Медицина для умных. Современные аспекты доказательной медицины для думающих пациентов - Алексей Дмитриевич Парамонов

Клеточная биология

Для того чтобы понять, как нормальная клетка становится опухолевой, нужно немного напомнить основные процессы клеточной биологии, и я постараюсь сделать это кратко и не занудно. Сколько клеток в теле человека? Что вообще происходит на том уровне?

В среднем в теле человека, по разным подсчетам, от 30 до 40 триллионов (3–4×1013) клеток (что примерно в 100 раз больше, чем количество всех деревьев на нашей планете). Каждая из этих клеток – невероятно сложноорганизованная, автономная, универсальная фабрика, которая постоянно делится и создает свои копии, населяющие наш организм и выполняющие разные функции. Информация о том, как и когда эта клетка создается, какие функции она выполняет, какое место в организме занимает, включая все фазы созревания организма, от слияния 2 половых клеток до формирования взрослого человека, «записана» в генетическом коде – молекуле ДНК.

ДНК содержит информацию обо всем, что касается нашего организма, его строении, функции, и переносится от клетки к клетке. Совокупность всей генетической информации, содержащейся в ДНК, называется геномом, а отдельный ее участок, кодирующий определенный признак (например, белки, которые необходимо производить), называется геном. Каждая наша клетка содержит одинаковую ДНК, «упакованную» в набор из 23 пар хромосом: 22 пары аутосом (одинаковых для каждого пола) и еще пара «половых» хромосом (всего 46 хромосом). ДНК одной клетки – это довольно длинная молекула. Если ее растянуть, она будет составлять порядка 2 метров в длину. Хромосома, если сильно упрощать, – это вид «укладки» молекулы ДНК.

ДНК состоит из 2 полинуклеотидных цепей, состоящих из последовательности нуклеотидов, каждый из которых состоит из одного из 4 азотистых оснований (аденин, тимин, гуанин, цитозин) и химической матрицы – остова молекулы. Все наши смартфоны, ноутбуки и прочие гаджеты кодируют информацию в двоичной системе (0 – нет сигнала, 1 – есть сигнал). ДНК, в свою очередь, содержит информацию, кодированную в четырехзначной системе, что кратно увеличивает емкость хранящейся информации. Нуклеотиды строго комплементарны (подходят) друг другу (аденин к тимину, гуанин к цитозину), что позволяет достраивать нуклеотиды в каждой отдельной разделенной цепочке или ее фрагменте. Иными словами, информация в одной цепочке повторяет информацию в другой, а сама цепочка может расходиться и сходиться, как молния на куртке. Это основа для дублирования, копирования фрагментов и считывания информации, которая зашифрована в последовательности нуклеотидов. Цепочка в буквальном смысле содержит информацию о том, какой белок в какой момент производить, а в какой момент прекращать, когда клетке делиться, а когда умирать. Во время деления клетки происходит передача двух одинаковых копий генетического материала двум дочерним клеткам.

Естественно, такая сложная организация предполагает сбои – фрагменты молекулы ДНК могут ломаться под воздействием разных факторов. Как на любой фабрике, внутри клетки имеется множество запасных узлов, а также системы, отвечающие за процесс ее «ремонта», контроля соответствия между исходными и «отремонтированными» фрагментами. В тех случаях, когда «ремонт» не удается, возникает мутация – неправильный фрагмент ДНК начинает производить дефектный белок, перестает выполнять определенную функцию и теряет свою нормальную структуру. Такие клетки подлежат уничтожению иммунной системой, которая обнаруживает их по специфическим опознавательным знакам – антигенам, которые находятся на поверхности клеток, но так происходит не всегда, и мутации со временем накапливаются.

Очень важно понимать, что единичные мутации не вызывают развития злокачественных опухолей.

Таким образом, мутации могут возникать как спонтанно во время деления, так и под воздействием внешних факторов – мутагенов. Мутации в ДНК возникают постоянно и тем чаще, чем больше циклов воспроизводства, а также чем сильнее и длительнее воздействие мутагенов. Те мутагены, которые вызывают мутации, приводящие к развитию злокачественной опухоли, называются канцерогенами (подробнее об этом в параграфе «Профилактика рака»).

Нетрудно представить, что в течение жизни организма количество мутаций накапливается, что приводит к отключению некоторых важных генов, например, генов-супрессоров, подавляющих рост клеток. В конечном счете, количество мутаций переходит в качество, и наши собственные клетки теряют дифференцировку, утрачивают способность останавливать клеточное деление и формируют скопления в виде новообразований – опухолей.

Почему такие клетки не уничтожаются собственной иммунной системой? Одной из причин является то, что в нашем организме все сбалансировано, и есть механизмы выключения иммунной реакции, чтобы контролировать иммунную систему. Когда иммунная система слишком активна, она может атаковать собственные нормальные клетки. В этом случае развиваются аутоиммунные заболевание. Клетки злокачественной опухоли в ряде случаев, за счет приобретенных мутаций, начинают использовать эти механизмы и «избегают» уничтожения иммунной системой.

Теперь отойдем от конкретной клетки и поднимемся немного выше, на уровень клеточной организации.

Все клетки нашего организма произошли из одной – зиготы, которая возникла в процессе оплодотворения сперматозоидом яйцеклетки. Как из одной клетки получился такой сложноустроенный организм? Эта единственная клетка многократно делилась, но получившиеся клетки начинали дифференцироваться на все более и более специфичные, становясь разными тканями и формируя в последующем органы.

Термин «дифференцировка» обозначает обретение клеткой отличительных черт, определяющих ее место и функции в организме.

Все клетки в нашем организме имеют свое место, и то, какой клетка должна стать, определяется на уровне ДНК. В нашем оргазме есть клетки, находящиеся на разном уровне дифференцировки. Например, в процессе регенерации кожи участвуют уже высокодифференцированные клетки, которые уже сразу (на месте) имеют свою определенную функцию, форму и место. Другие, например, клетки крови, созревают в костном мозге из так называемых клеток-предшественников и в процессе созревания приобретают свою дифференцировку. Сложность этого процесса может стать понятна на схеме ниже, которая показывает процесс дифференцировки клеток крови.

Клетки злокачественной опухоли утрачивают свою дифференцировку, но это не означает, что они поднимаются на уровень выше, становясь более универсальной и более сложной клеткой. Наоборот, изменения происходят в сторону упрощения – дедифференцировки (нарушения дифференцировки). Клетки становятся неправильными по форме, менее организованными, с нарушенной внутренней структурой и, как следствие, нарушенными функциями. Чем ниже дифференцировка опухолевой клетки, тем она более агрессивна и тем сложнее она поддается терапии.

Таким образом, возвращаясь обратно, все нормальные клетки в нашем организме имеют свое место, которое определяется на уровне ДНК.

Изначально все клетки, где бы они ни находились, имеют определенную форму и являются частью какой-то ткани или органа, как ровные кирпичики в стене. Это называется тканевой архитектурой.

Под воздействием разных причин, которые также являются пусковыми для канцерогенеза (образования злокачественной опухоли), возникает постоянное деление еще условно нормальных клеток (но уже на этом уровне может возникать клеточная атипия), таким образом их становится больше на определенной единице площади. Это обозначается термином «гиперплазия». По мере нарастания клеточных изменений происходит дисплазия (неправильное