Виролюция. Важнейшая книга об эволюции после «Эгоистичного гена» Ричарда Докинза
Шрифт:
В 2008 году Д. Стетсон от имени целой группы коллег из Йеля в США и Вильжю во Франции доложил об открытии нового механизма, посредством которого эндогенные ретровирусы могут способствовать развитию аутоиммунности [78] . Читатели уже знают о способности клеток крови реагировать на присутствие вируса. Но и в клетках тканей есть структуры, способные обнаруживать чужеродную ДНК. Эта внутриклеточная сигнальная система также способна включить мощный антивирусный отклик. Хотя механизм его функционирования пока не очень понят, известно, что он координируется особыми интерферонами. Они регулируют выполнение многосторонней реакции отклика на вирус: ограничивают его размножение в пораженных клетках, сигнализируют соседним клеткам о присутствии инфекции и дают сигнал к увеличению популяции лимфоцитов, предназначенных защитить клетки от агрессора. К сожалению, эта внутриклеточная система не всегда способна различить человеческую и вирусную ДНК либо РНК — чаще всего сбой происходит тогда, когда
78
Stetson D.B., Ko J.S., Heidmann T., et al. Trex 1 prevents cellintrinsic initiation of autoimmunity. Cell 2008; 134: 587–598.
Изучая иммунную систему тканевых клеток, Стетсон с коллегами идентифицировали принципиально важный энзим Trex 1, удалявший продукты распада ДНК из клеток. Известно, что мутации гена Trex 1 приводят к синдрому Айкарди, который влечет за собой задержки в умственном и физическом развитии. Другие мутации гена Trex 1 приводят к разновидности волчанки — волчанке Хатчинсона. Стетсон с соавторами в экспериментах на мышах выяснили: неадекватное функционирование Trex 1 ведет к накоплению продуктов распад ДНК внутри клетки, что провоцирует аутоиммунный отклик и летальное поражение сердца.
Следующая находка оказалась еще более интригующей. При анализе накопления продуктов распада ДНК в клетке выяснилось: большая их часть происходит из областей LINE-1, LTR и SINE. То есть из эндогенных ретровирусов. В полной мере значение этой находки до конца не осознано. Больше похоже на то, что разрушение и последующее удаление ретровирусных ДНК — часть нормального метаболизма клетки. В нормальных условиях энзим Trex 1 удаляет эти продукты распада из клетки. Но при дефиците Trex 1 продукты накапливаются и провоцируют опосредованный интерферонами отклик, ведущий к аутоиммунности.
Обобщая полученные результаты, Стетсон и его коллеги сделали вывод, что, учитывая активное участие эндогенных ретровирусов и их последовательностей в нормальном метаболизме, возможно, Trex 1 был создан эволюцией как защитный механизм против аутоиммунности и, вероятно, он связан с широким спектром аутоиммунных заболеваний. Таким образом, мы подходим к мысли, что при исследованиях адаптивного иммунитета и аутоиммунных заболеваний нельзя не учитывать возможное влияние человеческих эндогенных ретровирусов.
9. Рак
Развертывание событий в жизненном цикле организма обнаруживает удивительную регулярность и упорядоченность, не имеющих себе равных среди всего, наблюдаемого в неживой природе. Организм контролируется великолепно упорядоченной группой атомов…
Это цитата из знаменитой книги Эрвина Шрёдингера «Что такое жизнь?». Именно она вдохновила Крика и Уотсона и многих их современников на поиск структуры ДНК. Шрёдингер удивляется тому, что произошедшее от мутации перемещение всего нескольких атомов из группы упорядоченных управляющих атомов половых клеток может привести к крупномасштабным изменениям наследственности организма. Увы, мутации, в особенности действующие на онкогены либо гены, подавляющие развитие опухолей, могут привести к изменениям в тканях и органах и сделать человека предрасположенным к развитию рака этих тканей и органов. Но «перемещение всего нескольких атомов» из их прежде упорядоченного состояния хотя и очень важный, но далеко не единственный механизм генетических и геномных изменений и не единственный двигатель эволюции — равно как и не единственная причина рака.
Причина рака коренится в нас самих, ведь рак фундаментально отличается от бактериальных заболеваний, таких, как туберкулез, и от вирусных, таких, как СПИД. При раке наши собственные клетки вдруг начинают себя вести самым ужасающим образом. Вдруг группа клеток перестает взаимодействовать с остальными клетками тела и начинает агрессивно и «эгоистично» делиться, будто подчиняясь внутреннему приказу обессмертить себя. Пониманию происходящего может помочь то, что многие простейшие формы жизни, не знающие полового размножения, ведут себя подобным же образом. В некотором роде они бессмертны. Рак словно обращает вспять один из главнейших шагов эволюции живого — шаг, после которого простейшие организмы вроде амеб развились в более сложные живые образования: в животных, растения и грибы со сложным половым размножением, со специализированными органами, такими, как листья, или плодовые тела грибов, или головной мозг животных, и эти органы работают согласованно друг с другом, обеспечивая жизнь существа.
