Рак молочной железы с семейной историей

Статья на конкурс «био/мол/текст»: Результат генетического тестирования здоровой женщины может прозвучать как смертный приговор. Но внимательный индивидуализированный подход врача к пациентке с наследственным раком молочной железы способен помочь в выборе верной стратегии. Имеет ли смысл удаление груди — или лучше, понадеявшись, что «пронесет», ждать болезнь?


История о том, как мировой секс-символ познакомилась со словами BRCA1 и CHEK2. В коллаже использована схема участия белков BRCA в репарации ДНК.

Обратите внимание!

Эта работа представлена на конкурс научно-популярных статей «био/мол/текст»-2014 в номинации «Лучший обзор».


Fig_3
Fig_2«Решение сделать мастэктомию далось нелегко. Но я счастлива. Теперь риск рака молочной железы у меня ниже 5%», — сказала Анжелина Джоли, сообщив об уже проведенной подкожной мастэктомии с одновременным протезированием. На радикальную профилактику РМЖ актриса, активный общественный деятель и мать шестерых детей согласилась, узнав о мутации в гене BRCA1, из-за которой риск возникновения РМЖ врачи оценили почти в 90% (рис. 1).

Профилактическая мастэктомия — один из наиболее эффективных и дискуссионных способов предупреждения рака груди. Хотя распространенность наследственного рака невысока (10–15% от всех случаев РМЖ), шанс заболеть у женщин-носительниц предполагаемых мутаций повышается — вплоть до почти 100% вероятности в некоторых случаях. Роковые цифры рассчитывают для каждой пациентки индивидуально.

И если с помощью профилактической мастэктомии риск наследственного РМЖ удается снизить на 95%, это является значимым аргументом в пользу операции. Хотя достоверно оценить пользу для конкретной пациентки очень сложно, в масштабе всего мира ученые оценивают превентивную мастэктомию положительно. К тому же женщинам сейчас можно меньше волноваться из-за эстетической стороны вопроса: реконструктивные операции стали широко доступны. Импланты вставляют незамедлительно после удаления молочной железы — это так называемая подкожная мастэктомия с одновременным протезированием. Однако возникает и новая проблема: у небольшой части женщин, вместо серьезного взвешивания «за» и «против» операции, на первый план выходит соблазн подправить форму/размер груди даже при относительно маленьком риске развития рака.


Рисунок 1. Анджелина Джоли на премьере фильма «Малефисента» (2014).

Число женщин, выбирающих превентивную мастэктомию, увеличивается с каждым годом. В Англии, по данным NHS (национальной системы здравоохранения), операцию на здоровых железах в 2002 году провела 71 пациентка, а в 2011 — уже 255 [4].

Частота подобной операции больше всего растет в США: как сообщил Доктор Келли Хант на ежегодной конференции американского общества клинической онкологии (ASCO), в 2010 году в Anderson Cancer Center (Хьюстон, США) здоровые железы удалили 8% пациенток, в 2011 году — 12,6%, в 2012 — уже 14,1% [5]. Что же это: массовая истерия или разумный выход из положения?

Отеческая забота
Первое зафиксированное хирургическое вмешательство при РМЖ связано, как часто бывает, с древними греками: врач Леонид советовал выжигать грудь раскаленной кочергой до грудной клетки. Практика «постоперационного» ухода за пережившей это пациенткой началась еще на сотню лет позже. В эпоху Ренессанса всё, что могли сделать хирурги, — это отрезать грудь как можно скорее и, желательно, неожиданнее. «По факту, хирурги появлялись в доме женщины без предупреждения», — пишет Кристина Ларонга в историческом обзоре «The changing face of mastectomy: an oncologic and cosmetic perspective». — «Несколько мужчин, сопровождавших хирурга, держали женщину на ее же кухонном столе, позволяя доктору выполнить необходимую процедуру...» [3].

Первая профилактическая мастэктомия была проведена еще в 1917 году, и ее необходимость обосновывали парадоксально: «страх получить увечье заставляет женщину избегать как диагностики, так и лечения, позволяя заболеванию прогрессировать...» [1]. Едва ли не насильственную превентивную мастэктомию можно объяснить, наверное, отеческой заботой, говорит не без сарказма Франсуа Айзингер из французского института Паоли-Кальметте в этико-историческом обзоре по РМЖ [2].

В наше время уровень безопасности и качество помощи при мастэктомии несоизмеримо возросли, и сейчас женщины нередко сами настаивают на операции, несмотря на то, что заболевание должно проявиться только через десятилетия. Цель профилактической (превентивной) мастэктомии — это снижение риска РМЖ, то есть именно заболевания, а не его исхода. Айзингер пишет, что при выборе превентивной мастэктомии обеспокоенность женщин по поводу лучевой и химиотерапии идет не на последнем месте. «Я не боюсь второго рака, но я не хочу заново проходить химиотерапию», — так пациентки с мутациями в BRCA1 объясняют свой интерес к проведению контралатеральной мастэктомии при локализации опухоли в одной груди.

ДНК под микроскопом
Развитие наследственного рака напрямую связано с двумя процессами — насколько оперативно клетка замечает повреждение генома и как она его чинит. На настоящий момент «опасных» генов уже выделено более 40, а мутации в них обуславливают около 14% заболеваний РМЖ. На BRCA1 и BRCA2, например, приходится 2,5% всех случаев рака груди. Помимо BRCA, среди так называемых генов восприимчивости к РМЖ с высокой пенетрантностью — то есть, с наибольшими шансами развития опухоли среди носителей мутации — есть еще p53, PTEN, STK11/LKB1 и CDH1. К умеренно-пенетрантным, то есть связанным с меньшим риском возникновения РМЖ, относятся, например, ATM, CHECK2, BRIP1 и PALB2. Около 70% случаев наследственного РМЖ соотносят с аллелями низкопенетрантных генов или с неизвестными генетическими факторами. Граница разделения пока не очень четкая, хотя все-таки считается, что мутации в высокопенетрантных генах увеличивают риск РМЖ в 5–20 раз, в низкопенетрантных генах — максимум в 1,5 раза [8].


Рисунок 2. Генетическая структура рака молочной железы. Слева: Генетическая предрасположенность к развитию рака груди составляет около 10–15% от всех случаев РМЖ, причем высокопенетрантные гены ответственны примерно за четверть опухолей, передающихся по наследству [6]. Справа: Соотношение основных генов, мутации в которых задействованы в развитии наследственного РМЖ: среди известных генов BRCA1 и 2 занимают лидирующую позицию [7].

Высокопенетрантные гены
Еще в начале 90-х годов BRCA1 и BRCA2 были идентифицированы как гены предрасположенности к раку молочной железы и раку яичников. Они находятся в длинных плечах 17-й и 13-й хромосом и имеют 24 и 27 экзонов соответственно, причем мутации чаще всего встречаются в самом крупном — одиннадцатом экзоне. Ортологи BRCA1 и BRCA2 определены и у других млекопитающих; всего в генах BRCA зарегистрировано свыше 2000 (!) различных мутаций, среди которых есть и делеции, и вставки, и замена одиночных нуклеотидов.

Ген BRCA1 кодирует ядерный белок, который участвует в восстановлении двухнитевых разрывов ДНК (double-strand breaks, DSB), транскрипции, регуляции гомологичной рекомбинации (процесса обмена двух одинаковых или идентичных молекул ДНК нуклеотидными последовательностями, чаще всего именно при DSB), контроле митотических чекпойнтов (система, следящая за состоянием клетки, которая может «запретить» ее дальнейшее деление, если что-то идет не так — например, при вероятности ракового перерождения; если же этот контроль ослабевает или выключается, то клетка с поломкой продолжает делиться, и через какое-то количество делений получается опухоль). Совместно с другими супрессорами опухолей, сенсорами повреждения ДНК и прочими молекулами он образует сложный комплекс из множества субъединиц — BRCA1-associated genome surveillance complex, контролирующий стабильность генома. Регуляция транскрипции происходит через взаимодействие домена BRCT с гистондеацетилазами — белками, которые с помощью удаления ацетильных групп с гистонов увеличивают плотность упаковки ДНК и тем самым снижают скорость транскрипции генов.

