Понятие о мутагенезе. Происхождение человека Теория мутагенеза

Конец IV в. н.э. отмечен мощными, непрерывными вторжениями варварских племен в пределы Римской империи. Это были племенные союзы германцев, сарматов, славян, обитавшие на периферии дряхлеющей империи.

К моменту Великого переселения народов сложившееся относительное единство, целостность территории славян были нарушены в результате продвижения во II-IV вв. н.э. в Северное Причерноморье части германских племен, прежде всего готов. В результате этого наметилось обособление восточных славян от западных. Более поздние источники сообщают о славянских племенах венедов, обитавших в районе реки Лабы (Эльбы) вместе с племенами лугиев и составивших впоследствии ядро поляков, полабских, поморских славян (западная ветвь). Часть племен славян, живших по Дунаю и на склонах Карпат, вошла в состав западной группы славян (словаки, чехи), а другая - южной группы, освоившей земли на Балканах. Приблизительно в этот же период, по всей видимости, происходит процесс формирования восточной ветви славян, известных античным авторам под именем анты.

В конце II в. началось вторжение германских племен готов в Северное Причерноморье, пределы Римской империи . Там и возник крупнейший племенной союз вестготов, обитавших к северу от Нижнего Дуная, и остготов, живших за Днестром.

В отличие от большинства исследователей русский ученый Л.Н. Гумилёв полагал, что начало Великого переселения народов следует отнести ко II в. н.э., что связано с натиском германских племен остготов, визиготов и гепидов, как бы разрезавших Европу с севера от Швеции до побережья Черного моря. Мы же склонны рассматривать готский натиск главным образом в связи с процессом обособления славянской культурно-территориальной общности во II-IV вв., оставляя проблему начала Великого переселения открытой.

Однако немалый интерес для понимания одного из важнейших механизмов этногенеза представляет выяснение самой причины или комплекса причин феномена Великого переселения народов. В целом в научной литературе утвердилась, назовем ее условно, «дарвиновская» концепция этногенеза, которая объясняет и причину пространственного движения племен. В соответствии с ней возникновение рас и этносов связано с их борьбой за существование, в которой, как и в животном мире, побеждает сильнейший, захватывающий новые территории и уничтожающий или ассимилирующий их обитателей. В противовес господствующему взгляду Гумилёв предложил теорию этногенеза, основанную на концепции мутагенеза.

В соответствии с ней каждый новый вид возникает как следствие мутации - внезапного изменения генофонда живых существ, наступающего под воздействием внешних условий в определенном месте и в определенное время.

Связав начало этногенеза с механизмом мутации, в результате которой возникает этнический «толчок», ведущий затем к образованию новых этносов, Гумилёв вводит понятие «пассио- нарность».

Пассионарность - это признак, возникающий вследствие мутации (пассионарного толчка) и образующий внутри популяции некоторое количество людей, обладающих повышенной тягой к действию, или «пассионариев».

Пассионарии стремятся изменить окружающее и способны на это. Это они организуют далекие походы, из которых возвращаются немногие. Это они борются за покорение народов, окружающих их собственный этнос, или, наоборот, сражаются против захватчиков. Для такой деятельности требуется повышенная способность к напряжениям, а любые усилия живого организма связаны с затратами некоего вида энергии. Такой вид энергии был открыт и описан нашим великим соотечественником В.И. Вернадским и назван им биохимической энергией живого вещества биосферы.

См.: Гумилев Л.Н. От Руси к России. М., 1922.

Гумилёв доказывает, что пассионарность в этносе не остается неизменной и проходит ряд фаз развития, уподобленных им различным возрастам человека. Сама же продолжительность жизни этноса, как правило, одинакова и составляет от момента толчка до полного разрушения около 1500 лет, за исключением тех случаев, когда агрессия иноплеменников нарушает нормальный ход этногенеза.

Новый цикл развития может быть вызван лишь очередным пассионарным толчком, при котором возникает новая пассионарная популяция. Но она отнюдь не реконструирует старый этнос, а создает новый, давая начало очередному витку этногенеза - процесса, благодаря которому Человечество не исчезает с лица Земли .

С данных позиций Гумилёв рассматривает процесс этногенеза славян и в их числе русского народа.

При всей спорности концепции Гумилёва нельзя отрицать то, что она позволяет подойти с единых позиций к процессу этногенеза различных этносов, обнаружить закономерности, определить фазы процесса, по-своему ответить на вопрос об исторической судьбе народов.

Практически одновременно с натиском готов во II в. н.э. формируется мощнейший союз гуннов (или хуннов). Большинство исследователей полагают, что движение гуннов, кочевого народа, сложившегося во II-IV вв. в Приуралье из тюркоязычных хунну, пришедших из Центральной Азии, и местных угров и сарматов, дало импульс Великому переселению народов. В IV в. союз гуннов, образовавшийся на восточных границах готских владений, вступил в ожесточенную схватку с готами, подчинив ряд германских племен, входивших в его состав. В первой половине V в. союз гуннов достиг своего расцвета. Вершиной его могущества считается период правления Аттилы, после смерти которого в 453 г. союз племен распался.

• Готы (германские племена побережья Балтики) стали осваивать Причерноморье еще с конца II в. н. э.
• Гумилёв Л.Н. От Руси к России: Очерки этнической истории. М.: Экопрос,1992. С. 15-18.

Страница 1

Мутагенез –

процесс возникновения наследственных изменений - мутаций, появляющихся естественно (спонтанно) или вызываемых (индуцируемых) различными физическими или химическими факторами - мутагенами.

Мутации

– это качественные изменения генетического материала, приводящие к изменению тех или иных признаков организма. увеличение губ гиалуроновой кислотой москва

Организм, во всех клетках которого обнаруживается мутация, называется мутантом. Это происходит в том случае, если данный организм развивается из мутантной клетки (гаметы, зиготы, споры). В ряде случаев мутация обнаруживается не во всех соматических клетках организма; такой организм называют генетической мозаикой. Это происходит, если мутации появляются в ходе онтогенеза – индивидуального развития. И, наконец, мутации могут происходить только в генеративных клетках (в гаметах, спорах и в клетках зародышевого пути – клетках-предшественницах спор и гамет). В последнем случае организм не является мутантом, но часть его потомков будет мутантами.

В основе мутагенеза лежат изменения в молекулах нуклеиновых кислот, хранящих и передающих наследственную информацию. Эти изменения выражаются в виде генных мутаций или хромосомных перестроек. Кроме того, возможны нарушения митотического аппарата клеточного деления, что ведет к геномным мутациям типа полиплоидии или анеуплоидии. Повреждения нуклеиновых кислот (ДНК, РНК) заключаются либо в нарушениях углеводно-фосфатного остова молекулы (ее разрыв, вставка или выпадение нуклеотидов), либо в химических изменениях азотистых оснований, непосредственно представляющих генные мутации или приводящих к их появлению в ходе последующей репликации поврежденной молекулы. При этом пуриновое основание заменяется другим пуриновым или пиримидиновое основание - другим пиримидиновым (транзиции), либо пуриновое основание заменяется пиримидиновым или пиримидиновое - пуриновым (трансверсии). В результате в определяющих синтез белка тройках нуклеотидов (кодонах) возникают два типа нарушений: так называемые нонсен-скодоны («бессмысленные»), вообще не определяющие включение аминокислот в синтезируемый белок, и так называемые миссенс-кодоны («искажающие смысл»), определяющие включение в белок неверной аминокислоты, что изменяет его свойства. Вставки или выпадения нуклеотидов ведут к неправильному считыванию генетической информации (сдвигу рамки считывания), в результате чего обычно возникают «бессмысленные» кодоны и лишь в редких случаях «искажающие смысл».

Мутации возникают не мгновенно. Вначале под воздействием мутагенов возникает предмутационное состояние клетки. Различные репарационные системы стремятся устранить это состояние, и тогда мутация не реализуется. Основу репарационных систем составляют различные ферменты, закодированные в генотипе клетки (организма). Таким образом, мутагенез находится под генетическим контролем клетки; это – не физико-химический, а биологический процесс.

Например, ферментные системы репарации вырезают поврежденный участок ДНК, если повреждена только одна нить (эту операцию выполняют ферменты эндонуклеазы), затем вновь достраивается участок ДНК, комплементарный по отношению к сохранившейся нити (эту операцию выполняют ДНК-полимеразы), затем восстановленный участок сшивается с концами нити, оставшимися после вырезания поврежденного участка (эту операцию выполняют лигазы).

Существуют и более тонкие механизмы репарации. Например, при утрате азотистого основания в нуклеотиде происходит его прямое встраивание (это касается аденина и гуанина); метильная группа может просто отщепляться; однонитевые разрывы сшиваются. В некоторых случаях действуют более сложные, малоизученные системы репарации, например, при повреждении обеих нитей ДНК.

