Молекулярная биология клетки. Том 4 - Албертс Б.
Скачать (прямая ссылка):
Эпителиальный слой, будучи своего рода тюрьмой для своих собственных клеток и их потомства, может также служить для обособления других клеток. Например, слой эндотелиальных клеток, выстилающий кровеносные сосуды, удерживает клетки крови в кровяном русле. Аналогично этому эпителий, выстилающий кишечник, не дает соединительнотканным клеткам уходить из его сгенки в просвет кишки. Большинство типов клеток в организме, в том числе многие очень быстро обновляющиеся клетки, организованы в эпителиальные слои. Таким образом, компартментализация организма, осуществляемая эпи-телиями, играет ключевую роль в сохранении обособленности клеток и удержании их на надлежащих местах.
16.8.2. Нормальным соматическим клеткам суждено погибнуть, чтобы половые клетки смогли выжить [39]
В начале этой главы была высказана мысль, что организм можно рассматривать как сообщество или экосистему, отдельными членами которой являются клетки; и далее нас в первую очередь интересовали проблемы, изучаемые также экологами: рождаемость, смертность, местообитания, территориальные ограничения, поддержание размеров популяции и т. п.-применительно к клеткам организма. Но при этом один экологический аспект явно отсутствовал: это вопрос о естественном отборе. Ничего не говорилось о конкуренции или мутациях соматических клеток. Причина этого в том, что здоровый организм представляет собой в этом отношении очень своеобразное сообщество-такое, в котором абсолютный альтруизм служит высшим законом поведения для всех групп индивидуумов, кроме одной. Все соматические клетки должны погибнуть, не оставив потомства, для того чтобы половые клетки имели шанс на выживание. В этом, однако, нет ничего загадочного. Хотя соматические клетки гибнут, онн помогают сохранению генов, которые они несут сами, так как организм-это клон, и гены в соматических клетках те же, что и в половых клетках. Геном, порождающий «тупиковые» линии смертных дифференцированных клеток, успешно воспроизводится потому, что наряду с ними он порождает половые клетки, выживающие благодаря самопожертвованию их сородичей.
Вопрос об эволюционной выработке альтруистического поведения, приносящего пользу близким родственникам, широко обсуждался социобиологами. Примером может служить забота родителей о потомках, и еще более яркий пример-забота рабочих пчел о матках. Необычайно альтруистичное поведение общественных насекомых, таких как муравьи, пчелы и осы, можно объяснить генетическими особенностями их полового репродуктивного цикла: этот цикл организован таким образом, что сестринские особи имеют значительно более сходные геномы, чем сестры или братья (а также родители и нх потомки) у большинства других видов. Поэтому альтруистический акт по отношению к сестринской особи у муравьев, пчел или ос больше способствует сохранению генов, ответственных за такое поведение, чем тот же альтруистический
акт у других животных. В сообществе клеток, составляющих организм многоклеточного растения или животного, геномы не просто сходны, а идентичны и поэтому не удивительно, что альтруизм здесь доведен до крайней степени.
Конечно, отдельные клетки клона могут и не придерживаться стратегии специализации и альтруизма: тысячи генетически идентичных бактерий Е. coli, происходящих от одной родительской клетки, конкурируют между собой, вместо того чтобы сотрудничать. Но если стратегия сотрудничества, предназначенная для распространения данного генома, уже возникла, тогда всякая мутация, приводящая к неальтруистичиому поведению отдельных членов сообщества, становится особенно опасной. Эгоистичное поведение мутантной клетки в организме подвергает риску будущее всего многоклеточного коллектива. Иными словами, мутации и естественный отбор, действующие внутри популяции соматических клеток, могут привести к гибели. Насколько велика опасность в этом случае и какого рода защита от иее выработалась в процессе эволюции?
16.8.3. Раковые клетки нарушают правила альтруистичного социального поведения [40]
В течение жизни в человеческом организме происходит около 1016 клеточных делений. Время от времени возникают спонтанные мутации; для клеток человека их среднюю частоту оценить трудно, но, по-видимому, она составляет около 10'6 мутаций на один ген за один цикл деления. Таким образом, на протяжении жизни каждого индивида обычный ген, вероятно, может подвергнуться мутации примерно в Ю10 отдельных случаях. Среди мутантных соматических клеток почти наверняка будет много таких, которые делятся, игнорируя нормальную регуляцию или быстрее, чем немутантиые клетки того же типа. Поэтому проблема рака состоит не в том, почему он возникает, а в том, почему он возникает не так уж часто. Почему наш организм не переполнен непрерывно появляющимися мутантными клонами, имеющими селективное преимущество перед нормальными клетками?
Ответ на этот вопрос будет достаточно сложным. Предположим, например, что какая-то клетка в эпителии тонкой кишки подверглась мутации, ускоряющей ее деление. Последствия этого будут зависеть от местоположения клетки в момент возникновения мутации. Если, например, клетка находилась около дна крипты, то она и ее мутантные потомки будут обычным образом передвигаться на открытую поверхность ворсинки и в конце концов будут сброшены в просвет кишечника (см. рис. 16-20). Для образования клона, который сохранится в организме, нужно, чтобы мутация возникла в стволовой клетке. Однако даже это само по себе еще не создаст непосредственной угрозы. Каждая крипта представляет собой автономную пролиферирующую единицу, надежно изолированную от соседних крипт открытой поверхностью, где клетки окончательно дифференцируются и разрушаются. Поэтому мутантная стволовая клетка, которая просто размножается быстрее, чем нормальная, может заселить своими потомками собственную крипту и смежные с ней ворсинки, но эти потомки не смогут переходить из одной крипты в другую и, значит, будут не в состоянии распространиться во всем остальном кишечнике. Мутантные стволовые клетки кишечного эпителия станут опасными лишь в том случае, если они преодолеют территориальные барьеры, которые удерживают нормальные клетки в недлежащих местах. Иными словами, мутантные клетки должны быть способны к инвазивному росту или метастази-рованию. Каким-то образом они должны расти и распространяться в подлежащей соединительной тканн, вход в которую для нормальных эпителиальных клеток закрыт базальной мембраной и «правилами поведения». Или же мутантные клетки должны выслать колонистов, которые смогут пробираться по чужим территориям н продолжать пролиферацию в таких условиях, в которых нормальные клетки размножаться не будут. Клетки, которые
