Od chaosu w chromosomach do raka

przedruk z:
Swiat Nauki Grudzien 2007



Postrzeganie kancerogenezy jako serii mutacji w konkretnych genach
nie pozwalało wyjaśnić niektórych aspektów nowotworzenia. Pomóc w tym może
tylko spojrzenie na całokształt zaburzeń chromosomalnych  w komórce.


Peter Duesberg



W SKRÓCIE
    Akceptowana obecnie teoria nowotworzenia zakłada, że mutacje w ważnych genach regulatorowych zaburzają działanie mechanizmów
kontrolnych  w komórkach. Pomija  jednak rolę zmian dotyczących całych chromosomów, które obserwuje się we wszystkich komórkach nowotworowych.
    Autor uważa, że   te  mutacje chromosomowe, które rozregulowują zbiorczo działanie



PETER DUESBERG jest profesorem biologii molekularneji komórkowej na University of California w Berkeley, dokąd przybył z Niemiec w 1964 roku jako wirusolog. W ciągu sześciu lat wyizolował pierwszy prawdziwy onkogen z wirusa mięsaka Rousa oraz stworzył genetyczną mapę drobnoustroju. Kontynuował te badania na 10 innych mysich i ptasich wirusach mięsaków i białaczek. W 1986 został członkiem National Academy of Sciences.

     W 1987 na podstawie swoich badań nad retrowirusami doszedł do wniosku, że wirus HIV tylko towarzyszy AIDS, a przyczyną choroby jest działanie różnych związków chemicznych i niedożywienie. Jego dalsze prace z wirusami onkogennymi przekonały go także, że mutacje w pojedynczychgenach nie wystarczają do transformacji nowotworowej.



Polski komentarz
Spór o pierwotną przyczynę



W biologii molekularnej powszechnie akceptowany jest pogląd, że prawidłowo funkcjonująca komórka ulega przemianie w nowotworową wskutek zmian w wielu różnych genach, które kodują białka i RNA istotne dla prawidłowego przebiegu wzrostu, proliferacji, różnicowania i śmierci komórki. Z tego punktu widzenia koncepcja kancerogenezy wysunięta przez Petera Duesberga nie różni się wiele od modelu Douglasa Hanahana i Roberta A. Weinberga, przedstawionego w 2000 roku na łamach Celi. Rozbieżności dotyczą ustalenia pierwotnej przyczyny zmian prowadzących do zaburzenia homeostazy komórki.

Według Dusenberga pierwotne są zmiany na poziomie chromosomów (zjawisko anuplodii). W modelu Hanahana i Weinberga pierwotne są natomiast -szkodzenia w genach (głównie onkoge-
nach i genach supresorowych które prowadzą do destabilizacji genomu i stopniowego pogłębiania się zaburzeń równowagi między sygnałami poduczającymi i hamującymi wzrost. W efekcie komórka zyskuje zdolność do nieograniczonego dzielenia się i traci zdolność samounicestwienia (apoptozy). Kolejne zmiany powodują dalsze przekształcenie się prawidłowego fenotypu w nowotworowy. Dalsze etapy w  obu Modelach są już identyczne.
Mimo że co roku poznajemy nowe elementy tej układanki, toniewątpliwie pozostało jeszcze wiele do odkrycia. I choć możemy już pokusić się o sformułowanie pewnego ogólnego schematu transformacji nowotworowej, to nadal nie wiemy na pewno,czy aneuploidia jest zjawiskiem pierwotnym, prowadzącym do zaburzenia homeostazy komórki, czy też skutkiem tego zaburze-
nia. Warto pamiętać, że pod ogólną nazwą nowotworu kryje się około 250 różnych jednostek chorobowych. Każdą z nich może cechować odrębny schemat zmian molekularnych wiodących do powstania fenotypu nowotworowego. Niemniej model Duesberga wydaje się uproszczeniem. Mamy bowiem wiele dowodów na powtarzalność pewnych zmian molekularnych w obrębie danego nowotworu. Jednak na ostateczne rozstrzygnięcie musimy jeszcze poczekać, a obie hipotezy mogą się okazać równie prawdziwe.


