Ученые Института цитологии РАН предложили считать основным признаком рака атавистический возврат клеток к одноклеточному состоянию. Явление характеризуется усилением активности генов ОК происхождения, возвращающих клетки к более примитивному поведению, схожему с ОК паразитами. Признак может определять все остальные признаки рака и являться его причиной. Механизм возникновения понятен – ОК аттрактор активности внутриклеточной сети белковых взаимодействий, создаваемый более высокой плотностью этих взаимодействий в ОК центре сети (вследствие эволюционного роста сети от центра к периферии). Результаты исследования опубликованы в научном журнале. International Journal of CancerИсследования помогут значительно уточнить представление о причинах и механизмах появления рака.
Многоклеточные организмы, к которым относится человек, имеют стволовые клетки – предшественники всех остальных клеток организма. Стволовые клетки могут превращаться в клетки всех типов тканей. Это способствует поддержанию баланса клеток в организме, обеспечивая постоянное обновление и замену старых или регенерацию поврежденных тканей.
Регенерация тканей может привести к дедифференцировке – процессу потери дифференцированными клетками своих признаков и возвращению в более стволовое состояние. Дедифференцировка клеток считается основной причиной возникновения и развития онкологии у многоклеточных организмов.
Наши исследования впервые продемонстрировали связь развития рака не только с дедифференцировкой клеток, но и с механизмом, унаследованным многоклеточными от отдаленного эволюционного прошлого. Это атавистический возврат клеток к одноклеточному состоянию. Под этим термином понимается повышение активности генов с ОК происхождением, запускающих древние программы, определяющие эгоистичное поведение клетки. Она начинает бороться за выживание любой ценой (даже за счет жизни всего организма). Такое поведение может быть похоже на поведение одноклеточных паразитов. – отмечает Александр Виноградов, руководитель группы биоинформатического анализа Института информационных технологий РАН. .
В XX веке появилась гипотеза о связи возникновения опухолей с эволюционными атавизмами. Подтвердить ее экспериментально было крайне сложно из-за биогенетического закона (закона рекапитуляции), по которому при дедифференцировке и атавистическом возвращении повышается активность генов ОК.
Чтобы решить эту проблему, учёные Института науки РАН сравнили генетические сигнатуры двух процессов.
Ученые изучали способность двух групп сигнатур предсказывать состояние клеток: филогенетической (содержащей ОК гены) и онтогенетической (связанной с дедифференцировкой). Для этого использовали данные 18 исследований стволовых и дифференцированных клеток. Статистический анализ показал, что только одна из онтогенетических сигнатур лучше предсказывала недифференцированное состояние клеток по сравнению с филогенетической. Затем исследователи проанализировали 20 баз данных раковых и нормальных клеток с помощью филогенетической и лучшей онтогенетической сигнатуры. Филогенетическая сигнатура всегда лучше предсказывала рак, чем онтогенетическая.
Эти особенности сигнатур позволяют сделать вывод, что появление рака – не просто результат потери клетками специализированных функций (дедифференцировки), а возвращение к более примитивному состоянию, похожему на исходный (атавистический возврат). Гены, связанные с клеточным стрессом, в основном имеют происхождение, близкое к исходному. Это указывает на то, что клеточный стресс напрямую активирует гены, подобные исходным (помимо вызываемых им повреждений, которые нарушают многоклеточный контроль работы клетки и поэтому также способствуют онкогенезу). С практической точки зрения измерение относительной величины экспрессии филогенетической и онтогенетической сигнатур в перспективе может быть использовано для ранней диагностики рака и для терапевтического контроля в регенеративной медицине. – поясняет Доктор наук Ольга Анацкая, ведущий научный сотрудник группы биоинформатического анализа Института информационных технологий Российской академии наук. .
Финансирование исследования осуществлял Министерство науки и высшего образования Российской Федерации.
Пресс-служба Института цитологии РАН предоставила информацию.
Источник фото: ru.123rf.com