ДОКТОР, ВЫ ПРОГОНИТЕ МЕНЯ, ЕСЛИ МНЕ НЕ СТАНЕТ ЛУЧШЕ? 22 страница
«Отрицательные» же гены, такие как Rb, напротив, подавляют клеточное деление. В нормальных клетках эти антионкогены, или гены-супрессоры опухолей, обеспечивают тормоза размножения, выключая деление, если клетка не получает нужного сигнала извне. В раковых клетках эти тормоза выведены из строя мутациями. Опять же используя сравнение Бишопа: если у клетки нет тормозов, она не реагирует на стоп-сигналы. Такая клетка тоже бесконтрольно делится, игнорируя сигналы прекратить деление.
Обе аномалии — активированный протоонкоген или инактивированный супрессор опухоли (заевшая педаль газа или неисправные тормоза) — представляют собой основные молекулярные дефекты раковых клеток. Бишоп, Кнудсон и Вармус не знали, много ли требуется подобных дефектов, чтобы спровоцировать рак у людей, однако постулировали, что причиной рака является сочетание некоторого количества таких генетических отклонений.
Рискованное предсказание
Они видят лишь тени, свои или чужие, отбрасываемые огнем на стену пещеры.
Платон
Философ Карл Поппер использовал термин «рискованное предсказание» для описания процесса, которым ученые выверяют недоказанные теории. Хорошие теории, говорил Поппер, создают сопряженный с риском прогноз. Они предсказывают неочевидные факты или события, которые имеют большой риск не произойти или быть опровергнутыми. Когда такие события и в самом деле случаются, когда подтверждаются неочевидные факты, теория обретает достоверность и жизненность. Так, предсказанное Ньютоном возвращение кометы Галлея в 1758 году стало самым ярким подтверждением его теории гравитации. Теория относительности Эйнштейна была подтверждена в 1919 году наглядной демонстрацией того, что масса солнца «искривляет» свет далеких звезд — точь-в-точь как и предсказывала теория.
|
|
|
К концу 1970-х годов теория канцерогенеза, предложенная Вармусом и Бишопом, также породила одно рискованное предсказание. Вармус с Бишопом продемонстрировали, что во всех нормальных клетках существуют предшественники онкогенов — протоонкогены. Ученые обнаружили активированную версию протоонкогена src в вирусе саркомы Рауса. Они предположили, что мутации таких генов вызывают рак — однако их теории недоставало одного критически важного звена в доказательстве. Если Вармус и Бишоп правы, то в раковых клетках существуют мутированные версии таких протоонкогенов. На тот момент другие исследователи уже выделили из ретровирусов целый набор всевозможных онкогенов, однако никому не удалось обнаружить активированный мутировавший онкоген в раковых клетках.
«Выделение такого гена, — писал онколог Роберт Вайнберг, — означало бы выход из пещеры на свет… Там, где ученые до сих пор видели лишь тени онкогенов, они узрят в плоти и крови гены, обитающие в раковых клетках».
|
|
|
Роберту Вайнбергу мучительно хотелось выйти из теней. Выучившись на вирусолога в эпоху великой вирусологии, в 1960-х годах он работал под руководством Дульбекко в институте Солка, выделяя ДНК из вирусов обезьян, чтобы исследовать их гены. В 1970-е годы, когда Темин и Балтимор открыли обратную транскриптазу, Вайнберг упорно трудился, очищая гены вирусов обезьян. Через шесть лет Вармус и Бишоп объявили об открытии клеточного src, а Вайнберг был занят все тем же. Ему казалось, что он увяз в болоте: слава ходит вокруг да около, обходя его стороной. Ретровирусная революция со всеми ее тайнами и открытиями пронеслась у него над головой, не задев даже кончиком крыла.
