1.6. «Альтруистическое поведение» клеток многоклеточного организма

Подытоживая всё вышеизложенное, можно заключить, что каждая ткань занимает в организме определённый континуум, имеющий заданные пространственные и временные параметры. То есть каждая ткань в организме имеет: 1) строго определённое местоположение, 2) строго определённые размеры, 3) формируется в строго определённый момент онтогенеза, 4) обновляется со строго определённой скоростью.

Понятно, что при нарушении этих параметров нарушается структура организма, его целостность, а значит, жизнеспособность. Все свойства тканей – в том числе и рассматриваемые сейчас - обусловлены генетически, а значит, могут быть нарушены лишь мутационным путём, что является причиной раковых (онкологических) заболеваний, то есть образования опухолей.

В течение человеческой жизни происходит около 10  клеточных делений. Вероятность возникновения спонтанных мутаций не велика – около 10  на 1 ген за 1 цикл деления. Однако, если умножить эту величину на число клеточных делений, то общая вероятность возникновения соматических мутаций в организме на протяжении жизни составит огромную величину – 10 . И если причиной возникновения раковых заболеваний являются именно соматические мутации, то в этом случае организм был бы заполнен опухолями (то есть массой генетически чуждых клеток) ещё до завершения его формирования. Однако это не соответствует реальности.

Таким образом, проблема понимания причин раковых заболеваний состоит в выяснении, фигурально выражаясь, не только того, почему они (эти заболевания) возникают, а и того, почему они возникают редко.

Раковые клетки характеризуются двумя главными особенностями, которые сохраняются и у их потомства: 1) они размножаются без тех ограничений, которые имеют силу для нормальных клеток; 2) они захватывают и заполняют в организме места («ниши»), предназначенные в норме для других клеток. Именно комбинация этих черт делает это заболевание особо опасным. Потому что если пролиферация клетки выходит из-под контроля, она даёт начало неоплазме – опухоли – неотвратимо растущей массе аномальных клеток, которая вытесняет нормальные, функционально необходимые для организма клетки. По сути дела, клетки одного организма вступают в конкурентные отношения друг с другом, что для него губительно.

Отдельная дефектная клетка, размножающаяся не быстрее, чем её нормальные соседи, принесёт немного вреда, какими бы неприятными особенностями она бы ни обладала. Но если её пролиферация выходит из-под контроля, такая клетка и даёт начало опухоли.

В том случае, когда новообразовавшиеся клетки остаются компактным, чётко локализованным скоплением, опухоль считается доброкачественной, и потому хирургическое её удаление обычно приводит к излечению.

Раковая же опухоль образуется в том случае, когда клетки опухоли выходят за пределы исходного локуса. Такая опухоль называется злокачественной. Клетки в этом случае приобретают способность к инвазивному росту – способностью разрушать естественные барьеры, проникать в кровяное русло и лимфатические сосуды и формировать вторичные опухоли, – метастазы, что ведёт, в конечном итоге, к полной деструкции организма.

Если бы одной мутации в каком-нибудь гене было бы достаточно, чтобы клетка стала раковой, то, как уже отмечалось, организм был бы нежизнеспособен. На самом же деле, существует множество указаний на то, что для возникновения рака необходимо совпадение нескольких событий в одной клетке, происходящих независимо друг от друга и весьма редко. В частности, об этом свидетельствует резкое увеличение заболеваемости раком с возрастом – в третьей, четвёртой, а то и пятой степени: если бы для возникновения рака было бы достаточно одной мутации (с постоянной вероятностью), то этой возрастной зависимости не было. Эпидемиологическая статистика показывает, что для превращения нормальной клетки в опухолевую требуется от трёх до семи независимых случайных событий, каждое из которых имеет низкую вероятность.

Кроме того, нераспространению мутантных клеток способствует и пространственная организация ткани. Например, в кишечном эпителии стволовые клетки находятся на дне крипт (подробно об этой ткани см. в соответствующем разделе). В результате чего потомки той или иной стволовой клетки размещаются на боковой поверхности ворсины – от крипты до её вершины; закончив своё функционирование, они слущиваются. Таким образом, на одной стороне крипты располагается один микроклон клеток, на противоположной – другой. То есть благодаря такой пространственной организации в большинстве случаев даже при мутации генетически чуждые клетки не выходят за пределы обычного локуса.

Наконец, в многоклеточном организме имеется система поддержания клеточного гомеостаза, чьё функционирование направлено на борьбу с соматическими мутациями - так называемый клеточный (трансплантационный) иммунитет (см. соответствующий раздел).

Важность изучения клеточной биологии рака обусловлена тем, что в основе целой группы родственных заболеваний, объединённых этим названием, лежат нарушения наиболее фундаментальных законов поведения клеток в многоклеточном организме. Для того, чтобы разобраться в сущности этих заболеваний и разработать рациональные способы его лечения, необходимо понять как внутренние механизмы поддержания и обновления тканей, так и механизмы взаимодействия клеток друг с другом в тканях и организме в целом. Именно по этой причине фундаментальные исследования рака столь существенно обогатили знания о нормальных клетках.

Многоклеточный организм по сути дела представляет собой специфическое сообщество клеток – ещё Р. Вирхов называл его «клеточным государством». В нём преобладание альтруистических тенденций над конкуренцией является правилом для всех типов клеток (кроме одного – популяции половых клеток, которые, строго говоря, не составляют структуру организма). Любые соматические клетки в конечном итоге обречены на умирание без потомства. Однако самим своим существованием они обеспечивают сохранение клеток половых – единственных, кто имеет шанс выжить и продолжить себя в потомстве. В этом нет парадокса, поскольку многоклеточный организм, по сути, является единым клеточным клоном, в котором генотипы соматических и половых клеток идентичны. Следовательно, «жертвуя собой» ради блага половых, соматические клетки способствуют распространению собственных генов.

 Таким образом, в отличие от свободно живущих клеток - то есть одноклеточных организмов - между которыми происходит постоянная конкуренция в борьбе за выживание, клетки многоклеточного организма «обречены» на сотрудничество. В этой ситуации любая мутация, которая порождает отход от альтруистического поведения отдельных членов подобного сообщества, ставит под угрозу само его существование, а значит, и всех входящих в него клеток. Поэтому мутации и конкуренция, возникающая внутри популяции соматических клеток – признаки глубокой патологии.