Российские учёные выяснили, зачем нужны опухоли

Эволюция невозможна без появления новых признаков и, следовательно, новых генов. Чтобы эти гены наследовались, а не ушли в небытие вместе со своим обладателем, они должны образовываться в половых клетках. Кроме того, новый ген – это новая функция, которую надо где-то опробовать.

По мнению директора Биомедицинского центра доктора биологических наук Андрея Козлова, на роль испытательного полигона для нового гена идеально подходит опухоль. Недавно эта гипотеза получила очередное экспериментальное подтверждение. Специалисты Биомедицинского центра и Центра геномной биоинформатики им. Ф.Г. Добржанского Санкт-Петербургского государственного университета обнаружили, что семейство генов, работающих только в опухолях и тестикулах (месте образования мужских половых клеток), возникло, по эволюционным меркам, совсем недавно.

Андрей Козлов: «Наша теория эволюционной роли опухолей предполагает, что эволюционно новые гены должны возникать в половых клетках, чтобы наследоваться, и функционировать в опухолях, чтобы потом дать начало новым типам клеток, тканей и органов»

Речь идёт о так называемых СТ-генах (Cancer/Testis), которые функционируют в клетках тестикул, из которых образуются сперматозоиды. Кроме того, они функционируют в разных новообразованиях человека – меланоме, гепатоцеллюлярной карциноме, саркоме, злокачественных опухолях крови, мочевого пузыря, лёгких, груди, простаты, яичников – и кодируют белки, специфические для опухоли тестикул. Многие из белков СТ вызывают сильный иммунный ответ, при этом функции СТ-генов до сих пор неизвестны. Итак, перед нами семейство генов с неоформившейся функцией, которые действуют только в половых и опухолевых клетках. Если бы СТ-семейство оказалось ещё и новым, гипотеза об эволюционной роли опухолей получила бы экспериментальное подтверждение.

«Мы не случайно занялись изучением эволюционной новизны СТ-генов. Наша теория эволюционной роли опухолей предполагает, что эволюционно новые гены должны возникать в половых клетках, чтобы наследоваться, и функционировать в опухолях, чтобы потом дать начало новым типам клеток, тканей и органов. Отсюда следует предсказание, что канцер-тестис-гены должны быть эволюционно новыми, что мы и доказали», – говорит Андрей Козлов.

Учёные сравнили последовательности, сходные с генами СТ, у видов, стоящих на разных ступенях эволюционной лестницы: человека, шимпанзе, макаки, волка, быка, мыши, серой крысы, курицы, рыбки данио, дрозофилы, африканского москита, почвенной нематоды, нескольких видов дрожжей и патогенных грибков, простейшего – возбудителя малярии, арабидопсиса и риса. Последовательностей СТ в человеческом геноме более двухсот. Оказалось, что значительная их часть, 72,5%, возникла существенно позже, чем остальные гены нашего генома, во время или после становления плацентарных животных, а больше трети – и того позже, у узконосых обезьян, гоминид или человека. При этом большинство других наших генов (76%) старше плацентарных. Среди человеческих генов, кодирующих белки, всего 163 последовательности, свойственные только человеку, из них 33 относятся к СТ. Так что эти гены действительно принадлежат к эволюционно новому, молодому семейству.

Почему исследователи именно опухолям отводят роль полигона для новых генов? Дело в том, что ген, обладающий новой функцией, неизбежно помешает работе нормальных клеток и тканей. Его сразу «заметит и уберёт» естественный отбор, и в этом случае никакое будущее новичку не светит. Единственный выход – пробовать свои силы в клетках, которые не выполняют жизненно важных функций. И такие клетки в организме есть – это клетки опухоли. Они не дифференцированы, и в случае возникновения гена с полезной функцией опухоль вполне может дать начало новому типу клеток. В этом предположении нет ничего невероятного, если принять во внимание широчайшее распространение опухолей: они обнаружены практически у всех многоклеточных организмов, как животных, так и растений. Недавно петербургские учёные описали первый случай искусственного отбора доброкачественной опухоли – «шапочку» на голове самца золотой рыбки, весьма ценимую аквариумистами. Теперь исследователи нашли ещё одно подтверждение своей гипотезы.

Источник информации:

Pavel Dobrynin, Ekaterina Matyunina, S.V. Malov, A.P. Kozlov, The Novelty of Human Cancer/Testis Antigen Encoding Genes in Evolution. International Journal of Genomics, Volume 2013, Article ID 105108.