В 1972 году Вайнберг перешел в Массачусетский технологический институт, где изучал вирусы — возбудители рака в крохотной лаборатории, расположенной по соседству с лабораторией Балтимора. «Глава департамента считал меня тупицей, — вспоминал Вайнберг. — Славным, честным и добросовестным, но все равно тупицей». Лаборатория занимала стерильное, скучное помещение в одном из корпусов МТИ, выстроенном в утилитарном стиле 1960-х годов. На все здание приходился один-единственный скрипучий лифт. Река Чарльз, хотя и не видная из окон, зимой выстужала промозглым дыханием институтские дворики. Подвал здания соединялся лабиринтом подземных переходов с душными комнатушками, где делали ключи и чинили оборудование для других лабораторий.
|
|
|
Да и сами лаборатории работали, как машины. В науке это чаще звучит оскорблением, чем комплиментом: эффективная, безупречно отлаженная, технически укомплектованная лаборатория обычно подобна механическому оркестру, издающему точнейшие звуки и тона, но не производящему никакой мелодии. К середине 1970-х годов Вайнберг заслужил среди коллег репутацию аккуратного и технически умелого ученого, которому, однако, не хватает направления. Он и сам ощущал, что его работа забуксовала. Ему требовался какой-нибудь простой и ясный вопрос.
Прозрение снизошло на него зимним утром. В феврале 1978 года, по дороге на работу, Вайнберг угодил в сильнейший буран. Автобусы остановились, и Вайнберг в галошах и непромокаемой шляпе отправился по мосту Лонгфелло пешком, осторожно переставляя ноги по мокрому снегу. Снежная пелена заволокла все вокруг, глуша звуки и создавая атмосферу гипнотической тишины. Пересекая застывшую реку, Вайнберг размышлял о ретровирусах, раке и генах рака у человека.
|
|
|
Выделить и определить src оказалось несложно из-за того, что у вируса саркомы Рауса всего четыре гена. Геном ретро-вируса переполнен канцерогенами. В раковой же клетке около двадцати тысяч генов. Как обнаружить среди них тот единственный, который и вызывает рак?
Онкоген, в силу определения, обладает важной особенностью: он запускает в нормальной клетке процесс бесконтрольного деления. Темин использовал это свойство в своих экспериментах по моделированию рака в чашке Петри, получая «очаги» деления. Размышляя об онкогенах, Вайнберг снова и снова возвращался к этому ключевому свойству.
Из двадцати тысяч генов в раковой клетке, рассуждал он, подавляющее большинство генов совершенно нормальны, а меньшинство представляет собой мутировавшие протоонкогены. Представим, что можно взять двадцать тысяч генов раковой клетки всем скопом и распределить их по двадцати тысячам нормальных клеток так, чтобы каждая клетка получила всего один ген. Нормальные, немутированные гены не окажут на клетку-реципиента никакого воздействия. Однако клетка, получившая онкоген, повинуясь этому сигналу, начнет безудержно размножаться. Через десять делений ее потомки образуют на чашке Петри крохотную кучку, а через двадцать делений эта кучка станет вполне заметным «очагом» — раком в его первичном и природном виде.
Метель стала для Вайнберга моментом катарсиса. Он наконец избавился от ретровирусов. Если в раковой клетке присутствуют активированные онкогены, то перенос этих генов в нормальные клетки должен заставить их бесконтрольно делиться и размножаться. Десятилетиями ученым требовался вирус саркомы Рауса, чтобы внедрить активированный src в клетку и спровоцировать деление, а Вайнберг придумал, как обойти вирус Рауса, как выяснить, можно ли перенести гены, вызывающие рак, непосредственно из раковых клеток в нормальные. Метель не стихала. Вайнберг перешел мост и остановился на пустынном перекрестке, где одиноко горел зеленый огонек светофора. Исследователь пересек перекресток и зашагал к онкоцентру.
Первой трудностью Вайнберга стала техническая проблема: как перенести ДНК из раковой клетки в популяцию нормальных клеток? На счастье, как раз этой техникой он в совершенстве овладел за предыдущие застойные годы. Выбранный им метод состоял в выделении ДНК из экстрактов раковых клеток: густая хлопьеобразная суспензия напоминала свернувшееся молоко. Затем ДНК разрезали на тысячи кусочков, каждый из которых содержал по одному или два гена. Теперь Вайнбергу требовался переносчик — молекула, которая протащила бы кусочек ДНК через клеточную мембрану. Тут Вайнберг использовал хитроумный трюк. ДНК связывается с фосфатом калия, образуя крошечные белые частицы. Клетки поглощают и переваривают эти частицы, заодно отсоединяя кусочки ДНК от фосфата. Когда Вайнберг сыпал крохотные белые крупинки на слой растущих в чашке Петри нормальных клеток, картина напоминала метель — вихрь генов, явственно представившийся исследователю во время памятной прогулки.