Помимо рака молочной железы, мутации в гене BRCA1 проявляются при раке яичников, причем оба типа опухолей развиваются в более раннем возрасте, чем при ненаследственном РМЖ. BRCA1-ассоциированные опухоли в целом связаны с неблагоприятным прогнозом для пациентки, поскольку чаще всего относятся к трижды негативному РМЖ. Этот подтип назван так из-за отсутствия в клетках опухоли экспрессии сразу трёх генов — HER2, рецепторов эстрогенов и прогестерона, поэтому и лечение, основанное на взаимодействии лекарств с этими рецепторами, невозможно.

Ген BRCA2 также вовлечен в процессы репарации ДНК и поддержание стабильности генома, — отчасти вместе с комплексом BRCA1, отчасти через взаимодействие с другими молекулами (например, белком RAD51). «Отличительными чертами мутаций BRCA2 являются более частое возникновение рака молочной железы у мужчин и больший риск развития молочно-яичникового синдрома», — пишут Е.М. Бит-Сава и М.Б. Белогурова в обзорной статье по наследственному раку молочной железы [13].

Наиболее распространены мутации в BRCA1/2 у евреев Ашкенази. Мутации, характерные для определенных сообществ и географических групп, описаны также и для жителей нашей страны. Так, в России мутации BRCA1 представлены в основном пятью вариациями, 80% из которых — 5382insC. Мутации генов BRCA1 и BRCA2 приводят к хромосомной нестабильности и злокачественной трансформации клеток молочной железы, яичников и других органов. Кумулятивный риск рака молочной железы и яичников у всех женщин с мутацией BRCA1/BRCA2 на протяжении всей жизни оценивается как минимум в 60–80% (средний суммарный риск — 65% для BRCA1 и 45% для BRCA2). Однако, обращают внимание ученые, едва ли не большинство случаев семейного РМЖ и рака яичников невозможно объяснить уже изученными мутациями, поэтому биологи изучают возможные вариации в других генах, контролирующих клеточный цикл.

Один из наиболее известных генов, на активность которого влияют белки BRCA1, — это специфический регулятор транскрипции TP53 (tumor protein 53 из 17p13.1). Им кодируется «страж генома» — белок p53, не дающий сосудам прорастать в «горячую точку» — опухоль — и участвующий в процессах апоптоза и репарации ДНК. Количество различных мутаций оценивается примерно в полторы тысячи; влияние этого гена на развитие РМЖ отмечено в 20–35% случаев. Например, мутации в этом гене вызывают синдром Ли-Фраумени — довольно редкое заболевание с высокой ранней смертностью, характеризующееся возникновением множественных опухолей.

PTEN (phosphatase and tensin homologue) кодирует фермент, среди субстратов которого — фосфатидилинозитол-3-фосфаты, важнейшие передатчики сигнала по пути PI3K/AKT/mTOR, который вовлечён в развитие опухоли. После «общения» с ферментом белки теряют свою активность (за счет чего и осуществляется антиопухолевое действие), поэтому PTEN называют негативным регулятором этого сигнального пути. При появлении в гене мутаций риск развития новообразований повышается — например, риск РМЖ увеличивается на 4%. И именно этому гену приписывают «заслугу» в развитии болезни Коудена (синдром множественных доброкачественных узловых образований — гамартом).

CDH1 кодирует Е-кадгерин — молекулу, обеспечивающую межклеточную адгезию, т.е. скрепление клеток между собой. Ученые используют Е-кадгерин и эстрогеновый рецептор (ER, рецептор основной группы «женских» гормонов) в клинической практике как первичные маркеры одного из типов РМЖ — люминального эпителиального рака. У женщин с мутацией в CDH1 риск развития РМЖ повышен на 39–52%, а пониженная экспрессия Е-кадгерина связана с большим количеством метастазов и худшим прогнозом. Это в общем-то предсказуемо — чем хуже соединены клетки друг с другом, тем легче они распространяются по организму. Зародышевые мутации CDH1 также связывают с развитием диффузной желудочной карциномы и раком прямой кишки.

К активно изучаемым генам с высокой пенетрантностью относятся и STK11/LKB1 (он кодирует белок, который участвует в регуляции клеточного цикла, поддержании полярности клеток — что особенно важно при метастазировании — и может менять активность других белков), PALB2 (образует мостик-связку между белками BRCA1 и BRCA2, и, соответственно, помогает синхронизировать их работу при репарации ДНК), комплекс MRE11A/RAD50/NBN (благодаря им, клетка «узнает» о разрывах хромосом и активирует в ответ на это «спасательную бригаду» других белков).

Гены с умеренной и низкой пенетрантностью
Большинство умеренно- и низкопенетрантных генов напрямую взаимодействует с BRCA1 (например, BARD1, ABRAXAS, BRIP1, BABAM1), следовательно, их поломки мешают ему нормально выполнять свою работу.

Ген CHEK2 кодирует белок под названием «чекпоинт-киназа 2», который может взаимодействовать с p53 и BRCA1. CHEK2 не дает клетке делиться дальше, если ее геном поврежден, — клеточный цикл останавливается на стадии G1.

Белок, кодируемый геном ATM, выполняет множество функций, связанных с ответом на повреждение и с репарацией ДНК, в том числе в сигнальных путях, включающих TP53, BRCA1 и CHEK2.

RAD51 и его паралоги (т.е. гены, появившиеся в результате дупликаций RAD51 внутри генома) — это ключевые медиаторы гомологической рекомбинации. Самые важные с «онкологической» точки зрения — это RAD51C и RAD51D, которые взаимодействуют с BRCA2.


Рисунок 3. Белковый комплекс репарации ДНК. На заключительном этапе — гомологической рекомбинации — требуются Rad51 и RAD51C и их взаимодействие с BRCA1 и BRCA2. RAD51C также активирует CHEK2. Окраска белков соотносится в мутациями в соответствующих генах, отвечающих за развитие заболевания: анемия Фанкони (красный), детские солидные опухоли (зеленый), РМЖ (темно-синий), рак яичников (светло-голубой). Ub — убиквитин [11, 12].

«Семена и почва»
Поскольку до 90% смертей от рака вызваны не первичной опухолью, а ее метастазами, то наиболее интересная тема научной дискуссии — это изучение активности генов в метастазах. Пока корреляция между наследственными факторами, агрессивностью опухоли и ее способностью к метастазированию не подтверждена: исследований конкретно этой связи практически нет, но это не значит, что связь отсутствует. К примеру, в некоторых работах установлено, что риск метастазирования увеличивается при наличии, например, полиморфизмов в генах Rrp1b и SIPA1, а также и гомо- или гетерозиготности по ним [15].

Остаются невыясненными многие факторы, приводящие к «расселению» рака, и связанные с ними сигнальные каскады. Сейчас существуют несколько теоретических моделей — например, модель Ноувелла (Nowell) и модель Вейсса (Weiss); также изучается роль стволовых клеток. Кажется невероятным, но, всего лишь посмотрев на геном опухолевой клетки, возможно предсказать ее склонность к метастазированию и локализацию будущих метастазов. К примеру, если раковые клетки гиперэкспрессируют один набор генов (CXCR4, PLHLP, IL11, MMP1 и OPN), то они обладают способностью образовывать метастазы в костной ткани, если другой (COX, EREG, ANGPTL4) — то в легких, а если третий (ST6GALNAC5, COX2, HBEGF, ANGPTL4) — то в нервной системе [16]. Если не знать результатов изучения генной экспрессии, то можно подумать, что ученые изобрели магический шар с провидческой функцией.

Изучение метастатических ниш в будущем может указать не только на орган, но и на месторасположение будущего метастаза в этом органе, уверены исследователи.

Профилактика РМЖ
«...Ка-кой там дурак любит за характер!?! ... Кому нужна одногрудая?! ... Да как же я на пляж пойду?!» — так А. Солженицын в романе «Раковый корпус» описывает переживания Аси, у которой врачи обнаружили рак груди. Действительно, несмотря на возможности современной реконструктивной хирургии, утрату женственности, связанную с мастэктомией, врачи и сейчас относят едва ли не к основным психологическим проблемам пациентки. Здоровые женщины, у которых нашли наследственные мутации, находятся под дамокловым мечом психологического и эмоционального стресса — поддержка необходима не только им, но и их родственникам. «Я не хочу делать ничего кардинального с моим телом», «Я хочу завести детей, двух или трех подряд, и потом удалю это все к черту», «Вы чувствуете себя так, будто только что диагностирован рак, хотя этого и не было», — вот как комментируют женщины результаты генетического тестирования.

