Изучение генетической природы заболеваний долгие годы шло по одной и той же схеме: у нас есть несколько (чем больше, тем лучше) больных с одинаковой клинической картиной, мы сканируем их геномы и если находим одну или несколько похожих мутаций, то приходим к выводу, что эти мутации связаны с болезнью. Так, например, было выявлено, что причиной муковисцидоза является точечная мутация (точнее, группа точечных мутаций) в одном-единственном транспортном белке. Этим же путем была установлена связь мутаций в генах BRCA с наследуемыми формами рака груди. Однако несколько лет назад, когда секвенирование генома стало уже массовым явлением, ученые решили проверить: а правда ли, что такие мутации встречаются только у пациентов? Результаты их поразили. Оказалось, что существуют люди — носители разных мутировавших генов, ассоциированных с тяжелейшими генетическими заболеваниями, которые живы, здоровы и никогда не испытывали ни малейших недомоганий, «предписанных» нарушениями в их геноме. Американский ученый Стивен Фрэнд наполовину в шутку, но отчасти и всерьез назвал таких людей «супергероями», имея в виду, что у каждого из них должна быть какая-то «суперсила», как у героев популярных комиксов, позволяющая нейтрализовать подобные опасные мутации. Выяснением материальной природы этой «суперсилы» сейчас занято множество лабораторий по всему миру. Ученые надеются, что компенсаторные механизмы, работающие у «супергероев», можно будет использовать, чтобы помочь людям, страдающим различными наследственными недугами. Для остальных же этот пример служит напоминанием, что отношения «ген — болезнь» совсем не так однозначны, как это может показаться на первый взгляд.
Куда ведут сигнальные пути
Графическое представление клеточного цикла от одного деления до другого похоже на колесо водяной мельницы, но какое воздействие запускает его вращение? Почему в одних случаях это «колесо» вращается плавно, а в других начинает крутиться как сумасшедшее? Чтобы ответить на этот вопрос, имеющий самое прямое отношение к современным таргетным (целевым) методам лечения рака, нам придется вспомнить еще об одном свойстве живого — его способности взаимодействовать с окружающей средой.
Жить — значит реагировать. Повинуясь сигналам извне, голодная амеба движется в направлении возможного источника пищи или «закукливается» в спору до «лучших времен». У организмов более высокоорганизованных, как (предположительно) мы с вами, к реакциям на сигналы внешней среды добавляются социальные взаимодействия, позволяющие решать сложные задачи, не доступные одиночке. Мы не только достаем из шкафа теплую куртку, узнав о скором наступлении холодов, или заглядываем в холодильник, почувствовав голод, но и обмениваемся информацией с коллегами, строим общие планы с близкими, выражаем одобрение или неодобрение тем или иным поступкам членов нашей социальной группы.
Однако мало кто при этом задумывается над тем, что наш собственный организм — это, в сущности, тот же социум, союз множества различных клеток, которым необходима необыкновенная согласованность действий для того, чтобы поддерживать в нас жизнь. Для обмена информацией друг с другом клетки используют разнообразные химические (молекулярные) сигналы. Пути, которыми эти сигналы изменяют поведение клетки в ту или иную сторону, называются сигнальными. Самые известные сигнальные молекулы, о которых слышал каждый, — это гормоны. Половые гормоны определяют формы нашего тела (мужские или женские) и способность к размножению. Гормон инсулин регулирует способность организма усваивать глюкозу и т. д. У каждого из этих гормонов (и множества других менее известных молекул-посредников) есть собственный путь передачи сигнала в клетку.
Большинство сигнальных молекул (их еще называют «лиганды») — это белки или другие достаточно крупные молекулы, которые не могут проникнуть внутрь клетки через мембрану. Чтобы передать сигнал, они должны связаться с молекулой специального белка-рецептора, который похож на рыбину, встроенную в наружную мембрану клетки так, что «голова» ее находится на внешней стороне, а «хвост» — внутри клетки. Когда «голова» захватывает лиганд, молекула рецептора меняет свою форму и ее внутриклеточный «хвост» передает сигнал дальше.
Удобство этой системы в том, что, регулируя количество определенных рецепторов на своей поверхности, клетки определяют, на какие сигналы они будут реагировать, а на какие — нет. Так, например, рецепторы гормона эстрогена присутствуют в основном в клетках женских половых органов и молочных желез и гораздо в меньшей степени представлены в других тканях. Соответственно, именно эти органы (особенно яичники и матка) будут реагировать на изменения в уровне половых гормонов в ходе менструального цикла, а другие (печень, желудок, легкие и т. д.) этот сигнал не затронет.
Гормоны разносятся с током крови и других жидкостей по всему организму достаточно равномерно, и именно репертуар рецепторов в каждой конкретной клетке определяет, на какие именно «молекулярные сообщения» она будет реагировать. Примерно по тем же принципам устраивают тематические рассылки электронных писем внутри фирмы — одни сообщения поступают только в бухгалтерию, другие только в отдел продаж, третьи предназначаются всем работникам.
Деление клеток в здоровых тканях также подчиняется сигналам извне, которые направляют рост и развитие организма и определяют его способность к самовосстановлению.
В раковой клетке набор рецепторов отличается от того, что присущ нормальным клеткам той же самой ткани. Одни рецепторы, например те, сигнал от которых ограничивает рост и деление клеток, перестают синтезироваться в ней вовсе, зато другие, наоборот, производятся в избыточном количестве. Именно это изменение молекулярного репертуара объясняет «непослушание» раковой клетки и ее способность «поступать по-своему», игнорируя приказы, приходящие от организма.