Однако при большом числе повреждений ДНК они могут стать необратимыми. Это связано с тем, что: во-первых, репарационные системы могут просто не успевать исправлять повреждения, а во-вторых, могут повреждаться сами ферменты систем репарации, необратимые повреждения ДНК приводят к появлению мутаций – стойких изменений наследственной информации.

Механизм мутагенеза для разных мутагенов неодинаков. Ионизирующие излучения действуют на нуклеиновые кислоты непосредственно, ионизируя и активируя их атомы. Это приводит к разрывам углеводно-фосфатного остова молекулы и водородных связей между комплементарными нитями ДНК, образованию «сшивок» между этими нитями, разрушению азотистых оснований, особенно пиримидиновых. Прямое действие ионизирующей радиации на хромосомы и содержащуюся в них ДНК обусловливает почти линейную зависимость между дозой облучения и частотой вызываемых облучением генных мутаций и нехваток (малых делений); однако для тех типов хромосомных перестроек, которые возникают в результате двух разрывов хромосомы (более крупные делеции, инверсии, транслокации и др.), зависимость между дозой облучения и их частотой имеет более сложный характер. Мутагенное действие ионизирующих излучений может быть и косвенным, так как прохождение их через цитоплазму или питательную среду, в которой культивируются микроорганизмы, вызывает радиолиз воды и возникновение свободных радикалов и перекисей, обладающих мутагенным действием. Ультрафиолетовое излучение возбуждает электронные оболочки атомов, что вызывает различные химические реакции в нуклеиновых кислотах, приводящие к мутациям. Из этих реакций наибольшее значение имеют гидратация цитозина и образование димеров тимина, но известную роль в мутагенезе играют также разрыв водородных связей между нитями ДНК и образование «сшивок» между этими нитями. Ультрафиолетовые лучи плохо проникают во внутренние ткани организма, и их мутагенное действие проявляется только там, где они могут достигнуть генетического аппарата (например, при облучении вирусов, бактерий, спор растений и т.п.). Наиболее мутагенны ультрафиолетовые лучи с длиной волны от 2500 до 2800 А, поглощаемые нуклеиновыми кислотами. Лучи видимого спектра подавляют мутагенный эффект ультрафиолетовых лучей. Алкилирующие соединения, к числу которых принадлежат наиболее сильные из известных мутагенов (так называемые супермутагены), например нитрозоэтилмочевина, этилметансульфонат и др., алкилируют фосфатные группы нуклеиновых кислот (что приводит к разрывам углеводно-фосфатного остова молекулы), а также азотистые основания (главным образом гуанин), в результате чего нарушается точность репликации нуклеиновых кислот и возникают транзиции и изредка - трансверсии. Аналоги азотистых оснований включаются в нуклеиновые кислоты, что при последующей репликации ведет к появлению транзиций и трансверсий. Эти же типы изменений вызываются азотистой кислотой, дезаминирующей азотистые основания. Акридиновые красители образуют комплекс с ДНК, мешающий ее репликации: в результате выпадают или добавочно вставляются одна или несколько пар нуклеотидов, что приводит к сдвигу рамки считывания. Аналогичные типы реакций с нуклеиновыми кислотами характеризуют и другие химические мутагены, но для многих из них механизм мутагенеза изучен недостаточно.

Интересное на сайте:

Загар
Солнце - друг жизни. Энергия, которую несут солнечные лучи, нужна не только зеленым растениям. В ней нуждаются и птицы, и звери, и люди. Распространяется лучистая энергия в виде особых волн, которые, подобно звуковым, имеют различную длин...

Ноосфера. Учение В.И. Вернадского о ноосфере
Огромное влияние человека на природу и масштабные последствия его деятельности послужили основой для создания учения о ноосфере. Термин "ноосфера" (гр. пооs - разум) переводится буквально как сфера разума. Впервые его ввел в на...

Современные концепции развития геосферных оболочек
Внутреннее строение и история геологического развития земли. Происхождение планет изучает космогония. Гипотезы происхождения: - небулярные (из тумана) - материя планет выброшена из недр Солнца ударом комет (Леклерк, Бюффон); из космиче...

33. Спонтанный и индуцированный мутагенез.

Мутации, возникающие в естественных условиях, называют спонтанными, а искусственно вызванные - индуцированными. Однако доказано, что существуют общие причины спонтанного и индуцированного мутационного процессов. К настоящему времени разработано много приемов индуцирования мутаций. В их основе лежит воздействие на организмы различными физическими факторами (мутагенами). Из них в практике используют главным образом ионизирующие излучения различного типа и некоторые химические вещества. Действуя этими факторами на клетки организма, можно резко повысить их мутационную изменчивость. Эффективными способами получения исходного материала являются методы индуцированного мутагенеза – искусственного получения мутаций. Индуцированный мутагенез позволяет получить новые аллели, которые в природе обнаружить не удается. Например, этим путем получены высокопродуктивные штаммы микроорганизмов (продуцентов антибиотиков), карликовые сорта растений с повышенной скороспелостью и т.д. Экспериментально полученные мутации у растений и микроорганизмов используют как материал для искусственного отбора. Этим путем получены высокопродуктивные штаммы микроорганизмов (продуцентов антибиотиков), карликовые сорта растений с повышенной скороспелостью и т.д.

Для получения индуцированных мутаций у растений используют физические мутагены (γ-излучение, рентгеновское и ультрафиолетовое излучение) и специально созданные химические супермутагены (например, N-метил-N-нитрозомочевина). Дозу мутагенов подбирают таким образом, чтобы погибало не более 30…50% обработанных объектов. Интерес к мутагенезу обусловлен тем, что мутации часто представляют большую селекционную ценность, так как у них могут возникнуть новые, ранее неизвестные полезные признаки. Полученные мутантные формы или непосредственно дают начало новому сорту (например, карликовые томаты с желтыми или оранжевыми плодами) или используются в дальнейшей селекционной работе.

Однако применение индуцированных мутаций в селекции все же ограничено, поскольку мутации приводят к разрушению исторически сложившихся генетических комплексов. У животных мутации практически всегда приводят к снижению жизнеспособности и/или бесплодию. К немногим исключениям относится тутовый шелкопряд. В результате индуцированного мутагенеза часто получают частично мутантные растения (химерные организмы). В этом случае говорят о соматических (почковых) мутациях . Многие сорта плодовых растений, винограда, картофеля являются соматическими мутантами. Эти сорта сохраняют свои свойства, если их воспроизводят вегетативным путем, например, прививая обработанные мутагенами почки (черенки) в крону немутантных растений; таким путем размножают, например, бессемянные апельсины.

34. Генные мутации. Методы учета мутаций.

Мута́ция (лат. mutatio - изменение) - стойкое (то есть такое, которое может быть унаследовано потомками данной клетки или организма) изменение генотипа, происходящее под влиянием внешней или внутренней среды. Процесс возникновения мутаций получил название мутагенеза.

В результате генных мутаций происходят замены, делеции и вставки одного или нескольких нуклеотидов, транслокации, дупликации и инверсии различных частей гена. В том случае, когда под действием мутации изменяется лишь один нуклеотид, говорят о точковых мутациях. Внезапные спонтанные изменения фенотипа, которые нельзя связать с обычными генетическими явлениями или микроскопическими данными о наличии хромосомных аберраций, можно объяснить только изменениями в структуре отдельных генов. Генная, или точечная (поскольку она относится к определенному генному локусу), мутация - результат изменения нуклеотидной последовательности молекулы ДНК в определенном участке хромосомы. Такое изменение последовательности оснований в данном гене воспроизводится при транскрипции в структуре мРНК и приводит к изменению последовательности аминокислот в полипептидной цепи, образующейся в результате трансляции на рибосомах. Существуют различные типы генных мутаций, связанных с добавлением, выпадением или перестановкой оснований в гене. Это дупликации, вставки, делении, инверсии или замены оснований. Во всех случаях они приводят к изменению нуклеотидной последовательности, а часто - и к образованию измененного полипептида. Например, делеция вызывает сдвиг рамки.

Генные мутации, возникающие в гаметах или в будущих половых клетках, передаются всем клеткам потомков и могут влиять на дальнейшую судьбу популяции. Соматические генные мутации, происходящие в организме, наследуются только теми клетками, которые образуются из мутантной клетки путем митоза. Они могут оказать воздействие на тот организм, в котором они возникли, но со смертью особи исчезают из генофонда популяции. Соматические мутации, вероятно, возникают очень часто и остаются незамеченными, но в некоторых случаях при этом образуются клетки с повышенной скоростью роста и деления. Эти клетки могут дать начало опухолям - либо доброкачественным, которые не оказывают особого влияния на весь организм, либо злокачественным, что приводит к раковым заболеваниям.

