Рис. 1. Древнейший череп собаки, найденный в Разбойничьей пещере на Алтае. Возраст находки около 33 тысяч лет; однако собаки доледникового времени, вероятнее всего, не оставили потомков, и люди послеледниковья одомашнили других собак, у которых и появилась собачья саркома.
Продолжается исследование трансмиссивной венерической саркомы (ТВС) собак — интереснейшего случая превращения многоклеточной ткани в одноклеточных паразитов. Клетки ТВС, как выяснилось, обрели самостоятельность и стали болезнетворными паразитами, которые переносятся от одной собаки к другой при половых контактах. Эта паразитическая клеточная линия образовалась, по уточненным расчетам, 11 тысяч лет назад, на заре одомашнивания собак. Таким образом, ТВС является самой древней клеточной культурой; она несет геном первой заболевшей собаки, правда за прошедшее время ее гены претерпели сильные мутационные изменения. Около 10 тысяч белок-кодирующих генов содержат по крайней мере одну мутацию, в этом геноме обнаружено 1,9 миллиона нуклеотидных замен. Тем не менее, даже при такой мутационной нагрузке «клеточная культура» ТВС продолжает существовать, демонстрируя замечательную устойчивость. Анализ генов ТВС позволяет набросать портрет первого носителя трансмиссивной саркомы, представителя древних домашних собак.
Трансмиссивная венерическая саркома собак (ТВС) была впервые описана в конце XIX века М. А. Новинским. Опухоли развиваются как правило в районе половых органов собак, редко дают метастазы; собака болеет несколько месяцев, затем в большинстве случаев выздоравливает, приобретая иммунитет. Эта болезнь чаще всего переносится половым путем (отсюда и термин «венерическая саркома»). В 2006 году были опубликованы результаты исследования генома клеток ТВС, и эти результаты оказались совершенно неожиданными. Ученые тогда выяснили, что клетки саркомы не являются переродившимися клетками заболевших собак, а на самом деле — это клетки древних носителей этого заболевания. Отсюда выводится удивительная история ТВС: некогда раковые клетки каким-то образом обрели самостоятельность, превратившись в одноклеточных паразитов. С тех пор они путешествуют от одной собаки к другой, животные передают их при половом акте. Достаточно одной паразитической клетки, чтобы началось болезненное разрастание ткани. Эти клетки-паразиты обходят иммунную защиту, снижая экспрессию генов главного комплекса гистосовместимости. Поэтому иммунная система не сразу узнает врагов, ее защитные действия откладываются на несколько месяцев. Так что у зараженных собак есть достаточно времени для передачи болезнетворной клетки следующей жертве.
Таким образом, ТВС — это пример клеток многоклеточного организма, реализовавших свое «право на самоопределение» и вернувшихся в изначальное одноклеточное существование. Но эта революция не сделала их по-настоящему свободными, так как они приспособились к паразитическому образу жизни и не могут существовать вне животного; кроме того, у них утрачена способность к половому размножению. То есть клетки ТВС являются клоном, самой старой из известных нам клеточных культур млекопитающих, которые требуют постоянного пересева. Кроме того, это клетки древних собак, сохранившиеся, правда, не в суперхолодильниках и сильно изменившиеся, но зато живые. Изучение этого удивительного клона может многое раскрыть как в области лечения раковых заболеваний, так и в области эволюции многоклеточных организмов, а также в истории одомашнивания собак. Так что изучение этого заболевания из частных ветеринарных вопросов переместилось на передовой фронт биологической науки.
Новое исследование, проведенное международной группой ученых, представляемых Элизабет Мёрчисон из Института Сенгера и Дэвидом Уэджем с отделения ветеринарии Кембриджского университета при участии Робина Вайса, посвящено оценке мутационного груза, который накопили клетки саркомы за время своего существования, и, параллельно, его датировке. Для этого ученые анализировали геномы двух ТВС — одна была взята от австралийской дворняги, а другая — от кокер-спаниеля из Бразилии (были прочитаны и геномы заболевших хозяев). Из-за такой географической удаленности прямая передача клеток от одной собаки к другой стопроцентно исключена.
Клетки ТВС несут 57–58 хромосом (хромосом у ТВС вообще может быть от 57 до 64, и большинство из них диплоидные), тогда как клетки собак — 78 хромосом (рис. 2). Высока доля гомозиготных участков. Обнаружилось огромное число вставок, делеций, перестановок в хромосомах ТВС: больше 2000 структурных изменений, общих для обеих ТВС, плюс еще некоторое число уникальных для каждой. Общее число нуклеотидных замен, уникальных для ТВС (то есть не обнаруженных у собак и волков), колоссально — 1,9 миллиона SNP. Из них около 5% найдены только в одном из вариантов ТВС, то есть это те мутации, которые бразильская и австралийская линии ТВС приобрели после своей дивергенции. По оценкам ученых, более 10 000 генов ТВС несут по меньшей мере одну несинонимичную замену; около 2,8% (то есть 647) белок-кодирующих генов собак оказались ненужными и были утеряны клетками саркомы. Всё это свидетельствует о высочайшем мутационном грузе клеток-паразитов.
Рис. 2. Метафазные хромосомы нормальной собаки (слева) и ТВС (справа): определение кариотипа методом флуоресцентной гибридизации. Хорошо видна массовая реорганизация хромосом ТВС по сравнению с собачьими, хотя остается много аналогичных участков.
При столь высокой мутационной изменчивости удивительно, что не обнаружено никакой внутриклональной изменчивости. Все клетки собачьей саркомы имеют сходный геном. В отличие от них, в раковых опухолях человека присутствуют субклоны — линии клеток с немного различными геномами. Считается, что в опухолях человека происходит быстрый отбор клеточных линий с разными мутациями; а у собак, по всей видимости, такой отбор не идет. Почему это так — неизвестно, но болезнь действительно имеет весьма стабильную симптоматику, как следует из записей Новинского конца XIX века.
Около 40% мутаций клетки-паразиты получили в результате облучения ультрафиолетом: об этом судили по доле характерных замен «цитозин на тимин», которые специфично происходят при УФ-облучении нуклеотидов. Именно этот тип мутаций был использован для датировки появления ТВС. Для человеческих раковых заболеваний частота мутационных замен «цитозин-тимин» в зависимости от возраста пациента хорошо изучена. Этими коэффициентами воспользовались для расчета возраста ТВС, подставив в уравнение число соответствующих замен в ТВС; в результате возраст клона получился около 11 тысяч лет. Примерно 500 лет назад разделились австралийская и бразильская линии саркомы. Авторы исследования отмечают, что это ориентировочная оценка, так как у собачьей саркомы базовая зависимость может отличаться от человеческих вариантов, что возможна и тканеспецифичная изменчивость, а также не исключена и хронологическая неравномерность мутационного процесса. Однако данный возраст — 11 тысяч лет — совпадает с ранним периодом одомашнивания и началом расселения и диверсификации собак. Как можно судить по высокой степени гомозиготности, ТВС берет начало от прародителя, жившего среди небольшой обособленной группы сородичей еще до начала появления различных пород.
Из детального анализа генов ТВС вырисовывается портрет той древней собаки, которая заболев саркомой, впервые передала свои дефектные клетки. Это была довольно крупная собака, похожая на волка, с короткой шерстью, черной или темно-коричневой (окрас агути), стоячими ушками и удлиненной мордой. Из современных пород ближе всего к ней по составу генов оказались представители старых пород — сибирская хаски, маламут, шарпей, чау-чау и акита (рис. 3).
Рис. 3. Чтобы определить место прародителя ТВС на филогенетическом древе, ученые сравнили 23782 полиморфных локуса, известных у 86 различных пород собак, волков и койотов, с двумя вариантами ТВС. Наиболее старые породы закономерно оказались самыми близкими к ТВС. Показан облик представителей этих пород (снизу вверх): акита, чау-чау, динго, шарпей, родоначальник ТВС, маламут и сибирская хаски.
Превращение раковых клеток в одноклеточных паразитов происходило в маленькой обособленной популяции первых одомашненных собак. Если бы численность собак осталась низкой и если бы не увеличилось их разнообразие, то популяция с такой болезнью быстро бы вымерла. Выживанию способствовало и то, что саркома не обладает половым размножением, и что разные ее линии не обмениваются генами. В арсенале ее приспособительных средств только мутационная изменчивость. У собак, напротив, половое размножение способствовало быстрому обмену обретенных генов устойчивости, популяция с возрастающей численностью приспосабливалась быстрее, чем паразит наращивал свою вирулентность. И собаки выжили.
Более печальная судьба ожидает, по-видимому, тасманийского дьявола, в популяции которого в настоящее время распространилась трансмиссивная лицевая опухоль. Эту болезнь описали в 1996 году, но к настоящему времени поражено уже около 50% популяции дьяволов. Лицевая опухоль переносится, как и в случае ТВС, переродившимися клетками первого заболевшего животного, и она во всех случаях летальна. Популяция тасманийского дьявола совсем невелика, ареал его сильно ограничен, поэтому естественным образом тасманийский дьявол не успеет выработать защиту от этого заболевания. По оценкам ученых, к середине XXI века этот вид вымрет.
Источник: ЭЛЕМЕНТЫ
