоров, которые организуют рецепторы мембраны. Один из них уехал из Цюриха домой в Австралию и добавил в список авторов еще несколько имен. Когда я выразила недовольство по этому поводу, руководитель института, в котором работал вышеупомянутый исследователь, заявил, что хотел бы пополнить этот список еще несколькими именами и счел бы это «честью» для своего университета. Мы включили в список всех этих людей, а потом еще пять человек. Я никого из них не знаю даже сейчас. До того, как этот вопрос разрешился, я получила письмо от одного адвоката, живущего на Гавайских островах. Его клиент – мой бывший студент, который в ожидании визы в США работал у меня в лаборатории, – тоже претендовал на соавторство. Он несколько лет не давал о себе знать. Как он мог узнать о том, что мы готовим статью? Это осталось для меня загадкой, и я предпочла не искать на нее ответ. Я просто включила его имя в список авторов.
Онкосупрессор PDZ связывается с канцерогенным белком Src. Если на его конце отсутствует одна аминокислота, супрессорный эффект PDZ прекращается, теряются межклеточные контакты и у клетки образуются похожие на ножки псевдоподии, с помощью которых она перемещается, становясь метастазом. Совместно со специалистами группы по секвенированию Института молекулярной генетики Общества Макса Планка мы попытались найти различия между метастатическими и неметастатическими клетками путем анализа профиля экспрессии генов, то есть анализа целого набора транскриптов или «транскриптом». Мы выявили 600 генов, характеризующихся различной экспрессией. В эту цифру трудно даже поверить. Далее я расскажу о том, как мы это сделали.
«-ом» и «-омик»
Студент факультета биоинформатики в Обществе Макса Планка сидит перед компьютером, не замечая входящих и выходящих из помещения; стол усеян полупустыми упаковками из-под печенья, а под столом – куча пластиковых бутылок. Он сравнивает транскриптомы нормальных и метастатических клеток. Все, что заканчивается на «-ом», содержит все компоненты определенного образца, все мРНК (транскриптомы), все белки (протеомы), все метаболиты (метаболомы), все киназы (киномы) и т.д. В данном случае действует принцип «Исследуем всё сразу». Особенно это относится к компонентам, которые сами по себе совершенно неизвестны и их изучают не отдельно каждый, а все вместе. (Одному моему другу – он не ученый – не нравится этот раздел, и он мне предложил убрать его. Вы можете это сделать сами. В любом случае принцип понятен, и все же, вероятно, стоит запомнить несколько технических выражений, если пожилому боссу хочется понимать, о чем говорят его молодые студенты.)