Janusz Siedlecki
Prot dr hab. Janusz Siedlecki kieruje Zakładem Biologii Molekularnej w Centrum Onkologii - instytucie im, Marii Skłodowskiej -Curie w Warszawie, Od wielu lat zajmuje się biologią molekularną nowotworów. Jest zapalonym popularyzatorem nauki.



Polski komentarz

Aberacje chromosomowe zmieniają geny
     Jestem cytogenetykiem i od wieki lat zajmuję się aberracjami chromosomowymi w komórkach nowotworowych. Wydawać by się więc mogło, że z radością przyjmę koncepcję Duesberga o dominującej roli aneuploidii w powstawaniu nowotworów. Istnieje jednak zbyt wiele dowodów  na to. że obok aberracji chromosomowych znaczącą rolę transformacji i progresji nowotworowej odgrywają mutacje genowe. Duesberg przemilcza! m.in. wysoką swoistość aberracji chromosomowych w guzach mezenchyrnalnych (mięsakach). W guzach tych, należących do określonego: typu,  występują takie same aberracje, często jako jedyna zmiana chromosomowa. Na ogół jest to wymiana fragmentów-. miedzy dwoma chromosomami (wzajemna translokacja), skutkująca powstawaniem  tzw. genu fuzyjnego zbudowanego z kawałka genu z jednego chromosomu i kawałka innego genu z drugiego chromosomu. Na przykład w maziówczaku złośliwym występuje zrównoważona trarsoao.a pomiędzy chromosomami X i 18 (t(X;18)(p11..2;q11.2) powodująca powstanie genu fuzyjnego SS18-SSX1 albo podobnych wariantów SS18-SSX2 lub SS18-SSX4. Wbrew koncepcji Duesberga  taka komórka  ulega transformacji nowotworowej nie w wyniku aneoplodii, lecz zrównoważonej aberracji chromosomowej prowadzącej do powstania genu fuzyjnego.
Aberracje chromosomowe z komórek nowotworowych dzielimy na pierwotne (swoiste), odpowiedzialne za transformację, oraz wtórne, związane z progresją nowotworową. W komórkach maziówczaka odnajdujemy, więc swoistą zmianę pierwotną (tX;18)
oraz nierzadko bardzo liczne zmiany wtórne, w tym zmiany liczbowe chromosomów - aneuploidie. Są one zwykle chaotyczne, bez jakiejkolwiek powtarzalności zmian i wiążą się najczęściej z pro-
gresją guza nowotworowego.Tak więc aberracje chromosomowe powszechnie występują w komórkach nowotworowych, ale nie zawsze są czynnikiem indukującym transformację nowotworową. Mamy wiele dowodów na to, żewspółistnieją z nimi powtarzalne mutacje określonego genu, związane z nabywaniem fenotypu nowotworowego. Mocnych argumentów na poparcie tej tezy dostarczyły badania nad rodzinnymi predyspozycjami do powstawania nowotworów (np. raka piersi). Wiążą się one z dziedziczeniem określonej mutacji genowej, a nie aberracji chromosomowej. Powoduje ona tzw. niestabilność genomu, a liczne aberracje chromosomowe w komórkach raka piersi są zapewne jedynie jej objawem.U osoby predysponowanej aberracje i aneuploidia mogą rozwijać się w prawidłowych komórkach gruczołu piersiowego. Obecnie naukowcy intensywnie poszukują genu fuzyjnego cechującego tego raka.
Janusz Limon

Prof. dr hab. Janusz Limon kieruje Katedrą Biologii i Genetyki Akademii Medycznej w Gdańsku. Zajmuje się badaniami cytogenetycznymi i molekularnymi mięsaków, nowotworów płuc i tarczycy
oraz pod ścieliskowych nowotworów przewodu pokarmowego, a także poradnictwem genetycznym. W 2004 roku został nagrodzony przez Fundację na rzecz Nauki Polskiej tzw. polskim Noblem.