Превентивный подход предусматривает несколько альтернатив [18]:



1.самостоятельное обнаружение уже появившегося рака на ранней стадии (регулярные маммографические и МРТ обследования, самообследование груди на предмет опухоли);

2.двухсторонняя радикальная мастэктомия;

3.профилактическая овариэктомия / сальпинго-овариэктомия — удаление яичников/яичников и матки;

4.химиопрофилактика (пока что все еще находится в процессе разработки и изучения).
Значимо выигрывают, к сожалению, только те, кто прошел через удаление и молочных желез, и яичников. Ученые считают, что если психологический гнет для женщины слишком силен, у нее уже есть дети и ее не устраивает длительный прием препаратов, то радикальные операции могут быть оптимальным решением — ведь после них пациентка может вести более-менее нормальную жизнь.

Например, профилактическая сальпинго-овариэктомия в зависимости от возраста пациентки может снизить вероятность возникновения рака от 60% до 90%: на 75–96% рака яичников и фаллопиевых труб и примерно на 50% — риск РМЖ, если ее провели до менопаузы [20]. Однако принимая во внимание предпочтения и качество жизни женщин, удаление яичников рекомендуют делать лишь после 40 лет, и если угроза жизни действительно высока.

National Cancer Institute советует лекарственную терапию женщинам с «промежуточными» рисками; все еще не критические, но высокие по сравнению с общей популяцией. Правда, для пациенток именно с мутациями в генах BRCA1/2 достоверных данных на этот счет еще не получено [21].

Пиар и пустоцвет
Список генов, связанных с развитием опухоли и метастазированием, значительно расширен. Найдены новые взаимодействия белков, уточнены сигнальные пути и механизмы защиты нормального функционирования ДНК, внесены свежие данные по возникновению ракового перерождения. Новые технологии секвенирования помогут сделать еще не одно открытие и создать новые пути применение генетики для продления и спасения жизней.

«Ищите информацию и медицинских экспертов», — именно так закончила свое публичное выступление Джоли, которая сейчас, по заявлениям в прессе, готовится к овариэктомии. — «В жизни много препятствий. Но нас не должны пугать те, в которых мы можем что-то контролировать».

Не все оценивают действия Джоли позитивно: есть мнение, что в ее случае мастэктомия и публичные выступления — это пиар. Не давая оценку действиям Джоли, ученые и врачи констатируют: уровень знаний о наследственном РМЖ необходимо поднимать, а хороший шанс сделать это не был использован должным образом. «Из 2500 американцев более 75% знают об истории Джоли», — пишут исследователи в Genetics in Medicine [22]. — «Но менее 10% опрошенных могут ответить на вопросы о наследственном РМЖ и генетических рисках».

Литература


1.Jacobson N. (1998). The socially constructed breast: breast implants and the medical construction of need. Am. J. Public Health. 88, 1254–1261;

2.Eisinger F., Roussel C., Morère J.-F., Viguier J. (2011). Cancer screening: reaching the limits or terra incognita? Lessons from the EDIFICE surveys. Eur. J. Cancer Prev. 20, S42—S44;

3.Laronga C., Lewis J.D., Smith P.D. (2012). The Changing Face of Mastectomy: An Oncologic and Cosmetic Perspective. Cancer Control. 19, 286–294;

4.Neuburger J., Macneill F., Jeevan R., van der Meulen J.H., Cromwell D.A. (2013). Trends in the use of bilateral mastectomy in England from 2002 to 2011: retrospective analysis of hospital episode statistics. BMJ Open 3, e003179;

5.ASCO conference (2013). Data Indicate Double Mastectomies On The Rise Among Breast Cancer Patients;

6.Rizzolo P., Silvestri V., Falchetti M., Ottini L. (2011). Inherited and acquired alterations in development of breast cancer. Appl. Clin. Genet. 4, 145–158;

7.van der Groep P., van der Wall E., van Diest P.J. (2011). Pathology of hereditary breast cancer. Cell Oncol. (Dordr). 34, 71–88;

8.Melchor L., Benitez J. (2013). The complex genetic landscape of familial breast cancer. Hum. Genet. 132, 845–863;

9.Dever S.M., White E.R., Hartman M.C., Valerie K. (2012). BRCA1-directed, enhanced and aberrant homologous recombination. Mechanism and potential treatment strategies. Cell Cycle 11, 687–694;

10.Helleday T. (2011). The underlying mechanism for the PARP and BRCA synthetic lethality: Clearing up the misunderstanding. Mol. Oncol. 5, 387–393;

11.Levy-Lahad E. (2010). Fanconi anemia and breast cancer susceptibility meet again. Nat. Genetics 42, 368–369;

12.Meindl A., Ditsch N., Kast K., Rhiem K., Schmutzler R.K. (2011). Hereditary Breast and Ovarian Cancer: New Genes, New Treatments, New Concepts. Dtsch. Arztebl. Int. 108, 323–330;

13.Бит-Сава Е.М., Белогурова М.Б. «Наследственный рак молочной железы»;

14.Guirouilh-Barbat J., Wilhelm T., Lopez B.S. (2010). AKT1/BRCA1 in the control of homologous recombination and genetic stability: the missing link between hereditary and sporadic breast cancers. Hereditary Breast and Ovarian Cancer. Oncotarget 1, 691–699;

15.Hsieh S.M., Look M.P. (2009). Distinct inherited metastasis susceptibility exists for different breast cancer subtypes: a prognosis study. Breast Cancer Res. 11, R75;

16.Ribelles N., Santonja A., Pajares B., Llácer C., Alba E. (2014). The seed and soil hypothesis revisited: Current state of knowledge of inherited genes on prognosis in breast cancer. Cancer Treat. Rev. 40, 293–299;

17.Leonarczyk J., Mawn B.E. (2014). Cancer Risk Management Decision Making for BRCA+ Women. West J. Nurs. Res.;

18.Burke W., Daly M., Garber J., Botkin J., Kahn M.J., Lynch P., McTiernan A., Offit K., Perlman J., Petersen G., Thomson E., Varricchio C. (1997). Recommendations for Follow-up Care of Individuals With an Inherited Predisposition to Cancer. II. BRCA1 and BRCA2. JAMA 277, 997–1003;

19.Pal T., Vadaparampil S.T. (2012). Genetic Risk Assessments in Individuals at High Risk for Inherited Breast Cancer in the Breast Oncology Care Setting. Cancer Control 19, 255–66;

20.Finch A., Evans G., Narod S.A. (2012). BRCA carriers, prophylactic salpingo-oophorectomy and menopause: clinical management considerations and recommendations. Women’s Health 8, 543–555;

21.National Cancer Institute: Breast Cancer: Prevention, Genetics, Causes;

22.Borzekowski D.L., Guan Y., Smith K.C., Erby L.H., Roter D.L. (2013). The Angelina effect: immediate reach, grasp, and impact of going public. Genet. Med. 16, 516–521.

Автор: Петренко Анна.

Изменения генома при раке7 фактов о возрастных мутациях клеток

Рак почти всегда характеризуется массивными изменениями генома. По-видимому, первое, что происходит при раковом перерождении клетки, – это накопление мутаций, которое обеспечивает то, что внутриклеточные процессы переходят некий порог, при котором клетка, в основном, сохраняла свои нормальные свойства.
1

Транскриптомные исследования рака
Транскриптомные исследования рака

Биолог Антон Буздин о микрочипах, активных генах и молекулярной мишени
Возрастные мутации – это поначалу просто случайные изменения, которые накапливаются с возрастом в геноме любой клетки организма. Как показывают современные исследования, некоторые клетки защищены от них сильнее, например, половые клетки или нейроны мозга. Некоторые – хуже защищены, как, например, эпителиальные клетки. С возрастом таких изменений становится в клетках все больше и больше. В этом, по-видимому, одна из главных причин того, что рак более характерен для людей пожилого возраста. И когда количество таких мутаций переходит в качество, клетка становится раковой.
DNA damage in normally and prematurely aged mice. Maslov AY, Ganapathi S, Westerhof M, Quispe-Tintaya W, White RR, Van Houten B, Reiling E, Dollé ME, van Steeg H, Hasty P, Hoeijmakers JH, Vijg J. Aging Cell. 2013 Jun;12(3):467-77. doi: 10.1111/acel.12071. Epub 2013 Apr 24.
Genome instability and aging. Vijg J, Suh Y. Annu Rev Physiol. 2013;75:645-68. doi: 10.1146/annurev-physiol-030212-183715.
2

