Несколько десятков антиопухолевых генов помогают слонам избежать онкологических заболеваний.
Онкологические заболевания затрагивают не только людей, но и животных, и проявляются по-разному: некоторые виды страдают чаще, другие реже. Интересно, что к числу наиболее устойчивых к раку относятся крупнейшие млекопитающие, такие как слоны и киты. Почему это вызывает удивление? Дело в том, что рак возникает из клеток, в которых нарушается механизм контроля деления. Логично, что чем больше клеток в организме, тем выше вероятность возникновения ошибок при делении, например, в процессе синтеза ДНК. Однако слоны, несмотря на свои размеры и продолжительность жизни, заболевают раком даже реже, чем более мелкие виды. Этот феномен получил название «парадокс Пето» в честь британского эпидемиолога Ричарда Пето, который обратил на него внимание еще в 1970-х годах.
Очевидно, что у долгоживущих крупных животных существуют дополнительные механизмы, которые подавляют развитие злокачественных опухолей. К числу генов, влияющих на рак, относятся протоонкогены и антионкогены. Если протоонкогены начинают функционировать неправильно, клетки могут перерождаться в раковые, так же как и сбой в работе антионкогенов, которые контролируют поведение клеток.
Два года назад исследователи из Института развития в Монпелье предложили модель, учитывающую поведение протоонкогенов и антионкогенов в зависимости от размера животного. Модель имитировала различные распределения мутаций на протяжении тысяч поколений. Результаты показали, что протоонкогены и антионкогены по-разному реагируют на увеличение массы тела в процессе эволюции. Чем больше масса тела, тем сложнее активировать гены, способные вызвать опухоль.
Одна из мутаций, которая затрудняет активацию протоонкогенов, может быть связана с увеличением числа опухолевых супрессоров в геноме. Об этом сообщают Джошуа Шиффман (Joshua D. Schiffman) из Университета Юты и его коллеги из Университета штата Аризона и Пенсильванского университета в своей статье в Journal of the American Medical Association. Исследовав статистику смертности слонов, авторы подтвердили, что эти животные действительно более устойчивы к раку, чем многие другие виды: лишь 5% толстокожих умирают от опухолей, в то время как у гиеновидных собак этот показатель составляет 8%, а у людей – 25%.
Геномное исследование показало, что у африканских слонов имеется 40 копий гена p53, а у азиатских – от 30 до 40. Этот ген является одним из самых известных антионкогенов. Белок р53 распознает повреждения в ДНК и, если их становится слишком много, активирует гены, отвечающие за апоптоз – запрограммированное клеточное самоубийство. Наличие большого количества генетических повреждений делает клетку опасной для организма, поэтому проще избавиться от нее. Очевидно, именно большое количество копий p53, возникших в геноме слонов миллионы лет назад, помогает им избегать рака (в человеческом геноме всего две копии p53).
Существуют и другие подходы – можно пытаться восстановить поврежденную ДНК. Однако, когда клетки слонов подвергались ионизирующему излучению, активации генов и белков, отвечающих за ремонт ДНК, не наблюдалось, зато клетки начинали активно умирать. Таким образом, слоны предпочитают избегать злокачественных опухолей, просто уничтожая поврежденные клетки. Можно лишь сожалеть о том, что эволюция не наделила наш геном дополнительными копиями p53; возможно, в будущем биотехнологии позволят реализовать такую операцию, и появятся люди с повышенной защитой от рака.
Нельзя не упомянуть и о другом животном, чья устойчивость к онкологическим заболеваниям давно интересует биологов. Речь идет о голом землекопе – этом непривлекательном на вид африканском грызуне, который живет необычайно долго, до 28–31 года, что в 10 раз превышает продолжительность жизни обычных лабораторных крыс, и при этом не страдает от злокачественных опухолей. Два года назад группа из Рочестерского университета под руководством Андрея Селуанова и Веры Горбуновой опубликовала в журнале Nature статью, в которой утверждается, что устойчивость землекопов к раку связана с высоким содержанием гиалуроновой кислоты, заполняющей межклеточный матрикс – она препятствует слипанию клеток и образованию опухолей. В то же время слепыши, эволюционные родственники землекопов, также известные своей устойчивостью к онкологическим заболеваниям, следуют «слоновьему» пути: клетки их организма подчинены строгой программе апоптоза, которая заставляет их умирать, если количество клеток становится слишком большим.