Американские ученые выяснили, что некоторые типы рака практически невозможно предотвратить. Мутации, которые их вызывают, в меньшей степени зависят от факторов среды и в большей — от ошибок в копировании ДНК при делении стволовых клеток. «Лента.ру» подробнее рассказывает о новом исследовании, опубликованном в журнале Science.
Рак — это результат постепенного накопления мутаций, способствующих неконтролируемому размножению клеток и формированию опухолей. Что вызывает эти мутации? Есть факторы внешние и внутренние. Внешние — это курение, неправильное питание, воздействие ультрафиолета, сидячий образ жизни. Так, солнечные лучи могут повредить ДНК меланоцитов, из-за чего развивается меланома. Влияние внешних факторов можно ослабить, и именно это называют первичной профилактикой рака. Но мутации могут передаваться по наследству. Кроме того, они возникают из-за ошибок в копировании ДНК при делении клеток.
Ранее ученые из Университета Джонса Хопкинса предположили, что ошибки при копировании ДНК могут служить причиной того, что раковые опухоли чаще возникают в одних тканях и органах, чем в других. Эта гипотеза основывалась на том, что в США риск развития рака на протяжении всей жизни в определенных типах тканей строго коррелирует с общим количеством делений нормальных стволовых клеток в этих тканях.
Каждый раз, когда делится стволовая клетка, происходит примерно три мутации в ДНК. Естественно, рано или поздно изменения затронут гены, связанные с раковыми заболеваниями. Чем чаще клетка делится, тем больше риск. Ученые могут оценить относительный риск формирования злокачественной опухоли в различных органах. Определение вклада каждого из трех источников мутаций (окружающая среда, наследственность и деление) в развитие рака — более сложная задача.
У некоторых раковых больных наследственности и деления достаточно для развития болезни, у других одни мутации передались по наследству (их можно назвать H-мутациями), другие — эндогенные — возникли при копировании ДНК (R-мутации), а остальные — результат внешних факторов (E-мутации). Все это сильно осложняет общую картину, однако исследователи все же нашли способ оценить вклад всех трех источников. Они резонно предположили, что R-мутации равномерно распределены среди всех людей данного возраста. В то же время наследственные факторы и факторы окружающей среды могут широко варьироваться и по-разному влиять на каждого человека.
Фото: Ed Uthman, MD / Wikimedia
Ученые проанализировали случаи заболевания раком в 69 странах, что позволило охватить условия окружающей среды, в которых живут в общей сложности 4,8 миллиарда человек. Данные о заболеваниях были получены из архива Международного агентства по исследованию рака (IARC). Выяснилось, что для всех стран наблюдается четкая корреляция между числом делений стволовых клеток и риском заболевания раком. И чем больше возраст, тем эта корреляция сильнее.
Как же определить вклад в мутации каждой из трех групп факторов? Представим, что у всех людей Земли исправили наследственные мутации и все человечество переселили на планету «В» с идеальными условиями окружающей среды. Значит, на этой планете E и H равны нулю, и все мутации происходят из-за ошибок при копировании ДНК во время деления стволовых клеток. К сожалению, R всегда больше нуля, так как не существует идеального механизма копирования генов. Хотя нельзя забывать и о том, что ошибки репликации обеспечивают эволюционный процесс, и сверхточное копирование генов исключило бы существование человека.
Предположим, что в биосфере планеты «В» распылили мощный мутаген, который затронул все места обитания. Все люди были бы с одинаковой вероятностью подвержены влиянию этого фактора на протяжении всей их жизни. Допустим, мутаген увеличивает скорость накопления соматических мутаций в стволовых клетках, в результате вероятность заболевания раком повышается в 10 раз. Иными словами, 90 процентов всех злокачественных опухолей возникают из-за воздействия среды, и их можно предотвратить, если избегать контакта с мутагеном.
Предположим, что для возникновения рака достаточно трех драйверных мутаций. 10 процентов заболеваний, таким образом, развиваются из-за того, что все три мутации связаны с ошибками при репликации. Остальные — следствие различных комбинаций E- и R-мутаций. Доля всех драйверных R-мутаций в популяции планеты «В» составит 40 процентов, и данный показатель никак не получится уменьшить.
Этот теоретический пример не сильно отличается от той ситуации, что сложилась с аденокарциномой легких. На 90 процентов эту разновидность рака можно избежать, если не контактировать с табачным дымом. При этом не доказано, что предрасположенность к аденокарциноме передается по наследству. Чтобы выяснить, какая доля драйверных R-мутаций отвечает за эту разновидность рака, исследователи проанализировали результаты эпидемиологических исследований и сведения о последовательностях ДНК. Оказалось, что более трети (35 процентов) мутаций, связанных с раком, возникают из-за ошибок копирования.
Рак протоков поджелудочной железы предотвратим лишь в 37 процентах случаев (77 процентов R-мутаций, 18 процентов E-мутаций). Чаще всего от соматических драйверных мутаций возникают опухоли головы, простаты и костей, и их практически невозможно предотвратить, изменив образ жизни, в отличие от рака легких, кожи или пищевода. В целом, по оценкам специалистов, 42 процента всех раковых заболеваний можно избежать, исключив влияние окружающей среды.
В результате старения населения рак выходит в лидеры причин смерти в мире. Первичная профилактика, по мнению экспертов, — лучший способ снизить смертность. Однако не от всех видов злокачественных опухолей можно уберечься, минимизируя негативное воздействие внешних факторов. В этом случае необходима вторичная профилактика, то есть раннее медицинское вмешательство.