Эволюция, секс и TRACERx: как «запасное колесо» рака помогает ему выжить

Эволюция, секс и TRACERx: как
                Рак легких. Предоставлено: LRI EM Unit

Почти все животные занимаются сексом. То есть, ДНК из спермы и яиц обменивается, чтобы создать потомство со смесью генов обоих родителей.
                                                                                       

Это также норма для растений, где пыльца с одного растения оплодотворяет другое. Даже бактерии имеют примитивную форму секса, где они расширяют придаток, называемый пилус, для передачи ДНК из одной клетки в другую.

В эволюционном плане это может показаться контрпродуктивным. Зачем кому-то хотеть передавать только половину своей ДНК своим потомкам вместо того, чтобы производить клон бесполым образом?

Но для многих видов этот обмен генетическим материалом необходим для выживания и постоянно выбирался на протяжении всей эволюции.

И, учитывая альтернативу, легко понять, почему.

Есть некоторые организмы, которые утратили способность заниматься сексом, такие как самоплодородные круглые черви, рыба, называемая молли Амазонки, и некоторые амебы. Без возможности перестановки ДНК между не связанными людьми, генетические ошибки накапливаются.

Это явление известно как храповик Мюллера, и наблюдается во многих бесполых организмах. Любая плохая мутация, обнаруженная организмом — поворот храповика, — будет передана его потомству без возможности вернуться к первоначальной версии гена.

Когда потомство размножается, эти мутации передаются снова вместе с любыми дополнительными мутациями, приобретенными в течение его жизни. С каждым поколением накапливаются вредные мутации, и храповик сжимается, пока вид больше не становится жизнеспособным.

Раковые клетки бесполые

Раковые клетки быстро делятся — выявляя множество ошибок ДНК, и при этом их можно представить себе как армию бесполых амеб. И наши ученые, работающие над TRACERx, нашим проектом стоимостью 14 миллионов фунтов стерлингов, чтобы понять эволюцию рака легких, использовали это сравнение, чтобы объяснить таинственное явление, наблюдаемое в опухолевых клетках.

Глядя на раковые клетки под микроскопом, вы не увидите аккуратно упакованные 46 хромосом, обнаруженные в здоровых тканях. Их ДНК находится в хаосе, с частями обмененных, дублированных или отсутствующих участков хромосом.

И в некоторых раковых клетках ученые заметили нечто более необычное, известное как удвоение целого генома.

«Когда мы смотрим на опухоли и, в частности, рак легких, мы видим, что многие из них удвоили свой геном в какой-то момент своей эволюционной истории. Кажется, что почти каждая хромосома была продублирована, поэтому ДНК намного больше, чем в нормальной камере «, — объясняет доктор Ники МакГранахан, совместный руководитель команды TRACERx в Университетском колледже Лондона.

До сих пор причина этого оставалась загадкой.

Запасное колесо от рака

«Мы думали, что у рака может быть преимущество в выживании, если удвоить его геном. Прогрессирование рака — это эволюционный процесс, и поэтому применимы принципы дарвиновского естественного отбора».

Теория команды заключалась в том, что наличие дополнительной копии их генетического кода, по существу генетического запасного колеса, может принести пользу раковым клеткам. Если одна копия генома получит смертельную мутацию, клетка сможет продолжать выживать и делиться, благодаря своей второй копии.

Чтобы проверить это, исследователи создали компьютерную модель для воссоздания условий развития рака и определения, может ли теоретический естественный отбор способствовать удвоению всего генома. И оказывается, что это сделал.

«Наше моделирование показало, что при достаточно высоком уровне вредных мутаций эволюция будет способствовать удвоению генома», — объясняет МакГранахан.

Результаты добавили вес в их теорию, указав, что при правильных обстоятельствах вторая копия генома может принести пользу раковым клеткам, противодействуя негативным последствиям ошибок ДНК, которые накапливаются при делении раковых клеток.

Но чтобы действительно проверить теорию, им нужно больше, чем модели. Для этого команда обратилась к образцам рака легких от людей, включенных в исследование TRACERx. И почти сразу столкнулся с проблемой.

Поиск пулевых отверстий

«Что интересно в изучении эволюции рака, так это то, что когда мы анализируем опухоль, мы смотрим только на живые раковые клетки. Это отличается от изучения эволюционной биологии, когда мы можем посмотреть на ископаемую запись, которая предоставляет обширную информацию об эволюционных тупиках, которые никуда не делись. «

По словам МакГранахана, это похоже на проблему, с которой сталкиваются инженеры и статистики, анализирующие самолеты, возвращающиеся со второй мировой войны.

«Многие самолеты вернулись с множеством пулевых отверстий в фюзеляже, но вместо того, чтобы применить дополнительную защиту к этим поврежденным участкам, статистик пришел к выводу, что неповрежденные детали, такие как двигатель, необходимо укрепить. попал в двигатель, так и не вернувшись назад «.

Команда применила аналогичный подход — посмотрев, сколько генетических дыр или мутаций могут выжить раковые клетки.

Публикуя свои работы в Nature Genetics, исследователи обнаружили свидетельства появления большего количества генетических пулевых отверстий после того, как раковые клетки удвоили свой геном. Это обеспечило доказательства того, что они искали, что удвоение всего генома позволяет клеткам противостоять большему количеству ошибок ДНК, и этому способствует естественный отбор.

Эволюция лечения

Используя теорию и методы, разработанные биологами-эволюционистами, это исследование пролило свет на сложное развитие рака. Но эти результаты не только помогают нам понять болезнь, но и могут привести к новым методам лечения.

Возможность в два раза больше, как объясняет МакГранахан: «Удвоение всего генома — это способ для рака избежать вредного воздействия храповика Мюллера. Но это само по себе то, что мы до сих пор не исследовали, будь то мутации в раке» клетки могут быть вредными для опухоли. Мы надеемся выявить больше этих слабостей, которые могут быть использованы новыми лекарствами от рака «.

«И более того, тот факт, что раковые клетки так часто удваивают свой геном, является ключевым отличием раковых клеток от здоровых клеток. Препарат, который специфически воздействует на клетки с удвоенными геномами, оставляя при этом здоровые клетки без повреждений, может привести к новому лечение многих различных видов рака «.

Рак нашел способ бросить вызов эволюции и преодолеть проблемы, которые поражают бесполые амебы по мере накопления генетических ошибок. Но с помощью команды TRACERx, будем надеяться, что это может привести к ее падению.

Похожие новости

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *