Поразительное открытие, что у сотен тысяч бразильцев есть генетическая мутация, которая подрывает их способность противостоять раку, помогает лабораториям во всем мире в их поисках новых методов лечения болезни. Сью Армстронг сообщает.
Педро Гомес – невысокий, крепко сложенный мужчина лет шестидесяти с румяным лицом и загорелыми руками уличного работника. На нем черная рубашка с короткими рукавами, джинсы и бейсболка. Гомеса беспокоит небольшая шишка на пальце, говорит он врачу, генетику рака Марии Изабель Ахатц. Взяв его за руку, чтобы лучше рассмотреть, Ахатц мягко разговаривает с ним, затем наклоняется вперед, чтобы осмотреть еще одно небольшое повреждение за ухом.
Гомес – один из постоянных пациентов Ахатца в онкологическом центре Камарго в Сан-Паулу, Бразилия. Он чрезвычайно предрасположен к раку. То же самое и со многими членами его большой семьи; рак настолько распространен среди них – и преждевременная смерть так до боли знакома – что, пока они совсем недавно не узнали о причине, некоторые считали, что их семья проклята.
Гомес – не единственная пострадавшая семья. «Проклятие» поразило сотни тысяч человек в Бразилии. Одним из самых известных был Хосе Аленкар, популярный и харизматичный вице-президент страны при Луисе Игнасио «Лула» да Силва. Аленкар умер в 2011 году после того, как в 1997 году у него обнаружили рак. С годами, по мере того как опухоли неуклонно распространялись по всему телу, ему делали все больше и больше операций в Бразилии и США: удалили почку, большую часть желудка и большие куски кишечника. Вице-президент откровенно рассказал о своей болезни и использовал свой собственный опыт, чтобы выступить за раннее выявление рака.
Что общего у Гомеса, Аленкара и других бразильцев, так это одно изменение в их ДНК – мутация в гене p53, который подрывает их способность противостоять раку.
p53 оказался наиболее важным отдельным геном рака и одним из самых популярных направлений исследований в истории молекулярной биологии. Ген был открыт в 1979 году Дэвидом Лейном, работающим в Имперском фонде исследования рака в Лондоне, и по совпадению точно в то же время тремя другими группами, работающими независимо в США и Франции под руководством Арнольда Левина, Ллойда Олда и Пьера Мэя.
p53 – супрессор опухолей. Его задача – защитить нас от рака, следя за тем, чтобы, когда наши клетки делятся в рамках обычного роста и поддержания нашего тела, они делали это, не совершая опасных ошибок. Если ДНК – инструкция по эксплуатации клетки – повреждена или не копируется точно при делении с образованием новых «дочерних» клеток, p53 останавливает клетку на своем пути и отправляет команду ремонта, прежде чем позволить делящейся клетке продолжить работу. Если повреждение ДНК необратимо, p53 переводит клетку в состояние «репликативного старения», поэтому она не может снова делиться; в противном случае он приказывает клетке совершить самоубийство, чтобы она не взбесилась.
Если учесть, что в течение средней продолжительности жизни человек испытает около 10 000 триллионов клеточных делений, и что достаточно всего одной клетки-изгоя, чтобы вызвать опухоль, важность этого гена становится очевидной. Из-за его жизненно важной роли в контроле качества Дэвид Лейн назвал p53 «хранителем генома». Сам ген отключается мутацией или каким-либо другим неисправным механизмом почти в каждом случае рака человека.
Чаще всего это разрушение p53 происходит спонтанно в отдельных клетках или тканях, которые получили некоторые повреждения в суровых условиях жизни, и это может направить их на путь к раку – риск, который увеличивается с увеличением продолжительности жизни. Но некоторые люди рождаются с поврежденным p53 в каждой клетке своего тела и чрезвычайно уязвимы для рака с самых первых дней жизни.
