Nova teorija otkriva duboke evolucijske korijene raka
Paul Davies iz Centra Beyond s Državnog sveučilišta u Arizoni u suradnji s Charlesom Lineweaverom s Australskog nacionalnog sveučilišta predložili su novi način sagledavanja raka – prateći njegove duboke evolucijske korijene do pojave višestaničnih organizama pred više od milijardu godina. Ako je njihova teorija točna, to bi moglo promijeniti pristup u terapiji raka te povezati podrijetlo raka s podrijetlom života i razvojnim procesima embrija.
Davies i Lineweaver su obojica teorijski fizičari i kozmolozi s iskustvom u području astrobiologije – proučavanju života izvan Zemlje. Istraživanju raka okrenuli su se tek nedavno, dijelom zbog formiranja Center for Convergence of Physical Science and Cancer Biology na ASU-u. Centar je jedan od dvanaest uspostavljenih od strane Nacionalnog instituta za rak s ciljem omogućavanja znanstvenicima, fizičarima i kemičarima da pruže svoj uvid i daju doprinos u borbi protiv raka.
Nova teorija preispituje uvriježeno mišljenje da se rak iznova stvara u svakom novom domaćinu kroz niz slučajnih mutacijskih pogrešaka. Davies i Lineweaver tvrde da je rak zapravo organiziran i sistematski odgovor na neke stresne ili fizičke izazove. Može ga izazvati nasumična pogreška, kažu oni, no poslije se više ili manje predvidljivo razvija.
Njihov pogled na rak je sadržan u članku „Exposing cancer's deep evolutionary roots“, a napisao ga je Davies. Članak je objavljen u specijalnom srpanjskom izdanju časopisa Physics World orijentiranom fizici raka.
„Mi vidimo rak kao izvršavanje drevnog programa koji je prethodno učitan u genome svih stanica“, kaže Davies, profesor na ASU-u. „To je poput Windowsa koji prelaze u “safe mode“ nakon što je došlo do određene greške.“ Stoga, on objašnjava rak kao prebacivanje na drevni fenotip.
Nova teorija predviđa da će kako rak napreduje kroz sve više malignih stadija, on izražavati gene koji su mnogo dublje sačuvani unutar višestaničnih organizama te na određeni način još stariji. Davies i Lineweaver trenutno testiraju ovu pretpostavku uspoređujući podatke o genskoj ekspresiji iz biopsija raka s filogenetskim stablima koja idu unazad 1,6 milijardi godina, uz pomoć Luisa Cisnerosa, postdoktorskog istraživača na ASU-ovom Beyond Centru.
No ako je ovo slučaj, zašto evolucija nije eliminirala drevni potprogram raka?
„Zato što on ispunjava potpuno nužne funkcije za vrijeme ranijih stadija razvoja embrija“, objašnjava Davies. „Geni koji su aktivni u embriju i u pravilu neaktivni, poslije se aktiviraju ponovno u raku. Ovi isti geni su “drevni geni“, duboko u stablu višestaničnog života.“
Poveznica s embrionalnim razvojem poznata je već dugo vremena biolozima koji se bave proučavanjem raka, kaže Davies, no važnost ove činjenice rijetko se uvažava. Ako je nova teorija točna, istraživači će vidjeti da će viši maligni stadiji raka nanovo oslobađati gene iz najranijih stadija embriogeneze. Davies dodaje da već postoje određeni dokazi, proizašli iz nekolicine eksperimentalnih istraživanja koji idu u prilog ovoj tvrdnji, uključujući i nedavno istraživanje na Sveučilištu Harvard i njujorškom Albert Einstein College of Medicine.
„Napredovanje raka kroz svoje različite stadije unutar jednog organizma, nalik je na vrlo brzo kretanje evolucijskih i razvojnih kazaljki sata u obrnutom smjeru, dakle unatrag.“
Ovo može pokazati novi put u kontekstu budućih tretmana. Na primjer, za vrijeme monumentalnog koraka u kojem je život iz jedne stanice prešao u višestanične skupove, Zemlja je imala vrlo niske razine kisika. Zaista, rak se vraća u pradavni oblik metabolizma nazvan fermentacija, koji može proizvoditi energiju uz vrlo malu potrebu za kisikom, iako zahtijeva mnogo šećera.