Далее Вайнберг придумал простейший эксперимент. После того как фрагменты ДНК будут усвоены клетками, те клетки, что получат онкоген, начнут бесконтрольно делиться, образуя на поверхности чашки очаги разрастания. Надо взять их и выделить кусок ДНК, который индуцировал этот процесс. Таким образом удастся выявить реально действующий онкоген человека.
Летом 1979 года Цзяо Ши, студент из лаборатории Вайнберга, начал исследовать геномы пятнадцати разных мышиных раковых клеток в попытке выявить кусок ДНК, который приводил бы к образованию в нормальных клетках очагов деления. Ши по характеру был немногословен, скрытен, уклончив и вспыльчив. Эксперименты свои он оберегал с почти параноидальным пылом. Коллеги вспоминали, как, не сойдясь с Вайнбергом в каком-нибудь вопросе, Ши делал вид, будто не понимает английского — языка, которым вообще-то владел легко и непринужденно. Однако, несмотря на свои причуды и упрямство, Ши был прирожденным перфекционистом. Технику трансфекции ДНК он перенял у своего предшественника и вдобавок обладал внутренним чутьем, инстинктом садовника, помогавшим ему отличать нормальные клетки от аномальных.
Ши выращивал в чашках Петри огромное количество нормальных клеток и еженедельно посыпал их генами, полученными из его выборки раковых клеток. В лаборатории высились груды чашек с трансфицированными клетками. Как и предвидел Вайнберг во время своей знаменательной прогулки над рекой, Ши вскоре получил предварительный, но крайне важный результат. Он обнаружил, что перенос ДНК из раковых клеток в обычные неизменно приводит к образованию очагов деления — доказательство, что таким методом можно обнаружить онкогены[31].
Возбужденные и заинтригованные, Вайнберг и Ши провели более смелый вариант эксперимента. До сих пор они использовали для получения ДНК раковые клетки мышей, теперь же, сменив тактику и объект, перешли на раковые клетки человека. «Мы упорно старались выловить настоящий онкоген, — вспоминал Вайнберг, — и решили отыскать его в человеческом раке». Из онкологического института Даны и Фарбера Ши принес линию раковых клеток, взятых у пациента Эрла Дженсена, заядлого курильщика, умершего от рака мочевого пузыря. ДНК этих клеток разрезали на фрагменты и ввели их в культуру нормальных клеток человека. Ши вернулся к микроскопу, обшаривая чашку за чашкой в поисках очагов деления.
Опыт снова удался. Как и в случае мышиной клеточной линии, на чашках появились отчетливо заметные активные очаги. Вайнберг хотел, чтобы Ши как можно быстрее отыскал конкретный ген, превращающий нормальную клетку в раковую. Лаборатория Вайнберга лихорадочно спешила выделить и определить первый природный онкоген человека.
Скоро Вайнберг осознал, что в этой гонке у него есть соперники. На другом конце города, в институте Фарбера, бывший студент Темина Джефф Купер также продемонстрировал, что ДНК раковой клетки способна индуцировать трансформацию клеток. То же показал и Майкл Виглер в нью-йоркской лаборатории Колд-Спринг-Харбор. Были у Вайнберга, Купера и Виглера и другие соперники. Мариано Барбасид, испанский исследователь из НИО, тоже обнаружил фрагмент ДНК еще одной линии раковых клеток, способный трансформировать нормальные клетки. К концу зимы 1981 года все четыре лаборатории наперегонки неслись к финишной черте. В начале весны все они обнаружили долгожданный ген.
