Новый взгляд на рак – отслеживание его глубоких эволюционных корней до зарождения многоклеточности, произошедшего более миллиарда лет назад – предложен Полом Дэвисом (Paul Davies) из Университета штата Аризона (Arizona State University) и Чарльзом Лайнвивером (Charles Lineweaver) из Австралийского национального университета (Australian National University). Если их теория верна, она обещает полностью изменить подход к терапии рака и связать происхождение рака с происхождением жизни и процессом развития эмбрионов.

Пол Дэвис (Paul Davies). (Фото: Tom Story)

Дэвис и Лайнвивер – физики-теоретики и космологи с опытом работы в астробиологии – поиске жизни за пределами Земли. Они обратились к онкологическим исследованиям недавно, отчасти вследствие создания в Университете штата Аризона Центра слияния физической науки и биологии рака (Center for the Convergence of Physical Science and Cancer Biology). Этот центр является одним из двенадцати созданных Национальным институтом рака (National Cancer Institute) научных учреждений, в которых физики могут представить свои идеи для решения проблемы рака.

Новая теория бросает вызов ортодоксальному представлению о том, что рак развивается в каждом организме de novo как результат серии случайных мутаций. Дэвис и Лайнвивер утверждают, что рак фактически является организованным и систематизированным ответом на тот или иной стресс или физический фактор. Он может быть вызван случайным событием, но затем развивается более или менее предсказуемо.

Их взгляды на рак изложены в статье «Exposing cancer’s deep evolutionary roots», написанной Дэвисом. Она будет опубликована в специальной июльском номере журнала Physics World, посвященном физике рака.

«Мы рассматриваем рак как реализацию древней программы, изначально загруженной в геном всех клеток», – говорит Дэвис, профессор Колледжа свободных искусств и наук (College of Liberal Arts and Sciences) Университета штата Аризона. «Это очень похоже на Windows, по умолчанию переходящую в «безопасный режим» после какого-либо повреждения».

По существу, он описывает рак как возврат к фенотипу предков.

Новая теория предполагает, что по мере прохождения раком через все более и более злокачественные стадии, он экспрессирует гены, которые у многоклеточных организмов эволюционно сохранены на более глубоком уровне и поэтому в некотором смысле являются более древними. В настоящее время Дэвис и Лайнвивер проверяют свое предположение путем сравнения данных об экспрессии генов в биопсийных раковых образцах с филогенетическими деревьями, берущими начало 1,6 миллиарда лет назад.

Но если это так, то почему же эволюция не устранила древнюю подпрограмму рака?

«Потому что она выполняет жизненно важные функции на ранних стадиях развития эмбриона», – объясняет Дэвис. «Гены, активные в эмбрионе, а позднее обычно находящиеся в спящем состоянии, при раке снова оказываются включенными. Эти же гены являются «древними», находящимися в глубине дерева многоклеточной жизни».

Связь рака с эмбриональным развитием давно известна биологам, говорит Дэвис, но этому факту редко придается должное значение. Если новая теория верна, ученые должны найти свидетельства того, что более злокачественные стадии рака реэкспрессируют гены самых ранних стадий эмбриогенеза. Дэвис добавляет, что в нескольких экспериментальных исследованиях этому уже получены некоторые доказательства, включая недавние исследования, проведенные в Гарвардском университете (Harvard University) и Колледже медицины Альберта Эйнштейна (Albert Einstein College of Medicine) в Нью-Йорке.

«Прогрессию рака, проходящего различные стадии в пределах одного организма, вполне можно сравнить с эволюционной и эмбриогенетической стрелами, с высокой скоростью летящими назад в прошлое», – говорит Дэвис.

Это может быть ключом к будущей терапии. Например, когда жизнь сделала судьбоносный шаг от отдельных клеток к многоклеточным сообществам, на Земле был низкий уровень кислорода. Без сомнения, рак возвращается к древней форме обмена веществ, называемой брожением, в рамках которой энергия генерируется с небольшими затратами кислорода, хотя и с большими затратами сахара.

Дэвис и Лайнвивер полагают, что, если раковые клетки насыщены кислородом, но лишены сахара, они будут подвержены большему стрессу, чем здоровые клетки, что может замедлить их развитие или даже убить их.

«Очевидно, что необходимы радикально новые представления», – считает Дэвис. «Как и старение, рак, по-видимому, глубоко укоренившаяся часть жизненного процесса. Кроме того, как и старение, рак в широком смысле не может быть излечен, но его последствия, безусловно, могут быть смягчены, например, путем задержки начала и растягивания периодов латентности. Но эффективно мы научимся делать это только тогда, когда лучше поймем рак, в том числе его место на огромном пространстве эволюционной истории».