Синдром Ли-Фраумени, как называется это состояние (о нем впервые сообщили Фредерик Ли и Джозеф Фраумени в 1969 году), имеет несколько примечательных характеристик. Больные люди особенно предрасположены к саркомам мягких тканей и костей, раку мозга и груди, лейкемиям и карциномам надпочечников. Обычно у них рак развивается в исключительно раннем возрасте, и до начала 2000-х, когда Мария Изабель Ахац начала принимать пациентов в своей клинике генетики рака, синдром Ли-Фраумени считался очень и очень редким.
В молодости Ахатц покинула свой семейный дом в Рио, чтобы изучать искусство в Париже. Но поездка в Индию с однокурсниками во время перерыва в колледже изменила жизнь. Во время посещения прокаженной колонии в отдаленном пустынном районе на границе с Кашмиром она встретила миссионера, который руководил ею: Мать Терезу. "Это была потрясающая встреча, и я подумал: «Что ж, мне просто нужно вернуться и сделать что-нибудь [более стоящее]»" говорит Ахатц. По возвращении в Бразилию она изучала медицину, в конечном итоге решив специализироваться на генетике.
Среди первых пациентов, которых она увидела в клинике, было несколько человек, которые уже перенесли несколько приступов рака, часто начиная с детства, и их опухоли были типичными для рака, который чаще всего встречается у людей с синдромом Ли-Фраумени. Более того, когда она составляла подробные родословные со своими пациентами – обычная практика генетического консультирования при определенных заболеваниях – она обнаружила следы рака среди их родственников, часто доходящие до прошлых поколений. У них были все признаки Ли-Фраумени, но Ахатц был озадачен: "Это действительно поразило меня, потому что во всем мире этот синдром считался очень редким. В то время в медицинской литературе было описано всего 280 семей, а у меня было 30 семей. Поэтому я подумал: «Либо я слишком сильно ставлю диагноз, либо здесь происходит что-то уникальное».’"
Ее коллеги в Бразилии были так же заинтригованы тем, что она видела в своей клинике, и призвали ее рассказать свою историю на конференции по раку во Франции в 2002 году. Там Ахатс привлек внимание Пьера Эно, высокого бельгийца в очках, работавшего в Международном агентстве исследований рака Всемирной организации здравоохранения в Лионе. Эно был хранителем базы данных всех различных мутаций в гене p53, зарегистрированных в медицинской литературе, и типов рака, с которыми была связана каждая мутация. Зная о крайней редкости синдрома Ли-Фраумени, он был очарован историческими записями Ахатца. Он убедил молодую врачу вернуться во Францию с образцами крови ее бразильских пациентов и поработать с ним, чтобы точно определить, что было не так с их генами p53.
Двух исследователей ждали некоторые сюрпризы. Очень немногие пациенты имели «классические» мутации в p53, связанные со случаями Li – Fraumeni в других странах мира; Первоначальный вывод Ахатц заключался в том, что она переоценила этот синдром. Но более тщательный осмотр показал, что у многих ее пациентов была мутация p53, которая находилась за пределами любой из горячих точек гена, который, как известно, наиболее уязвим для коррупции. Более того, все пациенты с этой уникальной мутацией несли одну и ту же копию гена.
Примерно в 1200 км к югу от Сан-Паулу Патрисия Пролла, коллега-генетик рака, работающая в Порту-Алегри, также наблюдала необычное количество пациентов с синдромом Ли-Фраумени. И когда выяснилось, что они имеют ту же мутацию p53, что и пациенты Ахатца, Пролла и Эно решили выяснить, насколько распространена она в общей популяции. Они проверили кровь большой выборки внешне здоровых женщин, участвовавших в программе профилактического скрининга груди в клинике Порту-Алегри, и обнаружили, что примечательно, что почти у каждой 300 был дефектный ген p53. Этот поразительный результат был подтвержден программой скрининга почти 200 000 новорожденных в соседнем штате Парана, где врачи обнаружили особенно высокие показатели рака надпочечников у маленьких детей. Опять же, это было связано с той же мутацией p53.
"Это означает, что население южной и юго-восточной Бразилии имеет огромное количество носителей Li-Fraumeni, вероятно, более 300 000 человек," говорит Ахатц. "Люди просто не знают об этом, поэтому, вероятно, многие виды рака, которые возникают у населения в целом, происходят из-за этой мутации, и люди просто не осознают."