В 1982 году Вайнберг, Барбасид и Виглер независимо опубликовали свои данные и сравнили результаты. Они обнаружили фантастическое и неожиданное совпадение: все три лаборатории выделили из своих раковых клеток один и тот же фрагмент ДНК, содержащий ген под названием ras [32]. Подобно src, этот ген также присутствовал во всех нормальных клетках. Однако, как и в случае src, в нормальных клетках ген ras функционально отличался от своего двойника, работающего в раковых клетках. В норме он кодировал строго регулируемый белок, который включался и выключался, точно отлаженный выключатель. В раковых же клетках ген ras находился в мутантной форме, как и предсказывали Вармус и Бишоп. Мутированный ген кодировал сущего берсерка — постоянно работающий гиперактивный белок, выключить который было невозможно. Этот мутантный белок подавал клетке непрестанный сигнал делиться без остановки. Это был тот самый, давно дразнивший воображение ученых «природный» онкоген, во плоти и крови. «Когда мы клонируем ген рака, — писал Вайнберг, — мир будет у наших ног». Он не сомневался, что вслед за этим открытием немедленно последуют новые прозрения в теории канцерогенеза, будут разработаны новые терапевтические направления. «Это была прекрасная и несбыточная мечта», — вспоминал Вайнберг впоследствии.
* * *
В 1983 году, через несколько месяцев после того как Вайнберг выделил мутантный ген ras, Рэй Эриксон приехал в Вашингтон получить престижную премию компании «Дженерал моторс» за исследования функций и работы src. Вместе с ним в тот же вечер награждали и Тома Фрея за успехи в лечении лейкемии.
Вечер удался на славу: изысканный ужин при свечах, речи и тосты. За накрытыми белыми скатертями столами собрались ученые, врачи и политики, включая многих из бывших ласкеритов[33]. Разговоры вертелись вокруг открытия онкогенов и изобретений лечебной химиотерапии. Две эти главные темы звучали независимо друг от друга, словно бы в двух непересекающихся, замкнутых вселенных — точно так же как на конференции в Хьюстоне десять лет назад. Казалось, премия Фрея за достижения химиотерапии и премия Эриксона за определение функции важнейшего онкогена получены на совершенно разных и не связанных друг с другом поприщах. «Никто из клиницистов не выказал желания пойти навстречу биологам и соединить два полюса знаний о раке», — рассказывал Эриксон. Две половинки рака, причина и лечение, пировали и праздновали вместе, а потом умчались в ночь на разных такси.
Открытие ras решило одну из проблем, стоявших перед генетиками рака: из раковой клетки удалось выделить мутантный онкоген. Однако теперь возникла новая проблема. Теория двух ударов Кнудсона выдвинула рискованное предсказание, что клетки ретинобластомы содержат по две инактивированные копии гена Rb. Вайнберг, Виглер и Барбасид доказали правоту Вармуса и Бишопа. Следовало доказать правоту Кнудсона, выделив легендарный ген-супрессор опухолей и продемонстрировав, что при ретинобластоме обе его копии неисправны.
Эта проблема шла рука об руку с причудливым концептуальным вывертом. Гены-супрессоры опухолей по природе своей дают о себе знать своим отсутствием. Когда происходит мутация онкогена, он включает клеточный рост, словно бы дает делению зеленый свет, а ген-супрессор опухоли, мутировав, напротив, выключает стоп-сигнал деления. Метод Вайнберга и Цзяо Ши по трансфекции сработал потому, что онкогены заставляют нормальные клетки бесконтрольно делиться, таким образом образуя очаги клеток. Если в клетку перенести антионкоген, он не может создать там «антиочаг». «Как же выловить ген-призрак, который влияет на клетки из-за темной завесы?» — писал Вайнберг.
В середине 1980-х годов генетики начали различать за завесой ретинобластомы неясные очертания. Анализируя хромосомы раковых клеток ретинобластомы при помощи излюбленной методики Джанет Роули, генетики показали, что ген Rb обитает в тринадцатой хромосоме. Однако каждая хромосома содержит тысячи генов. Изолировать из этого громадного количества всего один конкретный ген, да еще тем более функционально проявляющийся только тогда, когда он неактивен, казалось совершенно немыслимой задачей. Огромные лаборатории, профессионально оборудованные для поиска раковых генов — лаборатория Вебстера Кавени в Цинциннати, Бренды Галли в Торонто и Вайнберга в Бостоне, — отчаянно пытались придумать стратегию для выделения Rb. Однако все их усилия зашли в тупик. «Мы знали, где Rb обитает, — вспоминал Вайнберг, — но понятия не имели, что он собой представляет».