Kiedy na początku lat sześćdziesiątych jako młodzian z doktoratem zacząłem: zajmować się nowotworami, najlepsi naukowcy sądzili, że za powstawanie większości, jeśli nie wszystkich ich rodzajów, są odpowiedzialne wirusy. Znali już bowiem kilka takich, które potrafiły zakazić komórkę gospodarza, wkleić własny materiał genetyczny do jej DNA i wywołać transformację nowotworową, namnażanie zmienionych komórek, a w konsekwencji rozwój białaczki lub litego guza w tkankach. Miałem dość optymizmu i naiwności, by żywić nadzieję, że kiedy molekularne mechanizmy wywoływania  nowotworów przez takie wirusy zostaną dokładnie wyjaśnione, będziemy w stanie opracować szczepionki, które wyeliminują jedną z najstraszniejszych chorób dręczących ludzkość. W 1970 roku sam wniosłem istotny wkład do tego dzieła. Razem z Michaelem Laiem i Peterem Vogtem wyizolowaliśmy konkretny gen, src, który jak podejrzewano, pełnił główną rolę w wywoływaniu nowotworów przez ptasi wirus mięsaka Rousa. Tropem tym poszli bardziej kreatywni ode mnie naukowcy już po kilku latach odkryli, że prawidłowe DNA zwierząt (nie wyłączając ludzi) zawiera gen blisko spokrewniony z src. Tak zrodził się nowy model nowotworzenia, w myśl którego jakiś mechanizm wyzwalający, na przykład mutacja, może nadać komórkowej wersji genu src właściwości onkogenne podobne do tych, które ma jego wirusowy odpowiednik.
Ze względu na rakotwórczy potencjał takich oraz powstania cech komórek  nowotworowych, których nie da się wytłumaczyć aktywnością pojedynczych genów.
Bomb zegarowych ukrytych w ludzkim genomie nadano- im nazwę protoonkogenów. Mutacje przekształcają je w dojrzałe onkogeny.
Teoria,  że mutacje w kluczowych genach dała początek wszystkim nowotworom, zdominowała badania na następne 30 lat. Jednak mimo wysiłków naukowców, również i moich, w tym okresie nie  udało się wykazać, by niewielka liczba onkogenów  mogła przekształcić normalną komórkę w nowotworową. Model onkogenowy zjawisko dostrzegalne niemal na pierwszy rzut oka uzbrojonego w mikroskop: w każdym znanym przypadku nowotworu obserwuje się nie tylko zmiany w pojedynczych genach lecz przede wszystkim w całych chromosomach  zawierających tysiące genów. Są to pęknięcia duplikacje. przestawienia i zlepienia fragmentów  zagubienie części lub całości chromosomu. Coraz więcej dowodów świadczy, że ten chromosomalny chaos to nie tylko skutek uboczny procesów nowotworzenia, jak głosi obowiązujący model. ale ich bezpośrednia przyczyna i siła sprawcza. Razem z kilkoma a kolegami z USA i Europy od ponad 10 lat zajmuję  się badaniem tej możliwości. Również niedawno  opublikowane prace innych naukowców wskazuj ą, że to raczej zmiany w liczbie i  strukturze chromosomów nie pojedynczych  genów, są konieczne do rozpoczęcia i kontynuowania  procesu złośliwienia. Ma to ważne implikacje dla leczenia i profilaktyki nowotworów  a także rozpoznawania stanów przed nowotworowych, kiedy  interwencja terapeutyczna  jest najprostsza i najskuteczniejsza. Poza tym nareszcie wyjaśnia pewne cechy komórek nowotworowych i ca łych guzów, których nie da się wytłumaczyć za pomocą hipotezy mutacji genowych.

Inwazyjne gatunki

Do chromosomalnej teorii nowotworzenia doprowadziły nasz zespół min. rozmyślania nad podstawowymi właściwościami biologicznymi decydującymi o tym, że normalna ludzka komórka jest „normalna", a nawet „ludzka". Natura z niezwykłym konserwatyzmem traktuje chromosomy - oprawione tomy encyklopedii życia. Ich specyficzny układ, czyli kariotyp, definiuje gatunek i jest niezmienny przez cały czas jego istnienia. Stabilizuje go m.in. rozmnażanie płciowe, ponieważ rozwój zarodka zachodzi tylko w przypadku absolutnej zgodności chromosomalnej - obecność zmienionych lub niedopasowanych chromosomów jest wykluczona. Rzadki wyjątek, zespół Downa, ilustruje, jak wielkie szkody powoduje pojawienie się w ludz-
kich komórkach tylko jednej dodatkowej kopii stosunkowo małego chromosomu 21. W przeciwieństwie do tego w pojedynczych genach osobników tego samego gatunku może występować wiele różnic. Na przykład polimorfizmy pojedynczych nukleotydów (SNP - single-nucleotide polymorphisms) to drobne odmienności poszczególnych cegiełek
budujących cząsteczkę DNA. Są rozrzucone w genomie każdego człowieka, przekazywane
z rodziców na dzieci i w większości nie mają większego znaczenia fizjologicznego. Jednak komórki nowotworowe i ich mniej rzucające się w oczy prekursorzy notorycznie łamią prawo stabilności kariotypu. Podczas gdy normalne ludzkie komórki są diploidalne, czyli mają po dwie kopie każdego z chromosomów definiujących nasz gatunek, kariotypy komórek guzów litych są zawsze aneuploidalne - oznacza to, że zyskały lub straciły całe chromosomy lub ich fragmenty [ilustracja powyżej], W efekcie całkowita ilość DNA w komórce nowotworowej może być ponad dwukrotnie większa lub mniejsza niż w normalnej diploidalnej. Powoduje to poważne ilościowe zaburzenia produkcji białek kodowanych przez tysiące genów, których kopii przybyło lub zabrakło. Tym samym zostaje zachwiana delikatna równowaga sił. które regulują pracę istotnych zespołów enzymów, m.in. uczestniczących w naprawie lub usuwaniu uszkodzonego DNA, oraz stabilizują struktury komórkowe i szlaki sygnałowe. Najbardziej skomplikowany, a przez to najwrażliwszy na zaburzenia zespół białek w komórce to wrzeciono mitotyczne, segregujące chromosomy podczas podziału. Kiedy więc dojdzie już do aneuploidii, dezorganizacja chromosomów będzie najprawdopodobniej postępować. To może tłumaczyć, dlaczego nawet komórki nowotworowe tego samego guza różnią się między sobą kombinacjami i zmianami chromosomalnymi do tego stopnia, że stając się  niemal osobnymi gatunkami. Ta niestabilność pozwala także każdej z nich ewoluować własną ścieżką, wytwarzać nowe cechy i zachowania (fenotypy), podczas gdy przyszłość normalnych komórek organizmu jest przesądzona przez miejsce (tkankę lub narząd), w jakim się znaj dują, zgodnie ze ścisłymi regułami specyficzny mi dla gatunku. Aneuploidalna komórka, mając zezwolenie na zmienianie się, może stopniowo odcinać się od kolejnych zobowiązań wobec wielokomórkowego organizmu rodzicielskiego i mnożyć kosztem innych komórek. Ogólny kierunek tej ewolucji prowadzi od złych komórek do jeszcze gorszych. Podczas nowotworzenia komórki zaczynają zmienia rozmiar, kształt, metabolizm i tempo wzrostu. Złośliwienia polega na nabywaniu przez komórkę zdolności inwazji na sąsiadujące tkanki i przemieszczania się do odległych narządów, czyli przerzutowania.