И это не только Бразилия. Совсем недавно такая же мутация в p53 была обнаружена в соседнем Парагвае, где генетики произвольно протестировали 10000 образцов крови новорожденных. Результаты показывают, что и здесь несколько тысяч человек могут жить с синдромом Ли – Фраумени.
Если тысячи людей имеют идентичную генетическую мутацию, это не случайно. Должно быть, существовал «основатель», один человек (так думают) с синдромом Ли-Фраумени, который передал свой мутантный ген своему потомству, заставив мяч катиться по поколениям.
Мы не знаем ни имени этого первоначального носителя, общего предка всех сегодняшних носителей, ни его происхождения – возможно, он был иммигрантом из Европы. Считается, что ген-изгой путешествовал по маршрутам, открытым от побережья во внутренние районы ранними исследователями, поселенцами и военными. Одно привлекательное мнение заключается в том, что основателем был тропейро, один из группы странствующих торговцев, которые путешествовали на мулах между разбросанными поселениями, перевозя товары, сплетни и почту в 17-18 веках. Большую часть времени вдали от дома тропейро, вероятно, имел по дороге вереницу подруг, что давало идеальную возможность передать свои гены. Одна из самых больших семей Ли-Фраумени в Ахатце ведет свою историю от предков тропейро.
Но Эно считает, что более вероятным кандидатом на роль этого «нулевого пациента» будет либо военный, либо бандейранте – один из безжалостных авантюристов, совершавших набеги в глубь страны в поисках рабов-аборигенов для торговли и поиска драгоценных минералов. Когда в 17 веке было обнаружено золото, поспешили заявить права на территорию Португалии, прежде чем испанцы смогли это сделать. И бандейранты, и государственные служащие с лихорадочными намерениями прокладывали маршруты во внутренние районы и по пути создавали новые поселения. Карта распространения мутации-основателя точно соответствует этим маршрутам.
Если бы основатель был носителем одной из мутаций p53 классического синдрома Ли-Фраумени, маловероятно, что его гены распространились бы так далеко. Риск развития рака на протяжении всей жизни для людей с такими мутациями составляет около 90 процентов, а у людей, рожденных с такими пагубными генами, намного меньше шансов создать семью. (Это одна из причин, почему в медицинской литературе было зарегистрировано так мало случаев, когда Ахатц впервые увидела синдром в своей клинике.) Пожизненный риск рака для людей с бразильской мутацией составляет от 50 до 70 процентов, и, как ни парадоксально, именно этот более мягкий характер позволил ему распространиться так далеко и затронуть такое огромное количество людей. Большинство носителей живут достаточно долго, чтобы передать ген своим детям, а у некоторых вообще не развивается рак.
Онкологический центр A C Camargo находится в захудалом районе Сан-Паулу с узкими улочками, небольшими магазинами и открытыми закусочными. В его современных лабораториях, которые возвышаются над горизонтом, хранится самая большая коллекция образцов опухолей в регионе – 30 000 обрывков тканей, хранящихся в парафиновых восковых блоках, тщательно маркированных и хранящихся в шкафах.
Изучая эти образцы опухолей, Ахатц и ее коллеги пытаются понять, как p53 работает у людей, а не у лабораторных тарелок или мышей, и как развивается рак, когда ген перестает функционировать должным образом. Например, одна из пациенток Ахатца – женщина, у которой к 18 годам развилось 14 различных опухолей. Были взяты образцы многих из этих опухолей, и теперь исследователи могут изучить различия между ДНК раковой ткани и ДНК нормальных клеток женщины.
Между тем, коллега Ахатца из A C Camargo, Фернанда Фортес, хочет знать, почему у детей с бразильской мутацией p53 риск рака надпочечников как минимум в десять раз выше, чем у населения в целом. И, поскольку не у всех детей с мутацией развивается этот рак, что нарушает баланс у тех, кто болеет? Анализируя как можно больше образцов тканей этих детей, Фортес надеется выяснить:. Она уже знает, что кислотность в их опухолевых клетках выше нормы. И она знает, что это важно – но насколько важно и в каком смысле? Является ли эта повышенная кислотность причиной или следствием злокачественного новообразования??