Вслед за этим сыплются все защитные системы клетки, а именно системы, которые в ходе эволюции были созданы для того, чтобы раковой клетке запретить делиться, размножаться и влиять на окружающие ткани и органы. Системы, которые в норме мешают ее неограниченному делению, включают так называемые гены-онкосупрессоры, которые подавляют развитие рака. Клетка, которая становится раковой, избавляется от своих генов-онкосупрессоров посредством генетических изменений. Часто копии таких генов просто выкидываются из генома или в них вносятся мутации, которые необратимым образом блокируют нормальную функцию этих генов. Поэтому геномы раковой и нормальной клетки могут очень сильно различаться. Например, если пометить последовательности каждой нормальной хромосомы у человека своим цветом и сравнить с тем, что происходит у раковой клетки, то в ее хромосомах все будет перемешано.
Genetic and non-genetic instability in tumor progression: link between the fitness landscape and the epigenetic landscape of cancer cells. Huang S. Cancer Metastasis Rev. 2013 May 3.
3

Основные типы изменений, которые происходят в ДНК при раковом перерождении — это точечные мутации, затем так называемые делеции, когда выбрасываются большие куски ДНК, а также вставки мобильных генетических элементов. Так, в 2012 году было показано, что при большинстве видов рака эпителиального происхождения происходят новые вставки мобильных генетических элементов, то есть генетических паразитов, которые могут размножать собственные копии и вставлять их в новые места генома, при этом внося новые ошибки в последовательности генов. Например, такие мобильные генетические элементы могут вставляться в копии генов-онкосупрессоров и портить их, помогая клетке перерождаться еще более эффективно. Таким образом, поскольку онкогенез характеризуется не только массивными точечными мутациями и делециями, но и активацией мобильных элементов, то в будущем может быть сделан ряд важных открытий в области исследования того, почему при раке активируются мобильные элементы, и можно ли, блокируя их активность, каким-то образом лечить рак. Ведь каждая вставка мобильного элемента – это серьёзное изменение генома, необратимый шаг клетки на пути от нормальной к больной. Соответственно, блокировка активности мобильных элементов может помочь эффективнее лечить рак, что, по всей видимости, и станет предметом исследований многих лабораторий в ближайшем будущем.
Landscape of somatic retrotransposition in human cancers. Lee E, Iskow R, Yang L, Gokcumen O, Haseley P, Luquette LJ 3rd, Lohr JG, Harris CC, Ding L, Wilson RK, Wheeler DA, Gibbs RA, Kucherlapati R, Lee C, Kharchenko PV, Park PJ; Cancer Genome Atlas Research Network. Science. 2012 Aug 24;337(6097):967-71.
4
Биолог Антон Буздин об открытии коротких РНК, геномном мусоре и противовирусной защите
По-видимому, основными геномными изменениями при раке являются все-таки делеции или перетасовки фрагментов различных хромосом. Например, когда фрагмент ДНК из одной хромосомы переносится на другую и так далее (так называемые генетические транслокации). Таким образом, гены могут попадать в несвойственное им окружение и начинают работать совершенно по-другому, не так, как они это делали в исходном месте, где были окружены подобранными в ходе нормальной эволюции геномными регуляторными элементами. В итоге, геном раковой клетки неузнаваемо отличается от генома нормальной клетки. По сравнению с нормой, у раковой клетки можно найти больше функциональных копий генов, называемых онкогенами (поскольку они способствуют онкогенной трансформации), и меньше копий генов-онкосупрессоров, о которых уже шла речь выше.
Chromosomal instability and transcriptome dynamics in cancer. Stevens JB, Horne SD, Abdallah BY, Ye CJ, Heng HH. Cancer Metastasis Rev. 2013 Apr 18.
5

Интересно, что в ходе приобретения клеткой свойств раковой клетки, происходит атака на систему генов, ответственных за репарацию ДНК. Репарация ДНК осуществляет как бы заживление тех ран, которые наносятся геномной ДНК мутациями. То есть, в норме система репарации должна чувствовать, где именно происходят генетические изменения и в идеале должна эти мутации уничтожать, то есть возвращать генотип клетки к нормальному состоянию. При канцерогенезе атакуются именно эти системы репарации, и тем самым клетка как бы лишается тормозов на пути дальнейшего накопления мутаций, и если исходная клетка мутировала со скоростью пешехода, то клетка с неполноценной репарацией делает это уже со скоростью гоночного автомобиля и очень быстро накапливает огромное количество мутаций.
Genome maintenance and transcription integrity in aging and disease. Wolters S, Schumacher B. Front Genet. 2013;4:19.
6

При этом в ряде случаев, когда раковые клетки не полностью теряют свою систему репарации, это может являться неблагоприятным прогностическим признаком. Это связано с тем, что сейчас одним из основных способов лечения некоторых форм рака является радиационная терапия, в ходе которой в геном раковых клеток вносятся многочисленные разрывы ДНК. И если у раковой клетки системы репарации потеряны, то она не может снова склеить свой геном из этих кусочков и погибает. Однако же, если какие-то остатки репарационных систем у нее функционируют, то она успешно склеивает это бесчисленное количество кусочков обратно, и такой пазл из генов, который, конечно, собран совсем не так, как в исходной хромосоме, продолжает функционировать. То есть, раковая клетка должна, с одной стороны, подавить систему репарации, но с другой стороны, для успешного противодействия лечению, выключить репарацию клетка должна не полностью, оставив ее в той мере, чтобы снова склеивать свой геном после курсов радиационной или химиотерапии.
DNA double-strand break repair as determinant of cellular radiosensitivity to killing and target in radiation therapy. Mladenov E, Magin S, Soni A, Iliakis G. Front Oncol. 2013 May 10;3:113.
7

Очевидно, что лечение рака в идеале должно включать как бы заморозку генома раковой клетки, что могло бы позволить предотвратить дальнейшую эволюцию раковых клеток в ткани. Ведь постоянно изменяющийся массив раковых клеток формирует бесчисленное множество генетических вариантов, некоторые из которых могут успешно противодействовать лечению. Соответственно, терапия рака могла бы пойти по пути фиксации генома раковых клеток в некоем «замороженном» состоянии. Это могло бы повысить эффективность терапии: ведь надо было бы подавлять опухоль одного заданного типа, а не сотен тысяч различных типов, как это происходит из-за изменчивости ракового генома. Вот, пожалуй, главный вывод, который мы можем сделать, анализируя геномную нестабильность раковых клеток.
Антон Буздин
доктор биологических наук, руководитель группы геномного анализа сигнальных систем клетки Института биоорганической химии им. академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН

Транскриптомные исследования рака Биолог Антон Буздин о микрочипах, активных генах и молекулярной ми

Существуют ли универсальные подходы к лечению рака? Как подобрать индивидуальный метод терапии? Почему ДНК-диагностика не эффективна при выборе препарата? Об этом рассказывает доктор биологических наук Антон Буздин.
Сейчас есть целый ряд видов рака, или так называемых нозологий, для которых существующая терапия, как правило, не действует. Это, например, рак поджелудочной железы и глиобластома. Существует такая интересная вещь: если мы возьмем каждый конкретный препарат нового поколения, который относится к группе таргетных (это препараты, для которых известна молекулярная мишень, на которую они действуют), и трудноизлечимый вид рака, то всегда найдется несколько процентов больных, кому он как-то помог, продлил их жизнь, и подавляющее большинство тех, кому не помог.
Биолог Антон Буздин о раковой клетке, перестройке генома и персонализированной медицине
Подсчитывая количество РНК, можно сказать, насколько активен этот ген. Методическая база для этого развита очень хорошо, это секвенирование нового поколения, профилирование на микрочипах, что позволяет даже за относительно маленькие деньги, по сравнению с тем, что было в начале или в середине двухтысячных, исследовать индивидуального пациента и посмотреть, что у него происходит конкретно с теми генами, которые являются мишенью для терапии.
Это является не только теоретизированием, это уже работает на практике. В частности, мы разработали систему, которую назвали OnkoFinder, сейчас ее коммерциализируем в составе фирмы. Эта система позволяет, основываясь прежде всего на транскриптомных данных индивидуального пациента, подобрать ему тот вид терапии таргетными препаратами, который подойдет именно ему. Мы запустили клинические испытания по нескольким нозологиям, и нескольким пациентам наш метод уже помог; по крайней мере, так показывают предварительные результаты.
Антон Буздин
доктор биологических наук, руководитель группы геномного анализа сигнальных систем клетки Института биоорганической химии им. академиков М. М. Шемякина и Ю. А. Овчинникова РАН