Niezwykłe zróżnicowanie komórek nowotworowych i ich fenotypów to główne przeszkody w rozwiązaniu problemu raka. Gdy na przykład znajdziemy lek zabijający komórki nowotworowe, ich miejsce zajmują nowe, które są na niego oporne. Próbę pokonania nowotworu jednym terapeutykiem można porównać do pomysłu chwytania wszystkich zwierząt z dżungli w pułapkę na krokodyle. Naukowcy wiedzą, że w każdym przypadku raka ta menażeria komórek nowotworowych powstała z jednej niestabilnej komórki matki. Tego tzw. klonawalnego pochodzenia guza dawcy dowodzi fakt, że we wszystkich lub w większości jego komórek znajdujemy chromosomy, których rearanżacje są tak unikatowe, że nie mogły powstać niezależnie, a zatem musiały zostać odziedziczone po wspólnym przodku. Trzeba zatem opracować teorię, która wyjaśni, jak pojedyncza normalna komórka, jedna z bilionów, które budują ludzkie ciało, staje się tak nie zrównoważona chromosomalnie i fenotypowo, że daje początek zabójczemu nowotworowi. Jeszcze 50 lat temu większość onkologów
uważała, że przyczyną raka jest uszkodzenie chromosomów. Tę ideę rozwinęli na przełomie XIX i XX wieku dwaj niemieccy naukowcy, David von Hansemann i Theodor Boveri. Von Hansemann podczas prowadzonych w Berlinie badań nad nowotworami odkrył, że wszystkie zawierają nienormalne chromosomy. Boveri, biolog z Wiirzburga, obserwował zaś etapy
rozwoju jeżowca i wydedukował, że chromosomy są nośnikami dziedzicznej informacji. Zauważył bowiem, że te komórki, które na skutek omyłki podczas podziału odziedziczyły nieprawidłowy zestaw chromosomów lub uszkodzony chromosom, degenerowały. A niektóre z powstających z nich źle ukształtowanych zarodków przypominały mu nowotwory.
W 1914 roku Boveri wysunął przypuszczenie, że nadmiar lub utrata konkretnych chromosomów może powodować raka.
Minęło jednak pół wieku i teoria ta zaczęła tracić popularność. Naukowcy za pomocą ówczesnych technik nie potrafili wskazać konkretnych rakotwórczych zmian w chaotycznych i niejednorodnych kariotypach komórek nowotworowych, zwłaszcza tych najbardziej złośliwych. Wobec braku powtarzalnych prawidłowości kariotypy uznano za skutek nowo-
tworzenia wywołany nieznanymi czynnikami.Niemniej nadal pojawiały się dowody potwierdzające znaczenie aneuploidii w powstawaniu i rozwoju nowotworów. Były jednak ignorowane. Co ciekawe, nasilenie aneuploidii bywa nadal wykorzystywane przez patologów i lekarzy do oceny potencjału nowotworowego nieprawidłowych komórek znalezionych w próbkach tkanek
szyjki macicy, gruczołu krokowego, żołądka, gardła, piersi oraz innych. Kiedy zaś nieprawidłowa rozrost zostaje uznany za nowotwór, wysoki stopień aneuploidii również, zdaniem niektórych, dowodzi większej złośliwości.