Эффекты генных мутаций чрезвычайно разнообразны. Большая часть мелких генных мутаций фенотипически не проявляется, поскольку они рецессивны, однако известен ряд случаев, когда изменение всего лишь одного основания в определенном гене оказывает глубокое влияние на фенотип. Серповидноклеточная анемия вызвана заменой основания в гене, ответственных за синтез гемоглобина. Молекула дыхательного пигмента гемоглобина у взрослого человека состоит из четырех полипептидных цепей (двух α- и двух ß- цепей), к которым присоединены четыре простетические группы гема. От структуры полипептидных цепей зависит способность молекулы гемоглобина переносить кислород. Изменение последовательности оснований в триплете, кодирующем одну определенную аминокислоту из 146, входящих в состав ß-цепей, приводит к синтезу аномального гемоглобина серповидных клеток (HbS).→S глутамидовая кислота замещена валином. →гемоглобин S кристаллизуется при низких концентрациях кислорода→ в венозной крови эритроциты с таким гемоглобином деформируются (из округлых становятся серповидными) и быстро разрушаются. В Аа состоянии эритроциты выглядят нормальными, аномального гемоглобина 40%.

Учет мутаций у человека проводится двумя методами - прямым и непрямым. Прямой метод применим в основном к доминантным мутациям. Он сводится к регистрации частоты детей с ярко выраженными доминантными признаками, которые родились от родителей, не имевших этих признаков. Правда, прежде необходимо убедиться, что 1) пенетрантность, т. е. частота проявления аллеля определенного гена у разных особей родственной группы организмов данного гена, полная*; 2) данный признак никогда не возникает под действием рецессивных аллелей; 3) признак не порождается ненаследственными факторами; 4) признак обусловлен доминантным геном только одного локуса. Если хотя бы одно из перечисленных условий не подтверждено, результаты подсчета частоты мутирования гена окажутся неточными.

Частоту мутаций правильнее выражать не числом родившихся мутантных особей, а числом мутантных аллелей. Так, если мутантный организм появляется с частотой 1 особь на 12 тыс., то частота мутантного аллеля (один на 24 тыс.) равна 4-Ю-5.

Непрямой метод основан на генетико-популяционных расчетах.

Применение прямого и непрямого методов дало возможность установить частоту мутирования нормальных аллелей BL доминантные патологические для более чем десятка различных генов

Молекулярные механизмы мутаций

Мутации. Мутационная теория. Мутагены

Краткая история изучения мутагенеза

Современные представления о мутациях сложились к началу XX столетия. Например, российский ботаник Сергей Иванович Коржинский в 1899 г. разработал эволюционную теорию гетерогенезиса, основанную на представлениях о ведущей роли дискретных (прерывистых) изменений.

Однако наиболее известной стала мутационная теория голландского ботаника Хьюго (Гуго) Де Фриза (1901 г.):

1 Мутации возникают внезапно, без всяких переходов.

2 Мутантные формы вполне устойчивы.

3 Мутации характеризуются дискретностью (прерывистостью); это качественные изменения, которые не образуют непрерывных рядов, не группируются вокруг среднего типа (моды).

4 Мутации возникают в разных направлениях, они могут быть вредными и полезными.

5 Успех в выявлении мутаций зависит от числа проанализированных особей.

6 Одни и те же мутации могут возникать повторно.

Таким образом, мутации – это качественные изменения генетического материала, приводящие к изменению тех или иных признаков организма .

Организм, во всех клетках которого обнаруживается мутация, называется мутантом . Это происходит в том случае, если данный организм развивается из мутантной клетки (гаметы, зиготы, споры). В ряде случаев мутация обнаруживается не во всех соматических клетках организма; такой организм называют генетической мозаикой . Это происходит, если мутации появляются в ходе онтогенеза – индивидуального развития. И, наконец, мутации могут происходить только в генеративных клетках (в гаметах, спорах и в клетках зародышевого пути – клетках-предшественницах спор и гамет). В последнем случае организм не является мутантом, но часть его потомков будет мутантами.

В дальнейшем мутационная теория Де Фриза была дополнена рядом положений. Установлено, что в одном и том же гене могут возникать разные мутации: тогда возникают серии множественных аллелей . Например, у мушки дрозофилы ген white («уайт» – белый), определяющий окраску глаз представлен последовательно доминирующими аллелями: w + (темно-красные глаза) > w ch (вишневые) > w a (абрикосовые) > w bf (тускло-желтые) > w (белые) и т.д. У кроликов ген, определяющий степень выраженности альбинизма, представлен последовательно доминирующими аллелями: C (нормальная, неальбинистическая окраска) > c ch (шиншилловая) > c h (горностаевая) > с (полный альбинизм).

В то же время, в разных генах могут возникать мутации со сходным фенотипическим эффектом. Такие мутации называются генокопиями . Генокопии необходимо учитывать в селекционном процессе: например, мутациями в разных генах может быть обусловлена устойчивость к фитопатогенным грибам у разных сортов растений.

Многочисленными исследованиями доказано, что мутации не носят адаптивный характер, они случайны, не направлены. Только в ходе эволюции, в ходе отбора оценивается «полезность», «нейтральность» или «вредность» мутаций в определенных условиях.

Установлено, что мутабильность гена (т.е. частота появления определенной мутации) зависит от природы гена: существуют гены, склонные к мутированию, и относительно стабильные гены. Еще в конце 20-х годов А. Стертевант, а затем Н. И. Шапиро предложили на основании исследования дрозофилы рассматривать мутабильность как адаптивный признак вида.

Мутационная теория Де Фриза основана на представлениях о спонтанных мутациях, которые возникают без видимых причин. Де Фриз не пытался (да и не мог) вскрыть механизмы возникновения мутаций.

Изучение молекулярных механизмов возникновения мутаций неразрывно связано с изучением мутагенеза. (Мутагенез – это процесс получения индуцированных мутаций с помощью мутагенов.)

Впервые индуцированные мутации были получены отечественными генетиками Г.А. Надсоном и Г.С. Филипповым в 1925 г. при облучении дрожжей излучением радия. В 1927 г. американский генетик Г. Мёллер выявил мутагенное действие рентгеновских лучей на дрозофиле, а в 1928 г. Л. Стадлер описал мутагенное действие рентгена на ячмень.

В 1930-ых гг. был открыт химический мутагенез. В 1932 г. В.В. Сахаров, а в 1934 г. М.Е. Лобашев и Ф.А. Смирнов показали, что некоторые химические вещества (йод, уксусная кислота, аммиак) способны индуцировать мутации у дрозофилы. В 1939 г. С.М. Гершензон установил, что чистая ДНК является сильным мутагеном. В течение 1940-ых гг. было доказано, что сильными мутагенами могут быть самые разнообразные вещества: этиленимин (И.А. Рапопорт, СССР), азотистый иприт (Ш. Ауэрбах и Дж. Робсон, Великобритания).

Параллельно было установлено, что мутагены при определенных условиях оказывают канцерогенное и тератогенное действие.

(Канцерогены – это факторы, провоцирующие развитие онкологических заболеваний; тератогены – это факторы, провоцирующие развитие различных аномалий, уродств. Наряду с тератами – уродствами – часто встречаются морфозы – изменения, которые не ведут к утрате органом его функций.)

Отличить мутагенное действие от тератогенного сравнительно легко: тераты (уродства) являются модификациями, они предсказуемы (направлены) и не сохраняются в последующих поколениях. Например, серая окраска тела у дрозофилы – это нормальный признак. В то же время известна мутация yellow – желтое тело. Эту мутацию легко получить искусственно, обрабатывая родительских особей различными мутагенами (заметим, что разные мутагены могут давать одинаковый фенотипический эффект). Если личинкам дрозофилы добавлять в корм азотнокислое серебро, то все эти личинки разовьются в мух с желтым телом. Но, если от этих желтых мух получить потомство и выращивать его на обычной питательной среде, то все потомки вновь станут серыми. Таким образом, в данном случае «пожелтение» тела мух – это не мутация, а модификация, или фенокопия (модификация, по фенотипу копирующая мутацию).

Согласно другой, более популярной в настоящее время теории раковой стволовой клетки, для формирования опухоли необходимы делящиеся, недифференцированные клетки, изначально представленные тканевыми (камбиальными) стволовыми клетками. Раковые (опухолевые) же стволовые клетки представляют собой промежуточную ступень между здоровыми стволовыми клетками и измененными опухолевыми. Этот факт был установлен еще в 1971 году. A.Hamburger и S.Salmon в статье “Primary bioassay of human tumor stem cells” опубликованной в журнале “Scince” (1977) представили первые результаты выделения опухолевых стволовых клеток из карцином человека методом культивирования в полужидком агаре.

Исследователи получили три популяции опухолевых клеток, различающиеся по пролиферативным потенциям и вероятно, по своему значению для развития опухолевого процесса и исхода лечения:

1. «минорную» популяцию стволовых (клоногенных) клеток с неограниченным пролиферативным потенциалом, образующих в полужидком агаре колонии, содекржащие более 50 (т.е. 25) клеток;

2. субклоногенные (коммитированные) опухолевые клетки с ограничеснным пролиферативным потенциалом, образующие в полужидком агаре кластеры, содержащие менее 50 (т.е. < 25);

3. неделящиеся зрелы опухолевые клетки.

