Заразный рак двустворчатых моллюсков оказался генетически нестабилен

Две научных группы независимо друг от друга изучили эволюцию и генетические характеристики трансмиссивного рака у двух разных видов морских двустворчатых моллюсков. В обеих работах было показано, что дающие начало опухолям клеточные линии имеют давнюю историю, которая может насчитывать сотни лет, и обладают высокой нестабильностью генома. Посвященные этому публикации (1, 2) появились в журнале Nature Cancer.

Как правило, онкологические заболевания зарождаются и развиваются в одном организме, не передаваясь другим. Однако бывают злокачественные новообразования, клетки которых, попадая в организм того же биологического вида, продолжают размножаться в нем подобно метастазам, вызывая рак. Они распространяются в популяции, продолжая циркулировать в ней длительное время после смерти исходного организма. В настоящее время по одной разновидности заразного рака известно у собак (трансмиссивная венерическая саркома) и тасманийских дьяволов (лицевая опухоль). Кроме того, как минимум восемь злокачественных клеточных линий выявлены у разных видов двустворчатых моллюсков. Предположительно, они передаются, свободно плавая в морской воде. Попав в организм моллюска, они накапливаются в гемолимфе (а позже и в других тканях), вызывая диссеминированную неоплазию — онкозаболевание, схожее с лейкозом млекопитающих и птиц. Происхождение и эволюция этих трансмиссивных клеточных линий мало изучены.

Команда ученых из 11 стран под руководством Хосе Тубио (Jose Tubio) из Университета Сантьяго-де-Компостелы и Адриана Баэс-Ортеги (Adrian Baez-Ortega) из Кембриджского университета проанализировала 6854 образца съедобных сердцевидок (Cerastoderma edule), собранных в 36 локациях на побережье Европы и Северной Африки — от Дальних Зеленцов на Кольском полуострове до Уалидии в Марокко. У 5,7 процента из них были обнаружены признаки диссеминированной неоплазии, в каждом пятом случае заболевание протекало в тяжелой форме. Все пораженные моллюски были найдены на участке побережья от Ирландии до юга Португалии.

Генетический анализ с построением референсного генома выявил, что заболевание вызывают две независимые клеточные линии (авторы работы обозначили их CedBTN1 и CedBTN2), происходящие от гемоцитов (фагоцитирующих иммунных клеток гемолимфы беспозвоночных). Расчетное распределение сателлитных ДНК указало на то, что эти линии могут существовать с давних времен. При этом, по данным цитогенетических исследований и анализа числа копий, им свойственна крайняя нестабильность генома (в отличие от клеток заразного рака млекопитающих). Ее вероятными движущими факторами служат полногеномная дупликация, амплификация онкогенов и супрессия репарации ДНК после алкилирующих повреждений. Анализ митохондрий показал, что опухолевые клетки могут захватывать эти органеллы у организма-хозяина, в том числе в ситуациях ко-инфекции CedBTN1 и CedBTN2.

Авторы другой работы — Майкл Метцгер (Michael Metzger) из Тихоокеанского северо-западного исследовательского института и его коллеги из США и Чили — использовали в работе образцы песчаной мии (Mya arenaria), собранные на побережьях американских штатов Мэн и Нью-Йорк, а также канадского Острова Принца Эдуарда. Они собрали референсный геном, после чего полностью секвенировали геномы трех здоровых моллюсков и восьми изолятов клеточной линии трансмиссивного рака (MarBTN), чтобы по распространению однонуклеотидных полиморфизмов проследить эволюционную историю этой линии.

Как и в случае CedBTN1 и CedBTN2, у MarBTN обнаружилась широко распространенная нестабильность генома. В частности, она проявлялась высокой плотностью мутаций, увеличением числа копий, структурными перестройками, утратой гетерозиготности, вариабельной длиной теломер, расширением митохондриального генома и активностью транспозонов. Обнаружение характеризующей мутации SigS, связанной с ошибками в работе ДНК-полимеразы, позволило оценить возраст клеточной линии MarBTN в более чем 200 лет (а вероятно, и более 400 лет).

Как показали обе работы, клеточные линии заразного рака двустворчатых моллюсков способны выживать в течение многих лет и поколений. Они сохраняют свои трансмиссивные свойства несмотря на активную эволюцию, обусловленную высокой нестабильностью генома.

В отличие от диссеминированной неоплазии моллюсков, лицевая опухоль тасманийских дьяволов эволюционно консервативна. Долгое время существовали опасения, что это заболевание ставит под угрозу само существование вида, однако в сильно поредевших популяциях этих животных его распространение значительно замедлилось. Кроме того, здоровые дьяволы были ретроинтродуцированы в Австралию, где принесли потомство.