Przyczyny i skutki

Nowe techniki badawcze pozwoliły naukowcom powrócić do poszukiwania specyficznych zmian chromosomalnych w komórkach nowotworowych. Wysiłki te właśnie zaczynają przynosić pierwsze rezultaty. Nawet entuzjaści koncepcji onkogenowej, badający efekty aneuploidii w istniejących guzach, dowiedli raczej znaczenia dużych zmian chromoso-
malnych niż małych mutacji poszczególnych genów w procesie nowotworzenia [patrz:W. Wayt Gibbs „Poszukiwanie korzeni raka"; Świat Nauki, sierpień 2003], Ja i moi współpracownicy, zaciekawieni danymi z ostatnich 10 lat oraz niezwykłym potencjałem tworzenia nowych fenotypów komórkowych wskutek nzmian chromosomalnych przypominającym powstawanie nowych gatunków - postanowiliśmy wyjaśnić charakterystyczną dla komórek nowotworowych nierównowagę: źródło chaosu, który stał się nemezis pierwotnej chromosomowej teorii nowotworzenia.
Postanowiliśmy zidentyfikować i przeanalizować aspekty nowotworzenia, które są niezgodne z dominującą teorią mutacji genowych. Liczyliśmy na to, że przyjrzenie się wyjątkom od przyjętej reguły pozwoli odkryć lepszą. W końcu  identyfikowaliśmy sześć cech nowotworów, których nie da się wyjaśnić wyłącznie mutcjami genów, ale można je wytłumaczyć zmianami na poziomie chromosomów. W ten sposób powstała spójna teoria. Ryzyko nowotworzenia wzrasta z wiekiem. Nowotwory są bardzo rozpowszechnione – co trzecia osoba zachoruje w ciągu życia na raka, zazwyczaj jednak po pięćdziesiątce. Jest to wlec przypadłość głównie osób starszych. Tymczasem z teorii mutacji genowych wynika, że powinna być ona stosunkowo częsta u noworodków. Jeśli, jak zakłada hipoteza, do powstania komórki nowotworowej potrzeba około pół Tuzina mutacji w istotnych genach, to na pewno niektóre z nich niczym polimerfizmy pojedynczych nukleotydów będą się gromadził}" z pokolenia na pokolenie w genomach wielu osobników. Dziecko mogłoby odziedziczyć po matce trzy z sześciu mutacji powodujących raka jelita grubego, a po ojcu kolejne dwie. i mieć podwyższone ryzyko zapadnięcia na tę chorobę w wyniku pojawienia się brakującej szóstej mutacji w jednej z miliardów komórek okrężnicy. Niektóre dziecirodziłyby się z tym nowotworem ponieważ odziedziczyły wszystkie sześć hipotetycznie powodujących go mutacji po swoich rodzicach. Ale u dzieci rak jelita się nie zdarza. Nawet myszy laboratoryjne, które od urodzenia mają wprowadzony zestaw mutacji uważanych za kancerogenne, żyją szczęśliwie i rozmnażają się, a ryzyko, że zapadną na nowotwór jest takie samo jak w przypadku normalnych myszy laboratoryjnych.
Niektórzy zwolennicy mutacyjnej teorii raka twierdzą, że - pomijając rzadkie przypadki genetycznej predyspozycji, a więc odziedziczonych mutacji onkogennych w genach uważane za przyczynę nowotworzenia muszą pojawiać się po urodzeniu. To oznaczało by, że tempo mutacji w ciągu życia takiego człowieka jest wyższe od normy, czyli jednej zmiany na  gen w jednej na milion lub dziesięć milionów komórek (raz na 10^6 - 10^7 podziałów)
Co ciekawe wśród wyjątków od reguły,   że ryzyko nowotworzenia wzrasta z wiekiem, są
dzieci z wrodzoną ameuploidią jak zespół Downa, czy z dziedzicznymi zespołami niestabilności chromosomalnej w tym cierpiące na mozaikowatą zróżnicowaną aneuploidia (MVA - mosaic variegated aneuploidy), która powoduje także głębokie upośledzenie umysłowe.  Zaburzenia składania wrzeciona mitotycznego  u dzieci z  MVA powodują powstawanie losowych aneuploidii w różnych komórkach  ich ciała. Jedna trzecia chorych zapada na białaczkę lub nietypowe guzy lite.
  Oczywiste więc, że urodzenie się z aneuploidia lub skłonnościami do niej przyśpiesza procesy