В дальнейшем исследователями в журнале Lancet (1989) в статье “Stem cells in neoplasia” было высказано предположение о том, что стволовые (клоногенные) опухолевые клетки способны к ассиметричному делению, при котором дочерние клетки отличаются друг от друга своей судьбой: одна остается стволовой, другая переходит в разряд коммитированных. При этом не исключалась также возможность деления стволовой клетки на 2 , так как их количество в опухоли возрастает, равно как и возрастает их их гетерогенность вследствии генетической нестабильности. Более 20 лет назад были опубликованы данные ряда авторов (Elprana D., Schwachofer J, Kujpers W et al., 1987;Mattox D.E., von Hoff D.D., Clar G.M. et al.,1988) в которых анализировалась эффективность колониеобразования (ЭКО) целого ряда злокачественных новообразований и авторы установили, что ЭКО у большинства неоплазий не превосходит в среднем 0,1% , т.е. лишь одна из нескольких тысяч опухлевых клеток является клоногенной. Другими словами, говоря современным языком только одна из нескольких тысяч клеток опухоли является опухолевой стволовой клеткой или раковой стволовой клеткой (РСК). Авторы заметили. что после нескольких пассажей в полужидком агаре ЭКО опухолевых клеток увеличивается, что свидетельствует о том, что РСК способны к симметричному делению и при культивировании идет отбор в пользу наиболее агрессивных опухолевых популяций. По- видимому это связано с не достаточно благоприятными условиями культивирования клеток и большая часть клеток или погибает в процессе перекультивирования или приспосабливается к этим условиям приобретая свойства своловости. Также в это же время в cтатье Steel G.G., Stephans T.C.“Stem cells in tumor” в английско-американском руководстве “STEM CELLS”(1983) было высказано предположение,что РСК являются основной причиной образования метастазов при их отсеве из опухоли, а другие персестирующие субклоногенные и не клоногенные опухолевые клетки не играют существенной роли в генерализации процесса вследствии ограниченного или исчерпанного пролиферативного потенциала.

Конечно, в конце 80-х начале 90 годов выделенные РСК не были описаны и охарактеризованы как цитологически, так и биохимически, иммунохимически. Не было выделено иммунологическихх маркеров этих клеток. Поэтому их существование очень долго подвергалось сомнению. И только спустя 2 десятилетия факт существования РСК доказан и не вызывает сомнения. Анализ маркеров клеточной поверхности показал, что раковые стволовые клетки составляют менее 1-2% всех раковых клеток. Принято считать, что раковые клетки гетерогенны и что большинство раковых клеток активно пролиферируют по одиночке и могут порождать новые раковые образования. Согласно теории раковых стволовых клеток, раковые клетки гетерогенны, однако лишь небольшая группа среди них, раковые стволовые клетки, интенсивно пролиферируют и образуют новые опухоли (Брюховецкий А.С.,2011)

Отправной точкой теории раковых стволовых клеток стал тот момент, когда способность раковых клеток разных типов пролиферироваться была подтверждена in vitro и in vivo, и было обнаружено, что лишь небольшое подмножество клеток обладает маркированными пролиферативными возможностями. Это наблюдение и легло в основу представления о том, что злокачественные опухоли состоят из раковых стволовых клеток, которые обладают очень высокой пролиферативной способностью и порождают дочерние, дифференцированные раковые клетки, у которых эта способность ограничена. Анализ маркеров клеточной поверхности показал, что раковые стволовые клетки составляют менее 1-2% всех раковых клеток. Принято считать, что раковые клетки гетерогенны и, что большинство раковых клеток активно пролиферируют по - одиночке и могут порождать новые раковые образования. Группа Galli (Galli R. et al. 2004) трансплантировала раковые стволовые клетки, изолированные по экспрессии CD133, в полосатое тело взрослых иммунодефицитных мышей. В результате сформировались новые опухоли с классическими признаками полиморфной глиобластомы, что подтверждает, что трансплантированные клетки были опухолеинициирующими. Причем раковых стволовых клеток для этого понадобилось даже меньше, чем обычных опухолевых клеток, а частота возникновения опухоли была выше.

Согласно теории РСК, раковые клетки гетерогенны, однако лишь небольшая группа среди них, раковые стволовые клетки, интенсивно пролиферируют и образуют новые опухоли. РСК, так же как и аналогичные здоровые, порождают дочерние клетки и самообновляются. В своей обзорной статье В.И.Чисов, Н.С Сергеева, И.К.Свиридова, И.И.Пелевина «Стволовые(клоногенные) клетки злокачественнных опухолей: возвращаясь к полученным данным» опубликованной в Российском Биотерапевтическом Журнале №2 (2006) авторы пришли в заключению, что своловые (клоногенные) опухолевые клетки, вероятно, представляют собой «глубокий резерв» опухоли в состоянии покоя и как следствие являются химио- и радиорезистентной клеточной популяцией. Следовательно эффективность любого противоопухолевого воздействия определяется тем, достигнута ли с помощью него полная стерилизация стволовых опухолевых клеток, так как именно они обеспечивают репопуляцию после завершения химио/лучевой терапии и как следствие рецидивирование и генерализацию опухолевого процесса

Существуют ли научные доказательства существования раковых стволовых клеток? Да, они существуют. Одной из причин того, что выделить РСК сложно, заключается в нестабильности состояния клеточной поверхности и сложности воспроизведения клеточного поведения. Лейкемия оказалась первым видом рака, на котором экспериментально было подтверждено существование РСК. В 1997 г. РСК впервые были идентифицированы и описаны группой М.Дика (М. Dik) на острой миелоидной лейкемии человека (AML). Ксенотрансплантация мышам NOD/SCID показала, что клетки, способные вызвать у этих мышей AML человека присутствуют в клетках периферической мононуклеарной крови AML человека в количестве минимум 0.2-100.106, а также, что эти клетки находятся главным образом в секторе CD34+/CD38-. В 2003 г. М. Al-Hajj и M.S. Wicha (2003) объявили о том, что им удалось идентифицировать РСК в солидном раке. Они доказали, что характеристиками РСК обладают клетки рака груди в эпителиально специфическом антигене (ESA)+/CD44+/CD24-/low. В то время как имплантация каких-то 200 клеток ESA+/CD44+/CD24-/low мышам NOD/SCID привела к образованию опухоли груди идентичной оригиналу, имплантация десятков тысяч клеток опухоли груди не- ESA+/CD44+/CD24-/low никакой опухоли не дала.

Результаты этого эксперимента, подтвердившего стволовую природу этих клеток, были проверены на солидных опухолях. Singh и др. установили, что в РСК педиатрической медуллобластомы и астроцитомы выделяется антиген нервных стволовых клеток CD133. Доказано также, что in vitro клетки CD133+, сепарированные из вышеупомянутых опухолевых образований, так же как и здоровые стволовые клетки мозга, клонированием сформировали нейросферу (нейронную массу) и пролиферировали, вновь и вновь дифференцируясь и самообновляясь. Введение клеток CD133+ мышам NOD/SCID привело к образованию опухоли мозга. Имплантация же клеток, поверхность которых не выделяла CD133+, напротив, никакой опухоли не развивалось. Более того, существование РСК было последовательно доказано и для опухолей других солидных органов, таких как простата, яичники, толстая кишка и поджелудочная железа. Есть такие обычные маркеры поверхности РСК как CD44 и CD133, но есть также и РСК, которые демонстрируют комбинацию нескольких маркеров (CD34+/CD38- для лейкемии, ESA+/CD44+/CD24-/low для рака груди, CD133+ для рака мозга, CD44+ для рака простаты, клетки боковой популяции с исключением красителя Hoechst для рака яичников, CD133+ для рака толстой кишки, ESA+/CD44+/CD24- для рака поджелудочной железы).

Действительно, РСК во многом схожи со здоровыми: они так же самообновляются, производят дифференцированные дочерние клетки, так же долго живут, устойчивы к препаратам, влияющим на ДНК, и так же могут жить независимо от опоры. Учитывая все вышесказанное, можно с легкостью заключить, что РСК происходят из здоровых, которые, постепенно накапливая генетические модификации, приобретают характеристики раковых. Тем не менее, по сравнению со зрелыми клетками тканей стволовые клетки живут дольше и, следовательно, могут аккумулировать и пережить гораздо больше мутаций.