Таргетные препараты в онкологии5 фактов о различных целенаправленных лекарствах, типах рака груди и

Подход к излечению такого сложного заболевания, как рак, уже сейчас может основываться на анализе взаимодействия различных белков и генов, которые объединяются между собой в сложные сети. Активация различных белков, входящих в такие сети, заставляет клетку бесконтрольно делиться и метастазировать, то есть превращаться из нормальной в раковую.
1. Разновидность противоопухолевых препаратов

По характеру воздействия противоопухолевые препараты могут быть отнесены к четырем классам.
Первый — это моноклональные антитела (мабы, monoclonal antibodies), то есть белковые молекулы или комплексы белковых молекул, которые вырабатываются иммунной системой в ответ на какие-то антигены-онкогены. Такие моноклональные антитела связываются с онкогенами и подавляют их активность.
Разновидностью таких моноклональных антител являются так называемые киллерные моноклональные антитела, или киллермабы, которые представляют собой комплексы из цитостатического агента, который убивает клетку, и антитела, обладающего повышенным сродством (аффинностью) к данному антигену.
Если моноклональные антитела являются макромолекулами, то другой класс таргетных противоопухолевых препаратов — нибы, или ингибиторы киназ — являются низкомолекулярными соединениями. Как правило, эти соединения понижают активность каких-то конкретных онкогенов, влияющих на формирование сигнала в клетке, заставляющего клетку бесконтрольно делиться.
Четвертым классом таргетных препаратов в онкологии являются, наоборот, не ингибиторы, а активаторы, но уже не онкогенных, а онкосупрессирующих (подавляющих) сигнальных путей, вызывающих, например, некроз, апоптоз или дифференцировку клетки. К таким препаратам относятся различные стимуляторы некроза, апоптоза или дифференцировки.
2. Особенность таргетных препаратов

Биофизик Николай Борисов о персонализированной медицине, классах лекарственных препаратов и раке молочной железы
Все эти препараты называются таргетными, или целевыми, потому что они воздействуют избирательно на какой-то из неправильно экспрессированных, повышено экспрессированных или неправильно устроенных, то есть мутированных, онкогенов.
Такие препараты обычно назначаются в клинической практике методом иммуногистохимического исследования биоптата опухоли. В ходе иммуногистохимического исследования берут из опухоли образец злокачественной ткани и потом определяют с помощью соответствующего антитела уровень экспрессии какого-нибудь ключевого онкогена.
3. Типы рака груди

Одним из первых и самых дорогих таргетных противоопухолевых препаратов — Герцептин, или Трастузумаб — появился в самом конце XX века, был произведен фирмой Roche и предназначался для лечения особой формы рака груди.
Ученые еще в прошлом веке выделили два типа гормонально зависимых рака груди: эстрогензависимый и прогестеронзависимый. Третий же тип, наиболее злокачественный, обозначался сначала врачами как «ни тот ни другой». Потом оказалось, что за развитие этого третьего типа рака груди ответственен так называемый херегулиновый, или неврегулиновый рецептор, врачи его называют HER2/neu, у биологов он известен под международным названием ErbB-2. Он является родственником рецептора эпидермального фактора роста клеток, но в норме определяет рост именно нервной ткани. В HER2-зависимом раке груди является патологически экспрессированным, постоянно сигналит, что заставляет клетку делиться.
4. Как было получено первое таргетное лекарство

Первый препарат Трастузумаб был весьма дорог и непрост в производстве Связано это с тем, что вырабатывался этот препарат эмбриональными клетками мышонка, который был сконструирован методами генетической инженерии так, чтобы не содержать лишних антигенов для человека. Он был как бы искусственно гуманизирован, то есть самые непохожие на человека гены из него были удалены и заменены человеческими. На второй неделе эмбрионального развития этот эмбрион производил моноклональные антитела против HER2-зависимого рака груди.
В результате этого технология была очень дорогой, лекарство стоило примерно как квартира в Москве, а эффективность даже при назначении по показаниям, выявляемым в ходе иммуногистохимического исследования, была весьма низка, не более 30%.
5. Перспективы таргетной медицины

Целенаправленная доставка лекарств
Целенаправленная доставка лекарств

Химик Валерий Фокин о «волшебной пуле», последствиях химиотерапии и процессе разработки лекарств
Разумеется, Герцептин, или Трастузумаб, — это уже достаточно старый препарат с более чем 14-летней историей; для современной таргетной медицины это весьма солидный стаж. Ныне существуют более ста таргетных препаратов, зарегистрированных и допущенных к медицинскому употреблению в различных странах мира. На стадии доклинических и клинических испытаний находятся сотни новых мабов и более дешевых, чем мабы, нибов. Как же врачам развираться в таком количестве лекарств и назначить препарат, наиболее подходящий данному больному?
На помощь врачу приходят фундаментальная биология и биоинформатика. В совместном проекте трех ведущих научно-медицинских учреждений Москвы, таких как Федеральный медицинский биофизический центр им. А.И. Бурназяна, Центр детской гематологии, онкологии и иммунологии им. Д. Рогачёва и Институт биоорганической химии Российской академии наук, была создана системно-биологическая платформа для назначения таргетных противоопухолевых препаратов по результатам микрочипового исследования всего транскриптома больного человека. Такой метод использует результаты обследования уровней экспрессии десятков тысяч генов, среди которых большинство является либо онкогенами, либо онкосупрессорами. Теперь мы можем сказать, что персонализированная медицина — это не мечта философов, а строгая медицинская, биологическая и математическая технология.
Николай Борисов
доктор технических наук, Федеральный медицинский биофизический центр имени Бурназяна

«Опухолевые клетки живут для себя, это — клетки-эгоисты» Интервью с биологом Евгением Шевалем о жизн

Материал подготовлен на основе радиопередачи «ПостНаука» на радио Говорит Москва. Ведущий — редактор проекта «ПостНаука» Анна Козыревская, гость эфира — доктор биологических наук, старший научный сотрудник НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ Евгений Шеваль.
— В чем отличие «нормальных» клеток в организме и их работы от опухолевых?
— Парадокс заключается в том, что опухолевые и «нормальные» клетки на клеточном уровне ничем не различаются. Они различаются по их отношению к организму. Клетки организма выполняют свои функции, живут и умирают так, как нужно организму. Опухолевые клетки живут для себя, это — клетки-эгоисты. Есть хорошее высказывание, что опухолевые клетки — это клетки с асоциальным поведением. Это и есть опухоль.
Происхождение опухоли в конечном счете — это всегда изменения генома клетки, это могут быть мутации или другие изменения, но онкологические заболевания — это геномные болезни. Есть наследственные болезни, которые передаются из поколения в поколение. Клетки человека исходно все одинаковые, но отдельные клетки могут мутировать. Если эта мутация не влияет на какой-нибудь важный процесс, то ничего страшного и не произойдет. В конечном счете, наверное, мутируют все клетки, ведь геном не вечен, потому что вокруг нас космические лучи, которые могут повредить молекулам ДНК, мутагены и т. д. Но мутация может как-то повлиять на размножение клетки или на ее смерть.
Гибель клеток
Гибель клеток