Это часть гораздо более обширной темы, которая сейчас волнует исследовательское сообщество p53: роль метаболизма при раке, поскольку оказывается, что супрессор опухолей также играет важную роль в этой области.
То, что метаболизм в раковых клетках сильно ненормален, – не новое открытие. В 1920-х годах немецкий биолог и медик Отто Варбург заметил, что раковые клетки потребляют глюкозу с огромной скоростью. Он обнаружил, что в то время как большинство нормальных клеток расщепляют глюкозу и шунтируют ее продукты в митохондрии – электростанции клетки – где они сжигаются в печи для производства энергии, опухолевые клетки частично подавляют активность митохондрий и используют большую часть глюкозы. для создания строительных блоков новых ячеек. Этот метаболический процесс, известный как аэробный гликолиз, требует почти в 20 раз больше глюкозы, чем митохондриальное дыхание, чтобы произвести энергию, необходимую клеткам – отсюда и ненасытный аппетит раковых клеток к глюкозе.
Варбург считал, что этот измененный метаболизм является причиной рака, и сказал об этом в статье 1956 года. Но его провокационная теория вскоре была омрачена революцией в молекулярной биологии, так как взволнованные ученые начали искать причины всего, что есть в нашей ДНК. По их словам, чрезмерный аппетит к глюкозе (так называемый эффект Варбурга) является следствием злокачественной трансформации клеток, а не движущей силой. Но теперь появляется все больше свидетельств того, что метаболизм действительно играет активную роль в развитии опухоли. По словам Эно, недавние исследования, в частности, р53, указывают на тот факт, что метаболические факторы "абсолютно фундаментальный для биологии рака".
С 1990-х годов были подсказки, что p53 участвует в метаболизме, но было совсем не ясно, как это соответствовало картине гена как супрессора опухолей. Однако в 2005 году ученые из Национального института здоровья США сравнили выносливость нормальных мышей с теми, у которых был удален ген p53. Мышей поместили в ведро с водой, и те, у кого отсутствовал p53, разорились гораздо быстрее, чем обычные: очевидно, что им было трудно вырабатывать достаточно энергии, чтобы оставаться на плаву. Итак, что происходило?
В своей лаборатории в Институте Битсона в Глазго Карен Воусден и ее коллеги-исследователи обнаружили, что при нормальном ходе событий p53 играет скрытую роль. Это не просто наблюдение и ожидание, чтобы остановить или убить потенциально опасные клетки, но на самом деле помогает клеткам избегать или выжить в вещах, которые могут их повредить, то есть в вещах, которые могут вызвать его противоопухолевый ответ. Другими словами, p53 ведет двойную игру: он способствует выживанию в определенных условиях, но когда он чувствует, что ситуация выходит из-под контроля, он вызывает отряд смерти.
Как объясняет Вусден, р53 способствует выживанию как регулятор метаболизма, помогая клеткам справляться с колебаниями в поставках топлива. "Это может происходить постоянно, и вам не обязательно убивать каждую клетку, в которой временно не хватает глюкозы. Итак, в таких ситуациях совершенно очевидно, что p53 помогает клеткам выжить. И он делает это, позволяя клетке реорганизовать свой метаболизм."
Как основной регулятор метаболизма, p53 помогает клеткам противостоять неэффективному эффекту Варбурга, поглощающему глюкозу, за исключением чрезвычайных ситуаций. Он также помогает избавиться от свободных радикалов – агрессивных побочных продуктов сжигания сахара для получения энергии в митохондриях – тем самым способствуя выживанию клеток, ограничивая ущерб, который эти частицы могут нанести ДНК. Но если опухолевый супрессор не работает, вредные свободные радикалы могут размножаться, а поврежденные клетки могут захватить метаболический механизм и переключиться на гликолиз, что значительно повышает их способность к репликации. Это рак в процессе становления.
