Клональный рак из природы как модель для опухолей

Исследование генома доказало, что все особи мраморного рака (Marmorkrebs) происходят от одной самки. Около 30 лет назад исходный клон возник в аквариуме. С тех пор самки успешно распространяются без помощи самцов, сообщают учёные из Немецкого центра исследования рака (DKFZ). Клональная эволюция генома рака может также помочь объяснить процессы в опухолях.

Несколько лет назад пресноводный рак, размножавшийся в одиночку в аквариуме, озадачил владельцев и учёных. Это можно было объяснить лишь явлением партеногенеза — естественной формой бесполого размножения. Секвенирование генома и сравнительные исследования показали, что все особи действительно происходят от одной материнской особи. Клон Marmorkrebs — это отдельный вид (Procambarus virginalis), который, как показали генетические исследования, отделился от флоридского рака (Procambarus fallax) около 30 лет назад.

Франк Лико и его команда из DKFZ в Гейдельберге доказали, что потомство мраморного рака (только самки) генетически идентично. Лико поясняет: «Мы обнаружили лишь несколько сотен вариантов в геноме, который больше человеческого. Это невероятно малое число». Незначительные вариации можно отнести к естественным мутациям. Исследователи насчитали 3.5 миллиарда пар оснований в геноме рака, что примерно на 7% больше человеческого генома.

В другой части исследования учёный на Мадагаскаре изучил, насколько успешно рак распространяется в дикой природе посредством партеногенеза. Его огромный репродуктивный успех удивил учёных. Лико отметил: «Было известно, что рак может закрепиться в природе после выпуска из аквариума. Но новостью стало то, что он может распространяться так быстро и массово».

Помимо субтропического Мадагаскара, Marmorkrebs встречается, например, в Швеции, Японии, Фрайбурге, Ганновере и Гейдельберге. Это свидетельствует о его замечательной адаптивности — без какого-либо полового размножения. Согласно учебникам, именно «изобретение пола» и последующее смешение генов увеличивает генетическое разнообразие, облегчая адаптацию к неблагоприятным условиям.

Однако, хотя все мраморные раки рождаются с одинаковыми генами, они способны адаптироваться к самым разным средам обитания. Это возможно благодаря эпигенетическим механизмам. Они регулируются небольшими химическими метками, присоединёнными к ДНК. Эпигенетические механизмы регулируют интерпретацию генетической информации, работая как переключатели, включающие или выключающие гены. Лико объяснил: «Эпигенетические варианты часто зависят от генетических. У Marmorkrebs же эпигенетическая вариация независима, поскольку генетической вариации практически нет».

Эта эпигенетическая регуляция делает мраморного рака чрезвычайно интересным для исследователей опухолей. Лико сказал: «Marmorkrebs — это животное, которое размножается клонально и, следовательно, представляет собой модель центрального аспекта развития опухоли». Опухоль также способна адаптироваться к своей среде, например, развивая устойчивость к лекарствам. Учёные уже несколько лет знают, что эпигенетические механизмы играют ключевую роль в этих процессах, влияя на риск рака и течение болезни.

Явление клональной эволюции происходит как у Marmorkrebs, так и в опухолях. Лико: «Геномы опухолей также эволюционируют клонально, поскольку восходят к одной исходной клетке». В этом процессе играют роль различные факторы: случайные мутации, генетический дрейф, давление отбора и эпигенетическая адаптация к среде. Команда Лико теперь хочет использовать мраморного рака для дальнейшего изучения их роли. По словам первого автора публикации Джулиана Гутекунста, ключевой вопрос: «Какое влияние факторы окружающей среды оказывают на эпигенетику и регуляцию генов». Эти открытия могут расширить наши знания о процессах в опухолях и открыть перспективы для новых подходов в лечении.