Согласно теории мутаций, в развитии канцерогненеза рака, первый этап мутации здоровой стволовой клетки в раковую начинается тогда, когда процесс ее самообновления становится нерегулярным. Известно, что самообновление стволовых клеток связано с работой проводящих путей Hedgehog, Notch, Bmi-1, Wnt и PTEN. С другой стороны, очень часто в тканях, в которых развиваются опухоли, здоровые стволовые клетки не обнаруживались. Выявить мутации генов, превращающие здоровые стволовые клетки в раковые, оказалось очень сложно, а зачастую практически не возможно. Эти эпигенетические изменения в РСК вряд ли можно объяснить мутациями нескольких отдельных генов, а вот анеуплоидия кариотипа РСК может объяснить выраженные эпигенетические расстройства внутриклеточного сигналинга путем формирования нового видового кариотипа и его тотальной перестройки. Не так давно было установлено, что в раке базальных клеток кожи нарушается путь Hedgehog на ранней стадии. То же самое можно сказать и о пути Notch в Т-клеточной острой лейкемии, раке шейки матки и груди. В злокачественных образованиях крови и груди здоровые стволовые клетки превращаются в раковые, когда нарушается процесс самообновления, что приводит к экспансии онкогенных раковых клеток.

Большинству раковых образований предшествуют обратимые предраковые патологические состояния, такие как гиперплазия и дисплазия. В формировании этих состояний принимают участие раковые стволовые клетки. L. Chen et al.(2007) взяли линию дендритоподобных клеток (дендритоподобных клонов), изолированных из селезенки мышей, в которых они вызвали дендритоподобную лейкемию, и установили, что предраковые стволовые клетки (пРСК) могут дифференцироваться как в доброкачественные, так и злокачественные в зависимости от окружения. Будучи имплантированы мышам без иммунодефицита, пРСК дифференцируются в здоровые клетки различных тканей. Имплантация же пРСК мышам с иммунодефицитом, напротив, приводит к формированию раковых тканей различных типов. Согласно опубликованным этими учеными данным, в пРСК наблюдается повышенная экспрессия c-kit и Sca-1, что говорит о смене фенотипа CD45-c-kit-Sca-1-Lin- => CD45-c-kit+Sca-1-Lin+ => CD45+c-kit+Sca-1+Lin+, в результате чего клетки становятся раковыми. Пролиферативная активность пРСК контролируется piwil2, специфическим для мужских половых органов геном, расположенном у мышей на аутосомной хромосоме семейства PIWI/AGO.

Как мы уже отмечали ранее, о существовании РСК впервые заговорили в контексте острой миелоидной лейкемии (ОМЛ). Одновременно они были идентифицированы и в злокачественных образованиях груди и центральной нервной системы (ЦНС). Теория раковых стволовых клеток гласит о том, что РСК – это клетки, инициирующие рак и составляющие в опухоли отдельную клеточную популяцию. Они обладают типичными для стволовых клеток свойствами, прежде всего, способностью самообновляться и дифференцироваться в клетки разных типов. Для пролиферации и дифференциации они могут пользоваться теми же путями, что и обычные стволовые клетки, в частности сигнальными путями Notch- или sonic hedgehog (SHH)/Wnt. Идентифицировать и обогатить стволовые клетки в глиоме можно по экспрессии CD133, белка клеточной поверхности 120 kDa, который также является маркером нервных стволовых клеток человека (Vescovi A.L., Galli R., Reynolds B.A. 2006).

Еще один вопрос заключается в том, почему клетки- предшественники с одной стороны являются причиной развития опухоли как РСК, а с другой стороны - вообще действуют против опухоли? Как упоминалось выше, нервные предшественники – это, скорее всего, именно те клетки, из которых вырастают опухоли головного мозга. Учитывая, что пролиферирующая клетка всегда представляет собой хорошую мишень для мутаций и трансформаций, хотелось бы, чтобы у животного и человека был механизм защиты. Похоже, что противоопухолевый эффект, который наблюдали многие ученые, это механизм, с помощью которого клетка-предшественник спасает себя в том случае, если другая клетка уже имеет анеуплоидию и есть риск развития опухоли.

Сегодня установлено, что нейрогенез во взрослом мозге с возрастом ослабевает (Kempermann G., 2006) и нейрогенез, то есть делящиеся НКП, являются медиаторами противоопухолевого эффекта. Таким образом, снабженные большим количеством НКП молодые животные при глиобластоме выживают дольше, чем более старшие. Если нейрогенез настолько положительно влияет на головной мозг, то почему же с возрастом он ослабевает и делает старых животных более подверженными риску возникновения глиобластомы? Вероятно, это объясняется тем, что на ранней стадии развития необходима пластичность клеток, обеспечиваемая большим депо клеток-предшественников. Эти предшественники считаются наиболее вероятными корнями опухолей головного мозга, поэтому увеличение количества НКП одновременно повышает шансы, что одна из этих клеток мутирует и в результате образуется глиома. Скорее всего, нейрогенез со временем уменьшается, когда клеточная пластичность в такой мере больше не нужна. Уменьшение количества пролиферирующих НКП должно снизить риск того, что эти делящиеся клетки, в конце концов, трансформируются (с возрастом вероятность этого увеличивается) и приведут к формированию опухоли. Тем не менее, вследствие ослабления нейрогенеза оказывается, что в тот момент, когда появляется опухоль, противоопухолевый эффект собственных клеток-предшественников уже не работает.

Несомненно, новый методологический подход к оценке канцерогенеза как форме видообразования, предложенный P. Duesberg et al., 2011 представляется достаточно аргументированным и обоснованным, как его собственными исследованиями кариотипов и кариограмм различных опухолей, так и экспериментальными работами его коллег с которыми он проводил фундаментальные кооперативные исследования. Критика P. Duesberg et al., 2011 классической мутационной теории канцерогенеза очень точна, теоретически строга и экспериментально обоснованна. Теория видообразования объясняет почти все парадоксы конкурирующей теории мутации, на которой построена вся современная онкология и существенно дополняет и объясняет пути формаировани РСК в теории раковых стволовых клеток. Она отвечает на вопрос: являются ли раки «специфическими» хромосомными мутациями? Ответ на этот вопрос имеет определенную историю. Предположив «единую причину злокачественных опухолей», Teodor Boveri предположил еще в 1914 году, что «специфические» увеличения количества хромосом или их уменьшения являются причинами рака. Но когда в 1950-е появились технологии для проверки теории Boveri, во всех протестированных раках были выявлены не «специфические анеусомии», а индивидуальные кариотипы. В результате теория Boveri была забыта в пользу превалирующей ныне теории, что 3-6 «специфических мутаций» приводят к раку.

При этом новая теория видообразования прогнозирует индивидуальные кариотипы, которые были выявлены во всех раках. Соответственно, «единой причиной» рака должно быть видообразование. Boveri также предполагал, согласно своей теории, что канцерогенез «может быть достигнут потерей одиночной хромосомы». Соответственно, он приступил к индуцированию рака в роговице кролика, вызвав нерасхождение хромосом. Для этого, он индуцировал тетраплоидию ингибиторами митоза, которые затем будут благоприятствовать потере или приобретению хромосом при помощи нерасхождения в последующих митозах. Но у его животных «спустя некоторое время» опухоли не появились. Согласно прогнозу теории видообразования, однако, времени было предоставлено недостаточно и соответствующие клетки в эксперименте T.Boveri, возможно, были обработаны недостаточной дозой канцерогена для эволюции нового автономного кариотипа рака. Действительно, в течение года после публикации Boveri своей классической работы, Yamagiwa и Yoshikawa продемонстрировали в 1915 году зависимость канцерогенеза, вызванного гудроном (канцероген), у кроликов, от латентных периодов более одного года, и от обработки гудроном перспективной ткани от 2 до 3 дней в неделю в течение одного года.

Очень важное положение, установленное P. Duesberg et al., 2011 является доказанное утверждение, что анеуплоидия ингибирует рак. Со времени открытия Т.Boveri индивидуальности хромосом, известно, что анеуплоидия обычно ингибирует и нарушает рост и развитие не раковых клеток и организмов. Недавно побочные эффекты анеуплоидии на нормальный рост и развитие нераковых клеток и организмов были дополнительно изучены и распространены на генетически инженерных животных.

Поскольку анеуплоидия нарушает нормальный рост и развитие, но встречается повсеместно при раке. Ряд исследователей недавно пришли к выводу, что анеуплоидия должна быть несовместима с раком, если ее отрицательное воздействие не накапливается мутациями, выдерживающими анеуплоидию. Анеуплоидия у рака, таким образом, была названа «парадоксом» , и даже «фатальным недостатком рака». Соответственно, было выдвинуто предположение, что «идентификация генетических изменений, позволяющая клеткам выдерживать анеуплоидию… предоставит значимые факты относительно эволюции опухоли». Эта точка зрения, таким образом, предполагает, что «анеуплоидия» раков эквивалента анеуплоидии нераковых клеток.

Но если «анеуплоидия» раков на самом деле является кариотипами новых автономных видов рака в виде РСК нового вида, парадокс будет решен. Как самостоятельный вид, рак является не более анеуплоидным, в сравнении с нормальным видом, от которого он развился, чем один вид при сравнении с другим.