Принимая во внимание способность вирусов внедряться в геном животных и их способность вносить в этот геном изменения, неудивительно, что вирусы могу быть причиной рака. По крайней мере двадцать процентов раковых заболеваний человека вызываются вирусами, и еще многие виды рака, по мнению вирусолога и специалиста по раку Робина А. Вайса, могут оказаться связанными с вирусами [79] . Типичный пример — вирус человеческой папилломы, или HPV. В 2008 году немецкий патолог Харальд цур Хаузен был награжден Нобелевской
79
Weiss R. А. Retroviruses and cancer. Current Science 2001; 81 (5): 528–534.
80
http://en.wikipedia.org/wiki/Harald_zur_Hausen.
Вызывающие рак вирусы называются «онковирусами». Ретровирусы также способны вызывать рак, хотя происходящие при этом процессы весьма отличаются от тех, посредством каких, например, причиняет рак вирус HPV. Надо сказать, экспериментальное изучение ретровирусов человека и животных весьма способствовало пониманию рака как явления в целом, а в частности — пониманию роли вирусов в возникновении рака.
Типичная картина жизни вируса такова: он проникает в геном клетки-носителя, добивается контроля над ним и заставляет производить вирусы. Как и прочие вирусы, ретровирусы вторгаются в хромосомы некоторых клеток, внедряя в геном провирусы, служащие для производства дочерних ретровирусов. Иногда при проникновении в геном вирус внедряется слишком близко от ключевых участков генома, контролирующих процесс нормального деления и размножения клеток. Эти влиятельные гены обычно под строжайшим генетическим и эпигенетическим контролем, но вирус перехватывает контроль, и гены эти становятся «протоонкогенами». Они могут быть «включены» контролирующей вирусной LTR и заставить клетку делиться и размножаться неконтролируемым бесконечным образом. Это самый частый случай причинения ретровирусом рака у животных. Другой подобный механизм срабатывает, когда провирус подхватывает группу генов клетки, контролирующих процесс ее деления, и вставляет в геном самого вируса. Провирус при этом повреждается, поскольку целостность его генома нарушена, но тем не менее он остается способным включать онкогены и вызывать неконтролируемое деление клетки. Есть и третий механизм причинения ретровирусом рака. У клетки есть гены, называемые «генами-супрессорами», в нормальной ситуации не допускающие чрезмерного деления клетки, но, если провирус внедрился близко к гену-супрессору, вирусная LTR может взять контроль над ним и отключить его в то время, когда ему следовало бы включиться.
Теперь известно: вирусы — весьма частая причина рака во всем царстве животных. Они вызывают рак и у моллюсков церастодерм, и у бирманских питонов (вероятно), и у лососей, домашних кур, мышей, коал, кошек, крупного рогатого скота, лошадей, овец, мартышек, человекообразных обезьян и, конечно, у человека. Вирусы действуют жестоким и беспощадным образом, вызывая эпидемии и эндемии, со всеми ужасающими последствиями, какие влечет за собой уже обсуждавшийся в этой книге агрессивный симбиоз.
Чрезвычайно интересный вирус с уникальными и необычными свойствами был изучен профессором Массимо Пальмарини из Института сравнительной медицины при университете в Глазго. Я давно знал о выдающихся исследованиях Пальмарини в области ретровирусологии, а узнав, насколько удивителен исследуемый им вирус и коэволюция этого вируса со своими носителями овцами [81] , я нанес визит в лабораторию профессора.
81
Dunlap К. А., Palmarini M., Varela М., et al. Endogenous retroviruses regulate periimplantation placental growth and differentiation. Proceedings of the National Academy of Sciences 2006; 103 (39): 14 390-5.
Вирус этот, известный под названием «джакзикте», или JSRV, вызывает бронхиально-альвеолярную аденокарциному у овец. На африкаанас «джакзикте» (Jaagsietke) означает «болезнь погони», поскольку при аденокарциноме овцы дышат так, будто их только что загнала собака. Существуют две почти идентичные разновидности вируса (их так и подмывает назвать «эго» и «альтер эго» разновидностями). «Эго»-разновидность — это эндогенный, одомашненный вирус, обозначаемый как enJSRV, а «альтер эго»-разновидность — это собственно JSRV, свирепый заразный экзогенный вирус, вызывающий рак легких у овец и распространенный во всех странах с развитым овцеводством. В особенности большие проблемы с ним в Великобритании [82] .
82
Cousens C., Bishop J.V., Philbey A.W., et al. Analysis of Integration sites of Jaagsietke sheep retrovirus in ovine pulmonary adenocarcinoma. Journal of Virology 2004; 78 (16): 8506–12.