Это направление исследований метаболических нарушений при раке открывает перед пациентами заманчивые перспективы. Например, что, если бы мы могли совершить набег на аптечку в поисках уже существующих лекарств от метаболических заболеваний и перепрофилировать их в качестве новых лекарств от рака?? "Вам даже не нужно будет проводить клинические испытания в целях безопасности," указывает Vousden, "потому что эти лекарства уже использовались миллионами людей в течение многих лет."
Это идея, которую многие лаборатории по всему миру, в том числе ее собственная лаборатория и лаборатория Эно во Франции, уже изучают с метформином, наиболее часто назначаемым лекарством от диабета, которое нацелено на нарушение метаболизма глюкозы. Люди с диабетом обычно подвержены повышенному риску рака, но врачи начали замечать, что риск рака у лиц, длительно принимающих метформин, оказался ниже даже, чем у людей, не страдающих диабетом. Может ли препарат оказывать защитное действие? Эксперименты в лаборатории показали, что он действительно токсичен для раковых клеток.
"Есть хорошие и плохие моменты," предостерегает Эно. "Метформин будет легко внедрить в лечение рака, потому что он уже представлен на рынке и существует большой опыт его применения пациентам: он безопасен, доказан, прост в применении. Он обладает всеми характеристиками, чтобы быстро помочь в лечении рака, если он имеет положительный эффект. Но с точки зрения устранения слабости раковых клеток к глюкозе это не так уж и важно."
Метформин уже проходит испытания за пределами лаборатории, с клиническими испытаниями на больных раком во многих центрах по всему миру, и Эно призывает Ахатц попробовать его и на некоторых из своих пациентов. Но врачи и ученые в равной степени осознают деликатность своих исследований среди бразильских семей Ли-Фраумени и опасность зарождения преждевременных надежд у людей, отчаянно жаждущих достижений.
С момента идентификации мутантного гена p53 у очень многих членов большой семьи Педро Гомеса они изо всех сил пытались – каждый по-своему – справиться с последствиями для себя и своих близких. Брат Гомеса, мэр небольшого городка на окраине Сан-Паулу, сдал анализ крови, но отказался узнать результаты. Только когда его дочери поставили диагноз «рак груди» накануне свадьбы, он понял, что не может скрыться от правды. Свадьба была отложена, пока она оправлялась от двойной мастэктомии, и сегодня она издевается над своим отцом, чтобы тот поехал вместе с ней на их ежегодные показы в A C Camargo.
Две племянницы мэра также являются носителями мутантного гена. Один говорит о ее диагнозе, "Это навсегда изменило мою жизнь; это свело меня с ума." Она боится своих ежегодных проверок, которые отнимают много времени, инвазивны и вызывают стресс, поскольку она ждет результатов, всегда ожидая плохих новостей о том, что ее мать умерла от рака груди. Она беспокоится о своем маленьком сыне, которого она еще не проверила, а также о морали иметь больше детей, которых она и ее новый муж очень хотят, и о возможности потерять свои яичники, матку или грудь из-за рака раньше. она может это сделать. Ее двоюродная сестра, которая тоже хочет детей, настроена более философски: что будет, будет, пожимает плечами. Когда она получила известие о мутации, шок, который она могла испытать для себя и своего отца, который получил результаты своих анализов одновременно, был переполнен беспокойством по поводу сильных страданий ее матери из-за ее семьи.
Ахатц остро осознает эмоциональную борьбу семей Ли-Фраумени, с которой она ежедневно сталкивается в своей клинике. "Мне очень ясно, что я занимаюсь наукой, чтобы лечить своих пациентов," она говорит. "Все, что я делаю, восходит к тому, как это влияет на них."
Итак, каковы перспективы лекарства от диабета? "Между доказательством принципа действия метформина у людей и знанием того, как доставлять его в нужных условиях, еще много шагов," предостережения Пьер Эно. "Но я очень надеюсь, что это сработает – по крайней мере, для бразильцев."