Nowotwór – atawizmem?

30 maja 2020
Blog szalonych naukowców
Rak drobnokomórkowy płuca, Zakład Patomorfologii Klinicznej i Cytologii Uniwersytetu Medycznego w Łodzi, w domenie publicznej, za Wikimedia Commons

Termin „atawizm” w biologii oznacza pojawienie się u danego osobnika cech – zwykle anatomicznych lub zachowania – typowych dla jego odległych przodków, nieobecnych w populacji, do której należy. W przypadku człowieka najczęściej wskazuje się szczątkowy ogon czy żebra szyjne, poza tym palce konia czy kończyny tylne waleni. Rzadziej spotyka się pogląd, że przykładem atawizmu są… nowotwory.

Najszerzej znany model nowotworzenia bazuje na kolejnych mutacjach, poczynając od zachodzących w specyficznych grupach genów: związanych z regulacją cyklu komórkowego (a więc i kontrolą podziałów komórki), wykrywaniem i naprawą DNA, apoptozą (kontrolowana śmierć komórki). W niezbyt licznych przypadkach (np. retinoblastoma) pierwsza mutacja może być dziedziczona.

Mutacje z zasady zachodzą losowo i zazwyczaj nie mają wpływu na funkcjonowanie komórki. Zmiana genu kodującego barwnik oczu w komórce mięśnia sercowego nie wpłynie na EKG.

Jeśli jednak mutacja zajdzie w genach wspomnianych grup, komórka może wyzwolić się z kontroli i zacząć dzielić się nadmiernie. Może nie umrzeć, kiedy jest to wymagane dla dobra organizmu. Może dzielić się dalej, mimo że jej materiał genetyczny został uszkodzony. Upośledzenie naprawy DNA prowadzi do akumulacji mutacji. Komórki coraz mniej służą reszcie ciała, są coraz bardziej niezależne. Oczywiście w dużym uproszczeniu (którego nadmiar mi tu nie raz zarzucano, ale to chyba nie miejsce na rozwodzenie się nad mechanizmem działania białka p53 ani kinaz cyklinozależnych czy naprawy DNA).

Komórka się dzieli, w różnych jej potomkach zachodzą kolejne mutacje. Mamy populację coraz bardziej różniących się komórek w środowisku o ograniczonych zasobach – taką sytuację opisuje teoria ewolucji przez dobór. Z drugiej strony liczne nowotwory wykazują znaczne podobieństwo – wzrost w formie guza, nowe unaczynienie, niekiedy zdolność do przerzutowania czy oporność na chemioterapię. Z ewolucjonistycznego punktu widzenia opisalibyśmy to jako konwergencję – rozwój podobnych cech u oddalonych od siebie organizmów. Typowy przykład: opływowy kształt ciała wieloryba i ichtiozaura, podobieństwo wilka i wilka workowatego.

Niektórzy badacze widzą w podobieństwach łączących nowotwory o różnym pochodzeniu coś więcej. Szybki podział komórki, odporność na toksyny, zdolność do wzrostu w środowisku o niskim pH, szybkie tempo mutacji – cechy te występują także u mikroorganizmów. Wszyscy pochodzimy od mikroorganizmów, jakichś prekambryjskich eukariontów, które zaczęły tworzyć coraz bardziej skomplikowane kolonie, z których powstały organizmy wielokomórkowe. Kiedy dany gen przestaje być użyteczny, nie znika w magiczny sposób z genomu. Często jest w jakiś sposób nieaktywowany (np. przez produkty innych genów czy mutację uniemożliwiającą mu działanie). Oczywiście metodą prób i błędów inaktywowane są także nader użyteczne geny, ale wtedy noszący taką mutację organizm ma mniejsze szanse przekazania jej następnemu pokoleniu (a niekiedy nawet przeżycia). Gdyby przypadkowo zostały one ponownie aktywowane, będziemy mieli do czynienia z atawizmem.

A więc geny związane z przeżyciem mikroorganizmu w prekambryjskim oceanie mają się w tym ujęciu aktywować i prowadzić do zachowania się komórki, uprzednio trybiku w wielkim organizmie, ponownie jako niezależny organizm. Który dzieli się, kiedy ma taką możliwość, a nie kiedy cząsteczka sygnałowa połączy się z jej receptorem, udzielając jej zgody na podział. Nowo spłodzone potomstwo mikroorganizmu, takiego, z którego na drodze stopniowych przemian ewolucyjnych powstać miały ja, słoń i sekwoja olbrzymia, miałoby pewnie tendencję do życia w kolonii. Jej odpowiednikiem w przypadku nowotworu ma być guz. Zdolność przeżycia w zakwaszonym oceanie stanowić ma o przeżywalności w kwasicy wywołanej intensywnym metabolizmem.

Badacze wskazują na jeszcze jedną ciekawą właściwość mikroorganizmów. Otóż powoływanie do życia swoich dokładnych kopii opłaca się najbardziej w stabilnych warunkach. Mszyce w lecie rozmnażają się przez partenogenezę (rozwój kopii matek z niezapłodnionych jaj). Jednak jesienią samce okazują się przydatne – a nawet niezbędne do wydania zróżnicowanego genetycznie potomstwa. W zmiennych warunkach jesieni zwiększa to szansę, że część potomstwa okaże się lepiej przystosowana i przeżyje. Podobnie mikroorganizmy zwiększać mają częstość mutacji w trudnych warunkach. Zjawisko to odpowiadać ma niestabilności materiału genetycznego komórek nowotworowych.

Nie ma obecnie badań pozwalających jednoznacznie stwierdzić, który z modeli (przypadkowych mutacji, doboru i konwergencji versus atawizmu) jest właściwy. Być może po części oba, gdyż się nie wykluczają. A więc po trochu losowe mutacje, po trochu włączenie się nieużywanych od pokoleń genów. Rozstrzygnięcie problemu można by zapewne wykorzystać w tworzeniu i przewidywaniu wyników leczenia. Inaczej walczy się z całkowicie nieprzewidywalnym, działającym losowo przeciwnikiem, inaczej z realizującym dawno zapomnianą strategię.

Marcin Nowak

Bibliografia

Thomas F, Ujvari B, Renaud F, Vincent M: Cancer Adaptations: Atavism, De Novo Selection, or Something in Between? Bioessays 2017 Aug;39(8). doi: 10.1002/bies.201700039. Epub 2017 Jul 10