Биолог Евгений Шеваль о программируемой клеточной смерти, роли каспаз и гибели клеток у растений
У клеток в организме есть свой жизненный цикл — они живут и умирают. Процесс смерти — четко записанная программа, есть специальные белки, отвечающие за то, чтобы клетка в нужный момент умерла правильным образом, чтобы она не просто распалась на кусочки, а фрагментировалась, затем пришли макрофаги и эти кусочки «съели». Это сложный программируемый процесс. Если клетка стала чуть лучше размножаться или чуть хуже умирать, то она поменяла свои свойства. Она еще не стала опухолью, это лишь одна мутация. Дальше среди ее потомков кто-то может получить еще одну мутацию, и среди клеток начинается селекция, отбор.
На самом деле этот отбор — отбор по Дарвину. То есть идут случайные мутации, и потом среди потомков со случайными мутациями отбираются те, которые сильнее выходят из-под контроля организма. Этот процесс в большинстве случаев длительный. Очень редко бывает, что одна мутация может привести к чему-то, похожему на опухоль в медицинском плане. Тем не менее клетки постепенно мутируют, и отбираются клоны, которые все более выходят из-под контроля организма, становятся все более асоциальными, и таких клеток у нас очень много. Опухолей не только у человека, но и у любого животного в организме довольно много. Любая родинка — это опухоль. Но она еще не стала опасной для организма, то есть не стала опухолью с точки зрения вреда для организма, с медицинской точки зрения. Да, она поменялась, да, организму не нужна эта родинка, но она уже есть. Она может быть неопасной, более того, она может никогда и не стать опасной, как, например, опухоли из жировой ткани — липомы. Человеческой жизни просто не хватает, чтобы накопиться мутациям и превратиться в опасную липосаркому, поэтому, если липома не мешает двигаться, не портит внешность, удалять ее не надо.
Но в какой-то момент может накопиться столько мутаций, что опухоль становится опасной, и тогда возникает медицинская проблема: это уже не просто измененные клетки, которые чуть-чуть другие. Когда мы говорим про опухоли, в большинстве случаев мы думаем именно про эту ситуацию. Но ей предшествует долгий путь отбора клонов с измененными свойствами, с выходом из-под контроля организма клеток, способных жить для себя, размножаться для себя, и, к сожалению, такие клетки своим поведением способны убить организм.
Опухоли могут быть вызваны самыми различными причинами. Например, лимфома Бёркитта. Очень неприятная опухоль, клетки которой очень быстро размножаются. Ее развитие связано с вирусом Эпштейна — Барра. Эта опухоль распространена в основном в Африке. В Европе, в Америке среди европеоидного населения это экзотика. Но в последние годы она стала более актуальной. Связано это с проблемой ВИЧ. Это очень тяжелая болезнь, которую сейчас научились не вылечивать, но сдерживать. Есть препараты, которые надо принимать всю жизнь, они будут сдерживать развитие болезни, и пациент будет жить. Но в этот момент может появиться опухоль. И, как оказалось, чаще всего это именно лимфома Бёркитта.
— Как на организм действует классическая химиотерапия?

Биолог Иван Воробьев о доброкачественных опухолях, химиотерапии и проблеме рецидива
— Классическая химиотерапия построена на двух простых вещах. Любая нормальная клетка в организме смертна, причем часто продолжительность ее жизни очень мала. Я люблю пример с кишечным эпителием: клетки кишечного эпителия в дифференцированном состоянии живут всего 4–5 дней, предел их — неделя, а потом они умирают. Новые клетки производятся, старые умирают, идет непрерывный поток клеток. Есть клетки, которые обновляются медленнее, например клетки легочного эпителия. Есть клетки, которые практически не обновляются или совсем не обновляются, как нейроны. Но тем не менее клетки умеют умирать. Опухоли — это клетки, в которых выключилась программа правильной смены жизненных этапов: размножения, дифференцировки и смерти. Опухоль отключила эту программу. Любая химиотерапия, воздействие радиацией, теплом (сейчас колоссальное количество разных подходов) в большинстве случаев преследуют цель — вызвать программу программируемой клеточной гибели. У животных, как правило, есть несколько типов программируемой клеточной гибели, чаще всего это апоптоз, при котором клетка распадается на кусочки и ее потом «интеллигентно» убирают макрофаги. Можно сказать, что задача врача — это не уменьшить опухоль, а индуцировать в опухолевых клетках программируемую клеточную гибель.
— То есть заставить клетки снова начать умирать?
— Да, клетку пристрелить невозможно, а вот вызвать программу, которая в ней заложена, можно. Страшнее бывает, когда эта программа сломана. Есть такой очень известный белок, р53, один из наиболее изученных белков. Если он не работает, то клетки очень плохо уходят в программируемую клеточную гибель и такие опухоли, как правило, хуже лечатся.
Бывают случаи, когда надо запускать не просто гибель, а дифференцировку. Клетка осталась на этапе размножения: она размножается, размножается и не хочет дифференцироваться, остановить размножение. Одновременно работать и размножаться нельзя, и такую клетку надо столкнуть в дифференцировку. Например, для лечения острого промиелоцитарного лейкоза подобран очень простой препарат, который заставляет клетки дифференцироваться. Это не излечивает опухоль; как правило, дополнительно используют химиотерапию, которая параллельно сгонит клетки в программируемую клеточную гибель. Дифференцирующуюся клетку убить гораздо проще, чем размножающуюся.
— Какие существуют методы лечения онкологических заболеваний крови?

5 фактов о различных целенаправленных лекарствах, типах рака груди и будущем таргетной медицины
Сейчас, когда речь идет про гематологические онкологические заболевания, лейкозы, лимфомы, то действуют методом максимального удара, так как если ударить несильно, то опухолевые клетки выживут и у опухоли будет рецидив. Но при таком лечении умирают не только опухолевые клетки, но и нормальные стволовые клетки, которые дают кровь. Поскольку пока нет селективности и мы не можем ударить только по опухолевым клеткам, мы бьем по всем стволовым клеткам, уничтожаем их, и дальше оказывается, что мы убили и нормальный костный мозг. Единственный выход на сегодняшний день — это трансплантация костного мозга.
— На каких этапах сегодня можно диагностировать онкологическое заболевание и как, на ваш взгляд, будет развиваться эта область?
— Конечно, хорошо диагностировать рано. У опухоли есть своя история, опухолевая прогрессия, ее надо знать. Если мы ее знаем, то мы можем понять, на каком этапе ловить опухоль. В случае рака желудка надо ловить на этапе полипов. Да, они неопасны, это просто вырост в стенке желудка, который прекрасно виден при гастроэнтероскопии. Опухоли — это возрастное явление, должно пройти время, чтобы мутации успели накопиться. Если человек после 40 лет делает гастроэнтероскопию, врач увидит полип, отрежет его, и тогда рака желудка у этого человека не будет. Но если упустить этот момент, то опухоль может развиться и потребуется операция. Тем более могут возникнуть метастазы, и ситуация усложнится. Поэтому так важно диагностировать опухоль вовремя. Конечно, если это полипы или рак кожи, который виден невооруженным взглядом, провести диагностику легко. Но если опухоль находится глубоко? Для таких случаев разрабатывается огромное количество методов. Например, сейчас в любой поликлинике ставят реакцию на онкомаркеры на несколько опухолей, которые очень распространены в России.
Онкомаркеры — это, как правило, белки, которые выявляются антителами. В больших клиниках есть достаточно широкая панель таких онкомаркеров. Если есть опасность, что у человека будет определенный тип рака, то лучше периодически проверяться. Кстати говоря, в сфере иммунологических методов ранней диагностики приоритет в науке остается за Россией. Первый онкомаркер — это альфа-фетопротеин, который открыл Гарри Израилевич Абелев. И это, конечно, должно быть предметом нашей гордости.
Евгений Шеваль
доктор биологических наук, старший научный сотрудник НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГ

Терапия онкологических заболеваний Биолог Иван Воробьев о доброкачественных опухолях, химиотерапии и

Как изменилось наше отношение к здоровью и уровню жизни в XX веке? Каковы причины возникновения опухолей? Как влияет на организм человека химиотерапия? Об этом рассказывает доктор биологических наук Иван Воробьев.
Онкологические заболевания часто называют «раком», хотя это не совсем точно. Рак — только их часть, это заболевание поверхностных тканей (эпителия), например рак кожи, рак кишечника или рак молочной железы. А лейкоз или лейкемию называть раком не корректно, хотя обыватели часто говорят, что есть «рак крови». Проблема состоит в том, что опухоли возникают из нормальных клеток в результате их мутации. Это общее правило для всех без исключения опухолей.