По другую сторону реки Чарльз от лаборатории Вайнберга в охоту на Rb включился еще и Тадеуш Дрыя, офтальмолог, переквалифицировавшийся в генетики. Лаборатория Дрыи располагалась на шестом этаже Массачусетской больницы глазных и ушных заболеваний — в «Глазе», как прозвали это место студенты-медики. Офтальмологическая больница славилась клиническими исследованиями глазных болезней, однако не считалась хорошим ресурсом по части лабораторных испытаний. Институт, где работал Вайнберг, похвалялся новейшими технологиями, армией механизмов, способных секвенировать тысячи образцов ДНК, могущественными флуоресцентными микроскопами, с помощью которых можно заглянуть в самое сердце клетки. «Глаз», с гордостью демонстрирующий коллекцию луп и линз — экспонаты девятнадцатого века в старомодных застекленных деревянных витринах, — отличала демонстративная анахроничность.
Дрыя не был типичным генетиком. В середине 1980-х годов, пройдя клиническую практику по офтальмологии в Бостонской больнице, он перебрался на другой конец города в научную лабораторию Детской больницы, чтобы изучать там генетику глазных заболеваний. Для него, офтальмолога, интересующегося раком, выбор объекта напрашивался сам собой: ретинобластома. Но даже Дрыя, оптимист по природе, не решался взяться за поиски Rb. «Бренда Галли и Вебстер Кавини — оба увязли на этом пути, пытаясь клонировать Rb. Время было тяжелое, сплошные разочарования».
Дрыя начал охоту за Rb с нескольких ключевых предположений. Он знал, что нормальные клетки человека имеют по две копии каждой хромосомы (кроме половых хромосом) — по одной от каждого родителя: всего двадцать три пары, то есть сорок шесть штук. Таким образом, в каждой нормальной клетке содержится две копии гена Rb в тринадцатой паре хромосом.
Если предположить, что теория двух ударов Кнудсона верна, то каждая опухоль глаза будет иметь две независимые дезактивирующие мутации гена Rb, по одной на каждую хромосому. Мутации могут происходить в самых разных видах. Это может быть крошечное изменение в ДНК, активирующее ген, или же глобальная структурная утрата куска гена (делеция), затрагивающая большой кусок хромосомы. Поскольку для возникновения ретинобластомы ген Rb должен быть инактивирован, Дрыя рассудил, что в данном случае мутация представляет собой второй вариант, делецию гена. В конце концов, вырезать большой кусок гена — это самый простой и быстрый способ парализовать его и сделать его неактивным.
Дрыя предположил, что в большинстве ретинобластом две делеции в разных копиях гена Rb будут затрагивать разные части гена. Поскольку мутации происходят случайным образом, то получить две одинаковые мутации в обеих хромосомах — все равно что выбросить две шестерки при игре в кости, где у каждой кости сотня граней. Скорее одна делеция ударит, например, по началу гена, а вторая по концу (функциональные последствия в обоих случаях будут одинаковыми — инактивация Rb). То есть в большинстве опухолей два удара будут несимметричны и затронут разные участки хромосом.
Тем не менее даже на костях с сотней граней, если кидать их много раз подряд, иногда выпадает двойная шестерка. Дрыя понимал, что изредка будет попадаться опухоль, в которой делеции случились в одной и той же части гена в обеих сестринских хромосомах. В таком случае этого отрезка хромосомы в клетке не будет совсем, ни в каком виде. Если найти метод выявления полностью отсутствующей части тринадцатой хромосомы в опухолевых клетках ретинобластомы, тем самым мгновенно обнаружится и ген Rb. Дрыя остановился на простейшей стратегии: чтобы найти ген с отсутствующей функцией, надо искать отсутствие структуры.
Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 75; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!