Davies i Lineweaver predviđaju da ako su stanice raka zasićene kisikom no uskraćen im je šećer, one će se naći pod većim stresom od zdravih stanica, što će ih zatim usporiti ili čak i ubiti. ASU-ov Center for Convergence of Physical Science and Cancer Biology, gdje je Davies glavni istraživač, planira radionicu u studenom ove godine na kojoj će proučiti kliničke dokaze vezane uz navedenu tvrdnju.
„Jasna je potreba za novim radikalnim načinom razmišljanja“, izjavljuje Davies. „Poput starenja, izgleda da je rak duboko ugrađeni dio procesa života. Također, kao i starenje, rak se uglavnom ne može izliječiti no njegovi efekti se svakako mogu ublažiti, na primjer, odlaganjem nastupanja i produžavanjem perioda neaktivnosti. No ovo ćemo naučiti raditi učinkovito samo kada počnemo bolje razumijevati rak, uključujući i njegovo mjesto u velikom zamahu evolucijske povijesti.“
Iako se svakodnevno u pojedinim stanicama u našem organizmu genetski materijal remeti, samo dio tih stanica prolazi promjene zbog kojih se multiplicirati u kancerogene tumore, i samo neke od tih stanica imaju potencijal da to i realiziraju.
Stanice su posebno ranjive kada se nalaze u fazi dijeljenja, jednoj od nekoliko faza svog životnog ciklusa. Stoga, što se neka određena stanica češće dijeli u normalnom stanju, veća je vjerojatnost da se iz nje može razviti rak. Stanice poput onih koštane srži, kože, obloga želuca i crijeva često se obnavljaju i zato se mogu ozbiljnije oštetiti dozama radijacije koje imaju manji efekt na stanice koje se rjeđe dijele.
Za mnoge se kemijske faktore (karcinogene) zna da povećavaju rizik oboljenja od raka, poput nekih policikličnih hidrokarbona i radioaktivnih supstanci, dok rak kod ljudi, iako rjeđe, uzrokuje i nekolicina virusa, kao na primjer HPV (Humani papiloma virus), Epstein-Bar virus (Burkittov limfom) i Hepatitis B virus.
Genetski materijal se često oštećuje, no tek u rijetkim slučajevima abnormalne stanice koje nastaju u mogućnosti su da prežive dovoljno dugo da bi proizvele tumor. Tijelo na različite načine izvodi popravke na staničnoj razini, a izuzetno važan enzim u tom kontekstu je endonukleaza. Najčešće je šteta toliko ozbiljna da stanice nisu u mogućnosti funkcionirati normalno. Zbog toga što se ne mogu reproducirati, one stanice koje su zahvaćene oštećenjem jednostavno umiru i njihov sirovi materijal se reapsorbira, te ne dolazi do formiranja tumora.
Nekoliko oštećenih stanica preživi pa se defektivni geni prenose na stanice novih generacija. U ranim fazama stanice sadrže “ neispravan“ genetski materijal, no izgledaju i ponašaju se kao normalne stanice. Ovo latentno stanje u razvoju tumora može potrajati i nekoliko godina.
Imunološki sustavi u tijelu mogu identificirati i uništiti strane materijale. Stanice koje se abnormalno razvijaju su često prepoznate i brzo uništene, pri čemu specijalizirani dio imunološkog sustava, stanice ubojice (eng. killer cells), izdvajaju bolesne stanice i individualno ih uništavaju.
Novi agent, tzv. promoter, utječe na abnormalne stanice, stimulirajući ili dopuštajući da se efekti genetskog defekta manifestiraju. Oštećene stanice izgledaju drugačije od normalnih zdravih stanica i također se dijele relativno brzim tempom, mimo stvarnih potreba u tijelu. Krajnji rezultat je ili benigni tumor ili, ako su stanice u stanju nadirati ili uništavati okolno tkivo, rak.
Prema sposobnosti da unište ili prodru u okolno tkivo razlikujemo maligne od benignih tumora. Efekti ovog djelovanja mogu se proširiti izvan dijela tijela u kome se je tumor pojavio, stoga što se skupine abnormalnih stanica mogu prenositi cirkularnim sustavom. U tom slučaju, kako se abnormalne stanice nastavljaju brzo razvijati tijelom se mogu proširiti sekundarni tumori.
Izvor: Arizona State University