Биолог Иван Воробьев о современной микроскопии, флуоресцирующих молекулах и преодолении дифракционного предела
Если опухоль возникла среди клеток крови, то хирургическим путем помочь нельзя. Местом, где размножатся клетки, которые потом становятся клетками крови, является костный мозг, то есть все наши кости. Лейкоз — это страшная опухоль, которая развивается из клеток-предшественников клеток крови, и радикальный способ лечения — это вынуть все клетки из тела, что, разумеется, невозможно.
Центральная проблема современной онкологии — проблема рецидива. Например, какую комбинацию препаратов дать, чтобы рецидива не случилось? А он может произойти через три месяца, шесть, год, пять или пятнадцать лет. Можем ли мы спрогнозировать по нашему лечению, что человеку мы помогли надолго? Химиотерапия — программная терапия, препараты дают в течение длительного времени. Клинический эффект достигается довольно быстро, хотя есть и резистентные опухоли. Чтобы вылечиться, пациенту необходимо долго и методично принимать препараты. Проблема состоит в том, что внутри опухоли разные клетки. Основную массу составляют зрелые клетки опухоли. Их можно убить, но это не спасает от того, что родоначальные клетки опухоли «переждали» химиотерапию. Это стволовые клетки опухоли.
Иван Воробьев
доктор биологических наук, руководитель лаборатории клеточной подвижности НИИ физико-химической биологии им. А.Н. Белозерского МГУ, профессор кафедры клеточной биологии и гистологии биологического факультета МГУ

Опухолевые стволовые клетки

7 фактов об устройстве опухолей и последних методах их лечения

Онкологические заболевания являются одной из основных причин смерти, и внимание учёных приковано к этой проблеме чрезвычайно сильно. Для того чтобы вылечить опухоль, мы должны знать, куда необходимо нанести удар, чтобы её убить. Фактически, идёт постоянная гонка – исследователи должны узнавать что-то новое, чтобы иметь возможность лечить онкологические заболевания более эффективно. Периодически появляются факты, которые кардинально меняют наш взгляд на то, как возникают, формируются и растут опухоли. И это заставляет ученых искать новые методы лечения рака.
1

Терапия онкологических заболеваний
Терапия онкологических заболеваний

Биолог Иван Воробьев о доброкачественных опухолях, химиотерапии и проблеме рецидива
Одно из таких открытий – это открытие опухолевых стволовых клеток, которое было сделано в 1991 году. Чтобы понять, что это такое, надо сначала разобраться в устройстве нормальных тканей. Нормальные ткани образованы клетками и бывают двух типов. Есть ткани, где клетки существуют в течение всей жизни, они не делятся, не размножаются. Самый известный пример – это клетки мозга, нейроны. Количество их во взрослом организме не увеличивается, но постепенно уменьшается, т.к. с возрастом нейроны гибнут.
2

Бывают и другие ткани, в которых клетки работают «на износ» и быстро умирает. Почему так? Например, потому что они могут существовать в неблагоприятных условиях, как клетки кишечного эпителия, которые живут в очень агрессивной среде. Клетки кишечного эпителия в рабочем состоянии (то есть, когда они дифференцированы для выполнения своей функции и работают) живут 3 – 5 дней. Им на смену должны прийти новые клетки. Клетки в таких тканях постоянно обновляются, и, чтобы происходило это обновление, ткани устроены следующим образом – в них есть несколько типов клеток.
3

Первый тип клеток – это стволовые клетки, такие «клетки-лентяи». Они сидят, редко делятся, и очень «берегут» себя, чтобы клетка не повредилась. Организм их старается спрятать в какие-то укромные места. Стволовые клетки специально не делятся часто – во время деления клетку легко повредить. Такой клетке надо просуществовать всю жизнь, ведь она будет обеспечивать обновление тех клеток, которые обречены на гибель, как, например, клеток кишечного эпителия. Иногда стволовая клетка делится, и часть её потомков остаётся в состоянии стволовой клетки, а часть – даёт начало обновляющейся популяции. Эти потомки (вторая часть) начинают интенсивно делиться, а, когда проходит несколько раундов, деление останавливается, замедляется, и клетка начинает дифференцироваться, то есть, приобретает особенности структуры и функционирования, позволяющие ей эффективно выполнить функцию, ради которой она создана. После чего клетка работает какое-то время, пока эта работа эффективна, а потом умирает. И это активно обновляющаяся популяция.
4

Что такое опухолевые клетки? Это клетки, которые «обезумели», они ведут себя неправильно, не так, как нужно организму. Существует описанная выше сложная структура, когда организм контролирует, чтоб у вас не образовалось слишком много клеток кишечного эпителия, и не образовалось слишком мало, что тоже плохо. А опухоль – это клетки, сошедшие с ума.
5

Можно предполагать, что все опухолевые клетки одинаково способны делиться и каждая из них может дать новую опухоль. Так ли это? В какой-то момент оказалось, что нет. Была проделана работа, которая заняла десятки лет и потребовала очень тяжелой подготовки. В результате исследований выяснилось, что в составе опухоли клетки не одинаковые. На их поверхностной мембране могут находиться разные белки, и по этим белкам с помощью антител, можно отобрать разные клетки. И в одной из опухолей (это впервые было установлено в хроническом миелолейкозе) была найдена небольшая группа клеток, меньше 0,1% от общего числа, с определёнными характеристиками, которые немного отличались от основной массы клеток.
FAQ: Изменения генома при раке
FAQ: Изменения генома при раке

7 фактов о возрастных мутациях клеток
Дальше был поставлен очень простой эксперимент: эти клетки ввели мыши и проверили, образуется из них опухоль или нет. Остальные клетки, которых 99,9%, так же ввели мыши. И обнаружили очень странную вещь: из этих немногочисленных клеток – опухоль образуется; а из основной массы клеток – опухоль не формируется. Возникла идея: может быть, вот эти немногочисленные клетки – это, как раз, полный аналог стволовых клеток, которые отвечают за обновление этой ткани. Да, это опухоль, но это тоже ткань, и она тоже гетерогенна по структуре – в ней есть клетки, которые отвечают за обновление, и основная масса, масса опухоли в данном случае, которая не способна полностью воспроизводить опухоль. Это была очень непривычная мысль, и достаточно долго ученые просто проверяли, брали различные опухоли, искали подтверждения. Во многих опухолях (не во всех) действительно, было обнаружено такое устройство: клетки гетерогенны, одни из них (их назвали опухолевыми стволовыми клетками) отвечают за обновление опухоли, а основная масса просто существует.
6

Почему это так важно? Казалось бы, обнаружили параметр, по которому опухоли немного похожи на нормальные ткани… в конце концов, они же происходят из нормальных тканей. А важно это вот почему: как только люди смирились с тем, что опухолевые стволовые клетки существуют, они осознали тот факт, что мы сейчас неправильно лечим опухоли. Когда врач лечит опухоль, основная задача его в том, чтобы уменьшить массу опухоли. Когда учёный ищет лекарство, для того чтобы потом лечить опухоль, он смотрит, прежде всего на то, чтобы уменьшить массу опухоли. А что происходит на уровне опухолевых стволовых клеток? Может быть, уменьшая массу опухоли, мы убиваем основное количество клеток, но убиваем ли мы при этом стволовые клетки или нет? Ведь, если мы их не убьём, из стволовых клеток вырастет новая опухоль, и рецидив неизбежен. Одновременно стало понятно, как надо лечить. Необходимо сделать так, чтобы непосредственно ударить по опухолевым стволовым клеткам. Если мы ударим по ним, не будет даже необходимости убирать всю остальную опухоль – уничтожив только маленькую популяцию, долю процента, но вся остальная опухоль поддерживается за счёт опухолевых стволовых клеток… опухоль сама умрёт, она растает. И в какой-то момент ученые осознали, что надо искать лекарства, способы уничтожить непосредственно опухолевые стволовые клетки.
7

Пока это выглядит фантастикой, хотя первые работы на мышах уже проводятся. Есть надежда, что удастся уничтожить именно опухолевые стволовые клетки. Пока мы знаем слишком мало. Мы знаем, что они существуют, мы знаем про какие-то их особенности, иногда мы знаем, откуда они происходят. Но по мере того, как мы будем узнавать больше, будут появятся и новые лекарства, появятся способы вылечить тех больных, которые пока ещё неизлечимы.
Евгений Шеваль
Евгений Шеваль
доктор биологических наук, старший научный сотрудник НИИ физико-химической биологии имени А.Н. Белозерского МГУ