Не менее важным и фундаментальным отличием теории видообразования рака от теории мутагенеза рака является анализ возрастных отклонений рака, из-за постнатальных мутаций? В журнале “Cancer Science and Society», Rob A. Cairns представляет возрастные отклонения рака как малоизвестную характеристику исследований рака (как и другие авторы): «В целом объективно не слишком осознается, как резко вырастает с возрастом заболеваемость раком. Возьмем типичный пример, смертность от рака толстого кишечника возрастает более чем в тысячу раз в возрасте от 30 до 80». В связи с этим P. Duesberg et al., 2011 показывают на диаграммах экспоненциальный рост заболеваемости раком с возрастом у американских мужчин в 2001 по данным Реестра рака Национальной программы США. Это очень иллюстративно и достаточно наглядно. В то же время с возрастом нарастает количество мутаций в СК и соответственно количество РСК значимо увеличивается.

Чтобы согласовать экспоненциальный рост заболеваемости рака с возрастом, теория мутации утверждает, что «намеренно неопределенное» количество от 3 до 6 специфических мутаций необходимо для канцерогенеза. Поскольку заболеваемость раком у новорожденных статистически незначительна, теория мутаций предполагает, что у новорожденных нет таких мутаций, и эти мутации должны приобретаться после рождения. Это предположение, однако, не поддерживается теорией мутаций. Наоборот, теория мутаций постулирует, что наследуемые наборы мутировавших онкогенов, таких как наследуемые гены ретинобластомы, нефромы, аденоматозного полипоза толстой кишки, ксеродермы пигментной, не являются достаточными для развития рака. Более того, экспериментальные данные показали, что мутировавшие онкогены могут быть стабильно интегрированы в зародышевую линию различных линий мышей, именуемых трансгенными онкомышами.

Теория мутаций, таким образом, прогнозирует, что наборы онкогенов должны накапливаться в зародышевой линии, и что наследование комплементарных наборов онкогенов должно генерировать раки груди, кишечника или легких у новорожденных людей или животных. Но это ни разу не было описано в литературе. Отсутствие раков у новорожденных является, таким образом, парадоксом с точки зрения теории мутации.

При этом теория видообразования опухолей точно прогнозирует возрастные отклонения рака: поскольку врожденные анеуплоидии обычно летальные, теория видообразования прогнозирует нормальные кариотипы при рождении, и, соответственно, отсутствие рака у новорожденных. По образному выражению P. Duesberg et al., 2011, «часы канцерогенеза установлены на ноль у новорожденных». Возрастные отклонения рака, соответственно, являются предсказуемым следствием времени, в ходе которого 1) медленные накопления спонтанных анеуплоидий, и 2) последующая очень редкая и, соответственно, очень медленная эволюция автономного ракового кариотипа приводят к раку в пожилом возрасте.

P. Duesberg et al., 2011 пришли к заключению, что видообразование и формирование РСК является «единой причиной» рака и с ними трудно не согласиться. Природа использует два альтернативных механизма для производства новых фенотипов: 1) мутация специфических генов, которые сохраняют базовый кариотип, и тем самым, вид, и 2) видообразование путем ремоделирования кариотипа в целом, обычно сохраняя гены предшественника. Принимая во внимание эти потенциальные альтернативы для конвертирования нормальной клетки в раковую клетку, теория мутации приписывает канцерогенез мутации специфических генов, тогда как теория видообразования приписывает канцерогенез генерированию новых автономных кариотипов. Итак, как мы можем определиться, является ли «единой причиной» рака (5,167) мутация или видообразование?

P.Duesberg et al., 2011 попытались ответить на этот вопрос путем сравнения возможностей объяснения общих характеристик раков двумя конкурирующими теориями. Это сравнение показало, что теория видообразования способна объяснить все пять общих характеристик раков, автономию, индивидуальность, гибкость, бессмертность и длительные латентные периоды от канцерогена до рака. При этом способность теории мутаций объяснить пять общих характеристик рака по прежнему неочевидна по ряду причин: 1) при нехватке функционального доказательства онкогенных мутаций, теория по-прежнему неуверенна относительно природы и точного числа мутаций, необходимых для трансформации нормальной клетки в раковую. Вместо этого, обычно предлагаются примерные оценки в «3-6» мутаций. Но недавнее «секвентирование генетических изменений в разных рака показало, то, чего опасались многие (sic) на самом деде существует» –это еще более индивидуальные мутации. 2) Теория не идентифицирует мутации, которые определяют комплексные морфологические и физиологические индивидуальности раков, например, индивидуальные фенотипы более 57000 раков человека с индивидуальными кариотипами, перечисленными в базе данных NCI-Mitelman. 3) Теория мутаций не предлагает объяснения необычайного совпадения того, что каждый рак возникает не только со специфической мутацией, но также с индивидуальным кариотипом, который будет стабильным и таким образом, клональным в течение тысяч поколений.

В целом P. Duesberg et al., 2011 приходят к заключению, что единой причиной рака является видообразование, и что теория видообразования объясняет, почему раки являются автономными, обладают индивидуальными кариотипами и комплексными индивидуальными (а не единичными) фенотипами, являются гибкими, и при этом бессмертными, и почему даже наиболее мощным канцерогенам требуется от нескольких месяцев до десятилетий для того, чтобы привести к раку.

Но если теория мутагенеза терпит полное фиаско, то как уложить в прокрустово ложе теории видообразования рака ультрасовременную концепцию раковых стволовых клеток. Ведь именно она, сегодня, во многом объясняет фундаментальные механизм формирования различных типов опухолей из специализированной регионарной стволовой клетки, которая, по современным канонам, трансформируется в результате мутагенеза в раковую стволовую клетку (РСК). Быть может, надо по- новому, посмотреть и на эту теоретическую концепцию возникновения рака и других злокачественных опухолей. Подробное описание современной концепции РСК и ее значение для онкологии читатель сможет найти в нашей предущей монографии (А.С.Брюховецкий « Клеточные технологии в нейроонкологии: циторегуляторная терапия глиальных опухолей головного мозга», 2011). Здесь же мы очень кратко осветим некоторые положения этой научной теории и попытаемся соединить ее представления с новой идеологией канцерогенеза как формы видообразования.

Итак, данные проведенных многочисленных международных исследований свидетельствуют о том, что подавляющее большинство раковых образований являются клонами, а раковые клетки в них представляют собой потомство одной клетки. Последние данные свидетельствуют о том, что этот процесс запускают раковые стволовые клетки (РСК). Собственно это фундаментальное положение теории и стало краеугольным камнем всего теоретического построения предложенной теоретической концепции РСК. При этом, РСК были идентифицированы в гематопоэтических и солидных опухолях, однако механизм деривации РСК практически не изучен. По-видимому, анеуплодия является также основным механизмом формирования из нормальных стволовых клеток РСК. Возможно, РСК происходят из стволовой или прогениторной клетки, проходя при этом предраковую стадию, во время которой под действием окружающей среды отходят от своей генетически заложенной программы самообновления и смещаются в иерархии клеток, а прогениторные клетки могут приобрести свойства стволовых. Такие клетки в современной научной литературе определяются, как предраковые стволовые клетки (пРСК). Если внимательно присмотреться к теории видообразования, то в ней также существует этап формирования или «генерирования» по P. Duesberg et al., 2011 пренеопластического кариотипа соматической клетки за счет анеуплоидий.

Классическая концепция РСК однозначно утверждала, что формирование РСК происходит из нормальной стволовой клетки за счет мутаций в ней, обусловленных воздействием различных канцерогенов. Теория видообразования рака предполагает возможность формирования РСК как из нормальной (нейральной, гемопоэтической, мезенхимальной и т.д.) СК, так и из уже дифференцированной взрослой соматической клетки (нервной, нейроглиальной, печеночной, легочной и т.д). За счет постепеннного накопления анеуподий в СК или во взрослой дифференцированной клетке, вследствие чего эта соматическая клетка приобретает неустойчивость кариотипа. Одним из природных механизмов обретения устойчивости кариотипа соматической клетки является ее деление. За счет митоза соматическая клетка пытается автоматически сохранить целостность своего видового генома, и обеспечить свое выживание, а клетки-потомки получившие после митоза нарушениея его структуры в виде анеуплодии становятся в основном не жизнеспособны и погибают. Если этот процесс автоматической стабилизации кариотипа нарушенного анеуплоидией идет в региональной (камбиальной) СК, то результатом митоза может быть несколько вариантов сценария саморегуляции этого процесса, которые зависят от формы митоза СК. Поскольку существует два варианта деления СК, то деление может быть симметричным или ассиметричным. При ассиметричной форме деления (СК делится на СК и клетку-предшественник) СК может сохранить свой видовой геном неизменным, а все явления анеуплодии останутся в геноме ее потомков в виде клетки- предшественника 1 поколения (нулесомия, анеуплодия и т.д.). Как правило, такой сценарий оптимален для самосохранения СК как родоначальницы и хранителя видового кариотипа, а ее клетка -потомок не жизнеспособна и погибают путем апоптоза. 2. При симметричном делении СК (СК делится на 2 равнозначные СК) с анеуплодиями имеется вариант того, что одна из СК сохранит свой кариотип неизменным, а другая СК будет содержать компоненты анеуплодии. Последняя СК продолжает оставаться неустойчивой и в ней запускается новый процесс митоза, как компенсаторный процесс регуляции неустойчивости генома, который будет продолжаться длительное время, абсолютно независимо от других внутритканевых процессов. Пока эти СК-потомки имеют различную степень анеуплодии они в большинстве своем мало жизнеспособны, но в результате механизмов автономии, хорошо обоснованной в теории видообразования рака, вполне высока вероятность формирования нового индивидуального неопластического кариотипа и эта клетка обретает устойчивость становясь РСК. При этом следует помнить, .что РСК это уже устойчивый кариотип 3. Существует еще один из вариантов сценария исходов деления нормальной СК с наличием анеуплодий, когда оба потомка СК после деления имеют в своем кариотипе эти различные формы анеуплодий. Естественные исходы этого процесса практически ничем не отличаются от исходов клетки с анеуплодией во втором сценарии, только процессы нестабильности генома в этом случае будут отмечены в обоих потомках СК с наличием анеуплодий.

