Эволюционные биологи выдвинули новую гипотезу, объясняющую такую широкую распространенность полового размножения среди эукариот. Согласно эссе, опубликованному в PLOS Biology, размножение при помощи выделения отдельной линии половых клеток позволило многоклеточным организмам избежать передачи от предков к потомкам злокачественных клеток.
Подавляющее большинство видов эукариотических организмов размножаются с участием полового размножения, хотя оно гораздо более медленное и энергозатратное, чем вегетативное размножение (например, путем деления). Пытаясь объяснить этот феномен, исследователи предложили ряд гипотез, согласно которым половое размножение дает выгоду в эволюционном контексте. Так, например, половое размножение, при котором происходит перемешивание аллелей (вариантов генов), дает новые варианты, а они могут пригодиться в меняющихся условиях среды и для противостояния патогенам. Кроме того, перемешивание аллелей предотвращает накопление вредных мутаций в череде поколений.
Тем не менее, гипотезы генетического разнообразия хорошо объясняют только сохранение полового размножения для тех видов, которые могут размножаться как с участием половых клеток, так и вегетативно. Однако самые сложные организмы (например, млекопитающие), сохранили способность только к половому размножению.
Исследователи из французского Университета Монпелье и Университета Тасмании предложили новую гипотезу, которая построена вокруг раковых клеток. Многоклеточные организмы можно рассматривать как сообщество линий клеток, которые должны уживаться между собой, разделяя обязанности благодаря специализации. Тем не менее, в результате мутаций те или иные линии превращаются в «читеров», которые используют общие ресурсы для собственного неконтролируемого размножения.
При бесполом размножении такие клетки будут с большой вероятностью передаваться потомству, и рано или поздно уничтожат собственный вид. При этом переход к половому размножению дает шанс организму «начать с нуля» и развиться в многоклеточное сообщество, свободное от таких «читеров».
В поддержку своей гипотезы авторы замечают, что те многоклеточные организмы, которые активно используют вегетативное размножение, выработали специальные механизмы защиты от злокачественных клеток. К примеру, у растений не бывает рака, но строение растительного организма, включающее жесткую клеточную стенку и ограниченную передачу клеток между разными частями, само по себе не способствует развитию злокачественных линий. Некоторые животные, полагающиеся на бесполое размножение (такие, как коловратки), в высокой степени устойчивы к мутагенам, а значит, и к онкогенезу.
Злокачественные клетки способны не только паразитировать на том организме, из которого произошли, но и передаваться от особи к особи. Наиболее известный пример заразного рака — лицевая опухоль тасманийского дьявола, которая передается при укусах. Кроме того, заразный рак поражает собак и один из видов двустворчатых моллюсков.
Мы рассказывали, что, согласно одной из гипотез, рак назвали неизбежной альтернативой старению многоклеточных организмов.
Дарья Спасская
Причина оказалась в реакции на воспаление
Неврологи из Национального института здоровья США описали патогенез синдрома хронической усталости у пациентки, болевшей раком молочной железы и волчанкой. У нее обнаружили повышенную активность белка WASF3, мешающего сборке и скоординированной работе электрон-транспортной цепи митохондрий. Гиперактивация WASF3 возникла в ответ на системное воспаление, в результате снизилась эффективность тканевого дыхания, а вместе с ней и переносимость физической нагрузки. Наблюдение опубликовано в журнале Proceedings of the National academy of sciences. Центральное место в возникновении миалгического энцефаломиелита-синдрома хронической усталости занимает ответ организма на воспаление. Часто синдром связан с повышением уровня провоспалительных цитокинов, а проявления включают не только слабость и повышенную утомляемость, но и такие физические симптомы и молекулярные проявления, как снижение аэробных возможностей организма и изменение липидного обмена лимфоцитов. Патогенез синдрома пока не расшифрован до конца: лишь часть случаев синдрома хронической усталости удается объяснить последствием инфекций, а популяционно-генетические исследования плохо справляются с объяснением, почему у одних людей возникает синдром хронической усталости или похожий по проявлениям синдром поствирусной усталости, а у других — нет. Неврологи из Американского национального института здоровья под руководством Пола Хвана (Paul M. Hwang) обнаружили еще один механизм возникновения синдрома хронической усталости, обследуя пациентку с синдромом Ли-Фраумени. Это наследственное заболевание вызвано мутацией в антионкогене TP53 и проявляется злокачественными опухолями начиная с молодого возраста. У 38-летней женщины, перенесшей две опухоли молочной железы и болеющей системной красной волчанкой, с 16 лет регулярно возникали боли в мышцах ног после неинтенсивных физических нагрузок, а обследование у неврологов и ревматологов не позволило обнаружить причину симптомов. Пациентка была направлена в центр, занимающийся изучением митохондриальных заболеваний — ведь митохондриальные дисфункции часто сопровождаются мышечными симптомами, а белок p53 влияет напрямую на митохондрии. Ученые обнаружили, что у пациентки примерно в два раза снижена скорость восстановления мышечных запасов креатинфосфата и активность IV комплекса дыхательной цепи митохондрий. Причем снижены не только в сравнении со здоровыми людьми, но и в сравнении с родным братом пациентки, носителем той же мутации в TP53, не болевшим опухолями или аутоиммунными заболеваниями. В мышечных клетках у сестры было больше активной (фосфорилированной) формы белка p53, чем у брата, а причиной тому, как выяснили ученые, является повышенная активность белка WASF3. Функции этого внутриклеточного белка касаются ремоделирования цитоскелета и регуляции синтеза АТФ в митохондриях, но через цепочку посредников белок влияет и на активность p53. Ученые создали несколько линий мышей с гиперактивированным или выключенным WASF3 и выяснили, что WASF3 нарушает организацию III и IV комплексов электрон-транспортной цепи митохондрий на мембране и ускоряет деградацию IV (цитохром с-оксидазного) комплекса. Эффективность работы дыхательной цепи максимальна, когда два комплекса находятся в непосредственной близости друг от друга в соотношении 2:1, а нарушение пропорции снижает КПД клеточного дыхания. Мыши с несколькими копиями WASF3 показывали более низкие результаты в беговых упражнениях. У пациентки же повышение активности WASF3 было связано с посттрансляционными модификациями белка, но не имело геномной подоплеки и не сопровождалось изменениями транскриптома клеток. Нарушения энергетического обмена в клетках иммунной и нервной системы при синдроме хронической усталости были известны и раньше, но находка американских врачей подчеркивает, что данные отдельно геномики или протеомики не всегда эффективны в расшифровки патогенеза болезней, в которых тесно переплетены геномные факторы и ответ на действие внешней среды. Изучению патогенеза синдрома хронической усталости во многом поспособствовал постковидный синдром, имеющий похожие звенья патогенеза и клиническую картину. Но мы рассказывали и о других факторах, ухудшающих работу мышц — в частности, о том, как прием антигистаминных препаратов снижает тренируемость.