FAQ: Методы лечения рака © Alex Proimos

FAQ: Методы лечения рака
6 фактов о мутации клеток, таргетных препаратах и подходах к лечению онкологических заболеваний
Submit
Еженедельный дайджест
Рак известен человечеству с давних пор. Это болезнь, в лечении которой на протяжении всей истории человечества практически не удалось достичь каких-либо успехов. С появлением антибиотиков люди практически забыли о страшных инфекциях, начиная от чумы и заканчивая сифилисом. Однако по мере того, как население планеты стареет, вероятность для каждого из нас встретиться в жизни с раком постоянно растет. К сожалению, несмотря на сотни миллиардов долларов, которые были потрачены в развитых странах начиная с конца 80-х, и десятилетия работы исследователей, мы не видим значительного прорыва в лечении рака. Увеличение продолжительности жизни раковых больных за последние 20–30 лет произошло не из-за того, что появились революционные методы терапии, а главным образом потому, что рак начал диагностироваться на более ранней стадии. Проблема состоит в том, что медицина позволяет диагностировать заболевание на той фазе, когда без лечения буквально через год количество клеток в раковой опухоли будет таким, что вес или объем опухоли будет измеряться уже сотнями граммов.
1. Генетические предпосылки

Методы лечения рака
Методы лечения рака

Биофизик Петр Федичев об обмане иммунной системы, формах рака и орфанных препаратах
Человеческий организм, как и организм любого животного, содержит в своем геноме гены, которые используются раком для своего развития. На первый взгляд, это кажется нелогичным. Для того чтобы вырасти из одной клетки и превратиться в человеческое существо, необходимо использовать механизмы, которые в зрелом возрасте являются опасными или ненужными. В частности, для того, чтобы предотвратить отторжение плода у матери, клетки эмбриона учатся обманывать ее иммунную систему, выдавая себя за «своего», и таким образом препятствовать иммунной системе матери уничтожить эмбрион. С этим связано очень много патологий. Это выгодное приобретение эволюции, но эти же гены, будучи активированы в зрелом возрасте, могут помочь раковой клетке обмануть иммунитет и воспрепятствовать уничтожению раковых клеток.
2. Возрастные причины возникновения рака

На самом деле в организме каждого взрослого здорового человека — миллионы раковых клеток, которые находятся в балансе с организмом, постоянно определяются и уничтожаются клетками иммунной системы. Однако с возрастом количество всевозможных ошибок в исполнении генетической программы начинает нарастать, и в какой-то момент объем стресса превышает возможности систем контроля повреждений. В этот момент раковые клетки выбиваются на волю. Опасность заключается в том, что по всем признакам это клетки того же самого организма. Поначалу они имеют практически тот же генетический код, что и все остальные клетки человека, и это не позволяет защитным системам быстро их определять.
3. Мутация раковых клеток

Раковые клетки начинают быстро мутировать, и новые копии этого генома борются против систем защиты организма. Возникают новые формы этих клеток, которые абсолютно не похожи ни на первоначальные клетки, ни на клетки любого другого больного. Исследования показывают, что в раковой опухли одного и того же больного находится не один вид рака, а множество видов. Фактически речь идет не о том, чтобы бороться с каким-то одним заболеванием, но бороться с разными, довольно непохожими формами болезни. В этом смысле не существует одной болезни — рак. Существует огромное количество разных форм рака, и даже в случае каждого пациента реализуется одновременно очень много различных форм рака. Именно по этой причине эффективного средства контроля раковой опухоли, кроме хирургии и очень агрессивных форм химио- или радиотерапии, не придумано.
4. Недостаток противораковых терапий

Еще одно осложняющее обстоятельство состоит в том, что именно иммунитет является основной защитой человека от раковой опухоли. Клетки иммунной системы и клетки опухоли быстро делятся, и большинство терапий, направленных на уничтожение быстроделящихся клеток, одновременно приводят к уничтожению или подавлению функций иммунитета. Таким образом, многие терапии приводят к тому, что организм получает сильное токсикологическое повреждение и одновременно подавляется иммунитет. Мы ведем речь о том, что за большие деньги в очень дорогих больницах время жизни больного увеличивается меньше чем на год.
5. Возможности таргетных препаратов

В связи с этим возникает вопрос: где взять повод для надежды, что рак когда-либо будет излечен? Быстрого прогресса ожидать нельзя, однако последние исследования дают определенную надежду. Нужно искать способы различать раковые клетки и клетки здоровых людей и придумывать таргетные, специфические терапии, которые позволяют иммунной системе либо распознавать, либо специфически уничтожать те клетки, которые сильно не похожи на клетки здоровых тканей.
На этом пути за последние годы наметился значительный прогресс. В частности, по некоторым видам рака удалось разработать таргетные препараты, которые позволяют действовать против очень специфических генов, активированных только в раковых клетках. Таким образом, за последние годы удалось добиться значительных успехов в детской онкологии, где процент выживших больных был значительно увеличен. Также удалось получить большой отклик («отклик пациентов») в некоторых формах рака, например рака груди. Были разработаны специфические маркеры, позволившие выявить ту популяцию больных, для которых определенные специфические средства были бы полезны, и получить очень большой процент излечения в конкретных категориях, пусть даже и для небольших групп больных.

5 фактов о различных целенаправленных лекарствах, типах рака груди и будущем таргетной медицины
Такой подход имеет определенные преимущества, но имеет и недостатки. Для того чтобы применить таблетку или терапию, придется сперва людей генотипировать, а потом определить, что, например, только 2% из 100% людей смогут получить отклик на эту терапию. Это крайне затрудняет клинические исследования в онкологии. Если только процент или несколько процентов от всей популяции больных отвечают на этот препарат, то для фармацевтических компаний в значительной степени исчезает причина, ради которой они разрабатывают эти препараты. Ведь если количество больных будет измеряться десятками или сотнями тысяч, такой препарат получит статус «сиротского лекарства» (orphan drug), работающего только для очень узкой группы больных, которая вряд ли сможет создать платежеспособный спрос, для того чтобы окупить исследования.
В настоящий момент биотехнологии, скорее всего, будут двигаться в направлении поиска универсальных механизмов, которые позволят эффективно подавлять раковые опухоли, используя те или иные уникальные механизмы. Как эмбрион обманывает иммунную систему матери, для того чтобы остаться в живых, так и раковые клетки используют этот механизм для контроля иммунитета. Разрушение этого механизма не принесет никакого ущерба здоровым клеткам, но, скорее всего, поможет иммунитету или каким-то средствам иммунной терапии справиться с раком. В 2013 году во второй фазе первый раз показал успех препарат компании GSK, которым удалось получить иммуностимулирующие препараты, повысившие прогноз выживаемости больных в сочетании с разными формами терапии или самостоятельно.
6. Гликолиз как источник энергии

Как известно, раковые клетки используют совершенно другой способ дыхания. Когда иммунитет пытается убить ту или иную клетку организма, смерть клетки приходит через разрушение митохондрии — это специальная органелла, часть клетки, которая отвечает за выработку энергии. Те раковые клетки, которые смогли выключить митохондрию или избавиться от нее, очевидно, не могут быть убиты таким способом, поэтому уже через несколько недель или месяцев после начала раковой болезни у человека почти все раковые клетки дышат без митохондрии, используя совершенно другой механизм для получения энергии, который называется «гликолиз». Гликолиз малоэффективен, поэтому его не используют здоровые клетки. Препараты, которые выключали бы гликолиз, смогли бы оставить раковые клетки на голодном пайке и убить их либо самостоятельно, либо в сочетании с другими препаратами. Именно на этом пути в последнее время в доклинических испытаниях и на ранних фазах клинических испытаний были достигнуты успехи с препаратами, которые контролируют разные формы ракового метаболизма.
До сих пор нет данных, кроме как испытаний на животных, о том, что именно этот подход или подход, связанный с иммунной терапией, позволит нам когда-нибудь говорить о возможности излечения раковых больных. Однако тот факт, что от попыток последних десятков лет разработать целевой препарат для узкой группы людей против определенных маркеров исследователи опять начинают двигаться в направлении поиска универсальных противораковых препаратов с широким действием, позволяет надеяться, что рано или поздно эта болезнь будет контролироваться.
Петр Федичев
PhD, ассоциированный профессор университета Инсбрука (Австрия), научный директор "Quantum Pharmaceuticals"