Но самое важное, что впервые объясняет теория видообразования рака, это реальная возможность формирования РСК из высокодифференцированных взрослых специализированных клеток. Анеуплодия, возникшая в дифференцированной клетке, в результате воздействия канцерогена приводит к нестабильности и неустойчивости кариотипа клетки, в которой она возникла. В результате в высокодифференцированной специализированной клетке для устранения анеуплоидии должна бы запускаться стандартная программа клеточного цикла, исходом которой должен был бы быть митоз. Однако, дифференцированная клетка не может решить проблему неустойчивости генома стандартным путем митоза, так как она функционально связана с клеточным микроокружением (множественные синаптические контакты у нервной клетки клетками нейроглии и нейронами микроокружения, взаимодействие клеток печени с клетками внеклеточного матрикса печеночной стромы и т.д.). Что-бы осуществить митоз, возможно компенсирующий нестабильность ее кариотипа, клетке с анеуплоидией необходимо нарушить свои длительно существующие функциональные связи с микроокружением в ткани и органе, отказаться от выполнения своих специализированных аффекторных функций. Дезинтеграция функциональных межклеточных взаимодействий и связей требует длительного времени. Клетка с измененным кариотипом должна приобрести черты стволовости и только после этого она сможет вступить в метафазу. Именно, поэтому приобретение признаков стволовости дифференцированной клеткой с анеуплоидией представляется не чем то сверх естественным, как это трактовала мутационная теория, а естественным и закономерным явлением, саногенетически обоснованным клеточным процессом. Становятся понятными и очевидными цели приобретения признаков стволовости дифференцированной клеткой. Это достаточно простой механизм разрушения межклеточных взаимосвязей и приобретения автономности клетки путем «ошаривания» мембраны дифференцированной взрослой клетки. Приобретение стволовости является закономерным этапом подготовки дифференцированной клетки к митозу для коррекции генетической неустойчивости. Поэтому теория видообразования раков в противовес теории мутации отвечает на другой вопрос онкологии однозначно: РСК могут образовываться как из нормальных СК, так и их высоко дифференцированных взрослых соматических клеток.

Возникает резонный вопрос, каким образом анеуплоидия дестабилизирует кариотип? Ответ на этот вопрос может быть достаточно простым, но в то же время достаточно неоднозначным. Хорошо известно, что например, гемопоэтические СК (ГСК) находятся большую часть времени своей жизни в Gо состоянии клеточного цикла, т.е в крайне устойчивом состоянии кариотипа. Именно поэтому из общей массы клеток, взятых при сборе ГСК только 8% их количества находится на различных стадиях клеточного цикла. ГСК человека вступают в обычной жизни в клеточный цикл достаточно редко - один раз в 1-2 года. Дифференцированная специализированная клетка также находится в устойчивом Gо – состоянии и ее кариотип постоянно находится в состоянии балансировки между проапототическими и промитотическими влияниями. Поэтому появление анеуплодии в клетке находящейся в Gо состоянии является основной причиной возникновения нестабильности ее кариотипа и запуска клеточного цикла как базового механизма восстановления видового кариотипного баланса ядра. Соматическая клетка (СК и дифференцированная взрослая клетка) реагируют стандартным внутриклеточным механизмом управления нестабильностью кариотипа в виде генерации митоза, поэтому любая соматическая клетка может стать источником генерации РСК.

Не ясно, однако, какие именно клетки выполняют функцию, вызывающих опухоль. Как распознать РСК. Манифестацией различных раковых заболеваний может быть гиперплазия и дисплазия на обратимой предопухолевой стадии, которые могут развиться в первичные и инвазивные опухоли. Так в первоисточниках концепции определены сами РСК и пРСК. Как мы видим, эти положения абсолютно не противоречат теории видообразования рака.

Теория мутагенеза ставила ключевые вопросы биологии опухолей следующие: действительно ли существуют РСК, как первопричина и основной источник образования опухолей? Формируются ли РСК из здоровых стволовых клеток или образуются из мутирующих дифференцированных соматических клеток? Существуют ли предраковые стволовые клетки (пРСК) и какие метаморфозы претерпевают родоначальные стволовые клетки, когда развиваются в пРСК и РСК? Почему другие СК, т.е аутологичные гемопоэтические и мезенхимальные СК костного мозга, выполняющие системные функции, не способны распознать опухолевые клетки и РСК в других органах и тканях (например патологические нейральные СК) и уничтожить их? Почему раковые клетки и РКС обладают определенной элитарностью приводят к гибели организма пациента?

На все эти вопросы теория видообразования практически сразу дала исчерпывающие ответы. Это происходит именно потому, что РСК и их потомки это переходные формы неустойчивых состояний кариотипа клетки с анеуплоидией и именно они определяют весь долгий путь от состояния устойчивости нормальной СК или дифференцированной соматической клетки, находящейся в стабильном GO состоянии клеточного цикла к устойчивому состоянию генома нового вида неопластической клетки, который также находится в Gо состоянии. Формирование РСК с дифференцированных нервных клеток, а также с нейральных низкодифференцированных клеток предшественников (НКП) сегодня также доказан и экспериментально подтвержден (Von Joo-Hee Walzlein , 2007).

В 1963 г. W.R. Bruce и H.Van der Gaag показали, что только часть клеток лимфомы in vivo может пролиферировать. Это позволяет предположить, что у опухолевых клеток тоже есть своя иерархия. Тот факт, что за рост и пролиферацию опухолей отвечает лишь небольшая группа клеток, так называемых «раковых стволовых клеток» (РСК), был подтвержден не только на гемопоэтических злокачественных опухолях, но и на опухолях солидных органов, в том числе новообразованиях груди, простаты, поджелудочной железы и толстой кишки. Специфической особенностью раковых стволовых клеток является то, что они поддерживают другие раковые клетки за счет постоянной дифференциации и самообновления.

Иерархия стволовых клеток начинается с наиболее примитивных и мультипотентных стволовых клеток. По мере перехода к верхним ступеням иерархии клетки становятся все более дифференцированными и, в конце концов, определяется их принадлежность к той или иной клеточной линии. Потенциал прогениторной клетки уже ограничен, ограничены ее возможность самообновляться, она производит прогениторные клетки только определенных линий, в итоге дифференцирующиеся в нейроны или клетки глии (Gage F.H. 2000).

Обобщая известные литературные факты о роли аутологичных СК в развитии опухоли у человека и млекопитающихся и опираясь на собственные теоретические представления и экспериментальные данные, складывается впечатление о том, что в канцегенезе опухоли собственные СК занимают самое центральное место. Во- первых, собственные регионарные камбиальные взрослые СК под воздействием различных патопластических канцерогенных этиопатогенетических факторов могут стать (вследствии анеупоидии и нестабильности кариотипа) РСК и запустить неуправляемый неопластический процесс в ткани. Во-вторых, аутологичные здоровые СК перестают распознавать РСК и их потомков как патологические и чужеродные клеточные системы, способные привести организм к гибели и являются основным фактором развития центровых специфических канцерогенных патологических клеточных процессов (неоангиогенеза, пролиферации, миграции, неонейрогенеза) в тканях и органах пациента. Можно предположить, что если после циторедукционного (хирургического), цитостатического и цитостатического (химиотерапевтического или лучевого) воздействия на опухоль останется хотя бы одна паранеоплатическая клетка с анеуполоидией (даже не стволовая), то именно собственные стволовые клетки циркулирующие в крови и мигрирующие по тканям активируют ее, выполнят роль индуктора ее дедифференцировки в РСК и запустят новый онкологический процесс. Получается достаточно парадоксальный теоретический вывод о том, что собственные стволовые клетки даже теоретически не способны справиться со злокачественным паранеопластическим процессом в ткани при злокачественном онкологическом заболевании, они создают «благоприятные» условия для ее выживания в организме путем выработки факторов роста и нейротрофических факторов, а при наличии «благоприятных» условий в ткани для отдельных опухолевых клеток в организме рекрутирование, мобилизация и (или) введение из вне собственных СК может способствовать рецидиву, генерализации и активации неопластического процесса.

