Сколько в человеческом организме клеток, не знает никто. Публикуемые в научных работах шести-, семи-, а то и восьмизначные цифры обозначают лишь приблизительную вероятность, но не реальное количество. Гораздо точнее наука установила разницу между ними - клетки сердца, легких, печени, почек, любых тканей отличаются друг от друга белками, из которых состоят, ферментами, участвующими в их функционировании, генами в их ДНК. И в "чужом" органе они работать не будут. Исключение составляют так называемые стволовые клетки, но не о них сейчас речь.
Но есть одно свойство, присущее всем клеткам, - свойство, за которое ученый с мировым именем академик РАН Владимир Скулачев образно назвал их камикадзе, - готовность в любой момент прибегнуть к "самоубийству" - запрограммированной клеточной смерти, называемой апоптозом. Название придумал древнеримский врач Гален, наблюдая осенний сброс листвы деревьями, - тоже своего рода суицид. К апоптозу клетка прибегает тогда, когда что-то в ней непоправимо сломалось и ее дальнейшее существование может навредить организму. Подчеркиваю: только может навредить, до настоящего вреда дело не доходит, поскольку тут же поступает приказ на уничтожение и запускается система умерщвления. Вот так клетки бросаются на амбразуру - все, кроме раковых.
Раковые будто пришли с другой планеты. В отличие от остальных они безудержно размножаются, пожирая ткани вокруг себя и образуя опухоль, растущую как лавина. И обладают поразительной способностью к выживанию, вот почему так трудно остановить их рост, а еще труднее вообще уничтожить. В отличие от остальных клеток, срок жизни которых исчисляется днями или неделями, раковые умирают вместе с "хозяином", в теле которого поселились и которого сами же убили. В некоторых лабораториях мира они живут в колбах уже более ста лет и чувствуют себя превосходно. И до недавнего времени считалось, что к добровольному уходу из жизни они неспособны. Российские и американские исследователи доказали, что это мнение ошибочно.
- Апоптоз, самоубийство клеток происходит по сложной, четко отработанной технологии, - рассказывает руководитель российской группы исследователей, лауреат Ленинской премии Михаил Ханин, профессор Центра теоретических проблем физико-химической фармакологии РАН. - В каждой клетке затаились и ждут своего часа особые ферменты, их называют каспазами. Это - палачи, непосредственные исполнители смертной казни. А сигнал к исполнению дают специальные рецепторы на клеточной мембране, зорко следящие за состоянием своей клетки, за ее взаимодействием с окружающими тканями и точно отмечающие момент, когда она может стать опасной для организма. Специалисты называют их жутковато - "рецепторы смерти". Отданный ими сигнал запускает длинную цепь биохимических реакций, в результате которых мирно "спящие" каспазы превращаются вдруг в бешеных убийц, уничтожающих цитоплазму, ядро и наконец сам геном клетки. Она сморщивается, уменьшает объем, после чего ее съедают окружающие здоровые клетки, используя ее ткани в своем развитии. Так сказать, своего рода безотходная технология.
Уже 30 лет биологи интенсивно изучают механизм апоптоза. И довольно далеко продвинулись в этой работе. Главное, выяснили, как запускается в действие огромная, многоэтапная цепочка биохимических реакций, несущая роковой приказ клетке на самоуничтожение, где одни белки и ферменты передают эстафету другим, на определенных этапах к ним примыкают третьи, четвертые, пятые и еще другие, которые вроде бы и не имеют прямого отношения к поставленной задаче, но без их присутствия приказ до цели не дойдет. Более того, исследователи научились сами запускать цепную реакцию апоптоза, провоцируя "рецепторы смерти" давать сигнал на уничтожение, и вполне работоспособные клетки послушно кончают самоубийством. Теперь остался последний шаг: от обычных клеток перейти к раковым.
Заставить раковую клетку покончить с собой... На первый взгляд - задача из области фантастики. Ведь цель этих клеток не оберегать организм, в котором они живут, а, наоборот, уничтожать окружающие ткани, пожирая их и перерабатывая в собственные белки, чтобы питать ими постоянно растущую опухоль. Так что, логически рассуждая с позиций здравого смысла, у раковых клеток вовсе не должно быть механизма апоптоза, а если он почему-то есть, то должен быть просто неработоспособным. Вот таким предположением поделился я со своим собеседником, чем вызвал у него откровенную усмешку.
- Неблагодарное это занятие - пытаться разгадать загадки природы, опираясь на обывательскую логику здравого смысла, - сказал Михаил Ханин. - Природа мыслит другими категориями, учитывая в своих решениях множество факторов, которые, на наш взгляд, никакого отношения к данной проблеме не имеют. Вот так и с раковыми клетками. Казалось бы, зачем им апоптоз, если их предназначение разрушать организм, а не оберегать его? Тем не менее в каждой раковой клетке, как и в любой другой, есть механизм самоуничтожения. И он безотказно срабатывает, если суметь его запустить.