Было предложено две модели, которые могли бы объяснить, каким образом изменение одной клетки приводят к развитию раковой опухоли. Это вероятностная и иерархическая модели. Согласно первой, все клетки опухоли обладают одинаковым онкогенным потенциалом. Вторая же гласит, что среди всех этих клеток лишь небольшое подмножество, а именно, раковые стволовые клетки, способны порождать новые опухоли. Полиморфная глиобластома, как явствует из названия, как никакая другая опухоль, гетерогенна и содержит клетки самых разных типов. Логично предположить, что клетка, из которой произошли все эти клетки, обладала способностью порождать клетки разных типов, то есть являлась стволовой (Vescovi A.L., Galli R., Reynolds B.A. 2006).

Одна из многочисленных теорий о происхождении раковых стволовых клеток утверждает, что трансдифференциация стволовых клеток из здоровых в опухолевые происходит благодаря клеточной фузии между здоровыми и дифференцированными клетками. Именно фузией, по мнению отдельных исследователей, может объясняться также клеточная анеуплоидия и неоднородность раковых опухолей (Bjerkvig R. et al. 2005). К вопросу о клеточной фузии мы вернемся позже при обсуждении информационной концепции происхождения рака и попытаемся ответить на основные вопросы вопросы поставленные в этой подглаве.

Обобщая все вышеизложенные данные теоретических и экспериментальных исследований канцерогенеза рака, следует признать, что в свете концепции РСК причиной его возникновения, наиболее вероятно, является именно феномен видообразования, представленный в теории P. Duesberg et al., 2011. Мутационная теория рака пока не позволила решить фундаментальные вопросы терапии опухолей и в этой связи, нужно попытаться рассмотреть возможности использования теории видообразования в канцерогенеза рака для создания новых инновационных терапий опухолей.

Такой взгляд на вещи может сильно изменить подход к терапии онкологических заболеваний. Ведь в действительности очень и очень немногие лекарственные препараты, разработанные на основе концепции рака как следствия нескольких точечных мутаций, принесли хоть какую-то пользу. Впрочем, мощь научно-фармакологической индустрии, неустанно производящей подобные лекарства, такова, что вряд ли можно надеяться на скорое «изменение парадигмы»... (К. Стасевич,2011)

Сопоставляя «теорию видообразования в происхождении рака», предложенную P. Duesberg et al., (2011) и описанную выше «теорию раковых стволовых клеток » становится очевидным, что они интегрирует все современные достижения и представления о генезе рака и других опухолей. Они позволяет ответить на целый ряд противоречий и «не стыковок» существующих в современной онкологии. Системность и физиологичность проведенных исследований, стройность и последовательность изложений авторов хорошо укладываются в современные биологические представления эволюционной теории. Доказательность и аргументированность научных фактов и достаточная иллюстративность представленных кариотипов с видовой неопластической трансформацией, например в работе Duesberg et al. (2011) не вызывают сомнения с позиций фундаментальной науки. Однако, выводы и формулировки теории видообразования рака верны преимущественно с теоретических и системных позиций современной биологии. С позиций современной медицины и существующих представлений врача – клинициста (онколога, нейрохирурга, гинеколога и т.д.), предложенная теория видообразования рака это методологический тупик в разработке и создании новых терапий рака. Это связано с рядом фундаментальных выводов данного методологического подхода сделанных исследователями. Например, теория видообразования рака утверждает, что «канцерогенез это длительное и постепеннное формирование нового вида клеток». В соответствии с этим утверждением, только тогда, когда этот процесс будет полностью завершен и новый вид соматических клеток будет полностью сформирован, завершатся пролиферативные процессы неуправляемого митоза ОК и изменененный канцерогенами кариотип клетки с анеуплоидиями обретет стабильность и устойчивость в форме нового вида (устойчивой линии клеток). То есть, из этого положения следует, что до естественного завершения процесса видообразования пренеопластического кариотипа в неопластический кариотип линии раковых клеток любые терапевтические усилия будут не эффективны. Более того, любая терапия опухоли еще больше усилит нестабильность генома и неопластическую трансформацию ее кариотипа, чем увеличивает лекарственную резистентность опухоли к терапевтическому воздействию. Единственный путь возможной стабилизации пренеопластического кариотипа, с позиций теории видообразования, это время необходимое на формировании неопластического кариотипа и естественный путь формирования нового вида, то есть новой линии раковых стволовых клеток. Но из клинической практики мы хорошо знаем, что этого времени у онкологических пациентов со злокачественными опухолями практически нет, и в большинстве случаев, при злокачественном процессе организм пациента не успевает дожить до окончательного формирования нового вида соматических клеток, и умирает от раковой интоксикации или неуправляемого процесса метастазирования рака по органам и системама пациента. Получается, что теория видообразования рака методологически «закрывает» все возможные перспективы лечения этого заболевания, так как гетерогенные раковые клетки опухоли являются эволюционирующими формами межвидового перехода от соматических клеток существующего вида человека к новому виду с неопластическим кариотипом. Очевидно из всего вышеизложенного, что любые терапевтические воздействия на эти переходные формы приведут к включению в них генетических механизмов самосохранения и самовыживания соматической клетки с пренеопластическим кариотипом в рамках пределов гибкости и существующих рамок автономии возможного видоизменения. Что же делать? Получается, что новая теория проихожденния рака P. Duesberg et al., (2011), которая объединяет все существующие знания о канцерогенезе опухолей и объясняет очень важные фундаментальные факты канцерогенеза, не только не способствует разработке новых инновационных терапий, а даже наоборот доказывает эволюционную невозможность создания этих терапий путем уничтожения раковых клеток и раковых стволовых клеток.

Мы полагаем, что дело здесь не в сути и содержании «теории видообразования рака». Вероятно с позиций биолога, гистолога и цитоморфолога, изучающего формирование рака, она абсолютно верна и правильна. Возможно, основная причина методологического тупика для клинической онкологии и определенных лимитов в возможности создания новых терапий рака заключается в ее не очень корректных формулировках и самой методологии терапии. Канцерогенез это многоэтапный морфофункциональный процесс генерации ракового кариотипа в клетке за определенный (достаточно длительный) период времени, а видообразование это закономерный исход этого процесса. Поэтому формулировка P. Duesberg et al., (2011) о том, что «канцерогенез это форма видообразования рака» , скорей всего метафора, которая не достаточно верна по сути. Канцерогенез это не статическая форма образования вида, а динамический процесс трансформаций кариотипа клеток, имеющий огромное количество переходных форм пренеопластических кариотипов, проявляющихся гетерогенными фенотипами соматических клеток организма пациента. Правильнее было бы сказать, что канцерогенез это эволюционный саногенетический механизм самосохранения видовой принадлежности и универсальный способ стабилизации пренеопластического кариотипа РСК. Эта формулировка канцерогенеза четко дает представление о том, что на каждом определенном этапе образования опухоли имеется очень индивидуальная в определенном периоде времени неустойчивость кариотипа, обусловленная скоростью и массивностью образования анеуплоидий в соматической клетке. Канцерогенез это универсальный способ соматической клетки с пренеопластическим кариотипом избавиться от хромосомных обераций и анеуплоидий путем банального и традиционного способа самосохранения – клеточного деления. Таким образом, «неуправляемая» пролиферация раковых клеток, сопровождающаяся постоянными делениями этих клеток и характеризующаяся формированиями гетерогенной популяции раковых клеток в опухоли не является процессом бесконтрольным и не регулируемым. Наоборот, с позиций теории видообразования в канцерогенезе рака, митозы раковых клеток это абсолютно контролируемый клеткой процесс самокомпенсации и стабилизации ее кариотипа в рамках существующего вида. Клетка абсолютно направленно изменяет протоонкогены на онкогены и подвляет супрессорные механизмы противоопухолевого воздействия. Пытаясь сохранить видовой кариотип, соматическая клетка с анеуплоидиями продолжает абсолютно целенаправленно делиться, предполагая, что в перспективе этих делений она все-таки обретет свой видовой кариотип, а клетки, полученные в результате этого деления, с измененым кариотипом погибнут от летальной анеуплоидии, так как не смогут дифференцироваться во взрослые клетки. Исходя из этих соображений, получается, что канцерогенез рака это очень продуманный, системный, генетически детерминированный и запрограммированный эволюционный механизм самосохранения и саморегуляции видовой принадлежности соматических клеток. И процесс длительного видообразования обусловлен не трудностями формирования нового вида, а отлаженными и четкими механизмами сохранения гомеостаза и компенсации соматической клетки.