В последней фразе - суть проблемы. Раковые клетки - отнюдь не сестры-близнецы, у каждого вида рака они свои. И по-разному противостоят попыткам запустить механизм апоптоза. Большинство клеток бешено сопротивляются, другие поддаются команде на уничтожение так же, как и обычные клетки, а третьи даже легче. Вот почему медицина достигла определенных успехов в лечении онкологических заболеваний. Некоторые болезни подчас излечиваются полностью, развитие других сильно замедляется. Сегодня медики считают, что все виды рака можно излечить апоптозом, тем более что механизмы его запуска давно освоены. Это, в частности, всем известные - радиационное облучение и химические токсичные вещества, которые не просто сами разрушают раковые клетки, как считалось раньше, а заставляют "рецепторы смерти" дать роковой сигнал. И чем раньше обнаружены скопления раковых клеток, начавших превращаться в опухоль, тем меньше их живучесть, тем слабее сопротивление сигналу на смерть. Есть и другие способы запуска апоптоза, только вот беда: ни один из них не дает стопроцентного эффекта. Один и тот же рак на одной и той же стадии у одного больного иногда излечивается полностью, у второго просто прекращается рост опухоли, а у третьего он лишь слегка замедляется. К тому же при одном запуске апоптоза результаты одни, при другом у того же вида рака бывают совсем другие. Поэтому не всегда можно предсказать заранее, что лучше поможет данному больному: облучение или химиотерапия? Почему же так происходит? А дело в том, что для науки до сих пор остается "черной дырой" средний этап апоптоза - процессы, происходящие между подачей сигнала на смерть и до разрушения клетки.
- Задача медицины - подавить сопротивление раковых клеток сигналу саморазрушения,- говорит Михаил Александрович,- добиться его неукоснительного выполнения. На это и направлена наша работа совместно с американскими коллегами из клиники Мейо в городе Рочестер (штат Миннесота), которой руководит выдающийся исследователь апоптоза, доктор философии и медицины, профессор Скотт Гарольд Кауфманн. И решаем мы эту проблему с двух разных сторон, соединив, казалось бы, далекие друг от друга вещи - биохимию и математику.
Надо думать, природе пришлось немало потрудиться, чтобы решить головоломную задачу - как изменить главное свойство обычной клетки при перерождении ее в раковую, не изменяя ее строения. Ведь механизм апоптоза никуда не выбросишь, он остается в клетке, задачи которой теперь кардинально меняются: не оберегать организм, а разрушать его. И апоптоз должен не мешать этому процессу, но тем не менее быть готовым и к разрушению самой клетки на случай, так сказать, непредвиденных ситуаций. Природа решила эту задачу, сделав раковый апоптоз сложнейшей нелинейной системой, в которой участвует огромное количество белков, где одни способствуют самоубийству клеток, другие не мешают, а третьи препятствуют. И во всей этой запутанной паутине различных биохимических процессов скрывается некий единственный процесс, который и приводит к окончательному результату - смерти клетки. Природе он известен, и она им иногда пользуется: иначе чем объяснить редкие случаи самоизлечения рака, ставящие медиков в тупик? Науке же пока известно, что этот процесс существует и у каждого вида рака он свой. Его и необходимо вычленить, выявить участвующие в нем белки, определить влияние каждого из них на общую динамику системы. Более того, необходимо определить скорость каждой из десятков и сотен биохимических реакций, входящих в систему апоптоза данного вида рака, без чего невозможно научиться управлять этим процессом. По сравнению со всей этой работой поиски пресловутой иголки в стоге сена - задачка для первоклассников. И исследования американских биохимиков грозили затянуться на десятки лет, если бы к ним не пришли на помощь российские математики.
- В последние годы математические и компьютерные модели занимают все большее место в биологических лабораториях, показав себя весьма эффективным методом исследования динамики сложных биохимических систем, - отмечает профессор Ханин. - А если говорить просто, то все, что биохимики создают в своих колбах и на что у них уходят недели и месяцы, а бывает, и годы, мы воспроизводим на экране компьютера, за считаные минуты проигрывая вариант за вариантом.
Конечно, это сказано слишком просто. На деле же идет сложнейшая работа - скрупулезный перебор на компьютерных моделях всех биохимических реакций, входящих в систему апоптоза, и их сочетаний. Определение их скоростей и других параметров, сверка полученных данных с теми, что успели получить коллеги за океаном - если сошлось, значит, правильно. Вот так белок за белком определяется одна из возможных цепочек от "рецепторов смерти" до раковых клеток. Но как определить, та ли это цепочка, по которой приказ на смерть дойдет до адресата, не потеряв силы, и разбудит "спящих" каспаз, заставив их приступить к своей палаческой работе? Или в нее попали белки лишние, не поддерживающие приказа, а то и препятствующие ему? Поэтому полученные варианты тестируются великим принципом оптимальности, которым руководствуется природа, создавая все свои творения. Он гласит, что все, что делается, должно происходить с минимальными затратами времени и энергии. Поэтому исследователи четко знают, что им надо искать, - цепочку биохимических реакций, содержащую минимальное количество белков, по которой сигнал на смерть доходит до палачей-каспаз за минимальное время и с минимальными потерями энергии. А вот получение этих данных позволит медикам создать систему управления механизмом апоптоза, действующую при лечении больных с максимальной эффективностью.