prowadzące do powstania nowotworu. Rzeczywiście charakterystyczna niestabilność komórek aneuploidalnych może wyjaśnić, dlaczego większość aneuploidalnych zarodków nie przeżywa, zgodnie z obserwacjami Boveriego sprzed 100 lat, a zatem dlaczego noworodki nie chorują na raka, a nowotwory nie są dziedziczne. Proces kancerogenezy trwa wiele, wiele lat. Wykazano, że rozmaite związki chemiczne i niektóre rodzaje promieniowania działają rakotwórczo na zwierzęta lub powodują zawodowe lub przypadkowe choroby nowotworowe u ludzi. Ale nawet najsilniejsze kancerogeny w największych przeżywalnych dawkach nie powodują raka od razu. Choroba pojawia się po kilku albo kilkudziesięciu latach. Tym czasem jeśli działaniu takich czynników poddać bakterie, nowe fenotypy komórek pojawiają się już po kilku godzinach; a u większych organizmów, takich jak muszki, efekt jest widoczny w ciągu paru dni. Teoria mutacji genowych nie wyjaśnia więc, dlaczego komórki narażone na czynniki kancerogenne stają się komórkami nowotworowymi, podobnie jak po wielu niewidocznych z powierzchni erupcjach podmorski wulkan staje się wyspą.
Kancerogeny indukują aneuplodię, niezależ nie od tego, czy powodują mutacje w genach. Naukowcy szukali  natychmiastowych efektów działania kancerogenów na DNA, oczekując pojawienia się mutacji w wielu kluczowych genach. Jednak nawet niektóre najsilniejsze czynniki rakotwórcze, jak azbest, smoła, węglowodany aromatyczne, nikiel, arszenik, ołów, plastikowe i metalowe implanty, niektóre barwniki, uretany i dioksyny, nie dają takiego efektu. Ponadto dawka kancerogenu potrzebna do rozpoczęcia procesu, który po wielu latach do prowadzi do powstania złośliwych guzów, okazała się jedną tysięczną dawki koniecznej do zmutowania jakiegokolwiek genu. Jednak we wszystkich przypadkach chromosomy komórek narażonych na kancerogenne dawki czynników rakotwórczych były niestabilne.
Te wyniki sugerują, że kancerogeny są raczej „aneuploidogenami", a nie mutagenami. Teoria mutacji genowych nigdy nie była w stanie wyjaśnić, w jaki sposób niemutagenne kancero geny powodują raka. W rzeczywistości nawet mutagenne kancerogeny mogą przyczyniać się do powstawania nowotworów, indukując aneuploidię przez bezpośrednie niszczenie lub fragmentację chromosomów. (Przykładowo promieniowanie wywołuje mutacje niebezpośrednio. Powoduje ono przerywanie nici DNA. Białka naprawcze próbują usunąć uszkodzenia, ale mogą wtedy wprowadzić do sekwencji nukleotydowej błędy albo rearanżacje.) Niemutagenne kancerogeny, takie jak węglowodory aromatyczne, mogą powodować aneuploidia za pomocą innych mechanizmów. Wiadomo, że te związki chemiczne niszczą mikrotubule, które odpowiadają m.in. za symetryczną segregację zduplikowanych chromosomów podczas mitozy [ramka na dwóch poprzednich stronach].
Zatem to właśnie umiejętność wywoływania losowej aneuploidii wydaje się wspólnym mianownikiem wszystkich kancerogenów.
Różne guzy cechują się swoistymi wzorcami aneuploidii. Jeśli aneuploidia jest tylko ubocznym skutkiem procesu nowotworzenia, to zmiany chromosomalne w komórkach rakowych różnych pacjentów powinny być całkowicie przypadkowe. Ale dwie techniki barwienia chromosomów, czyli porównawcza hybrydyzacja genomowa i fluorescencyjna hy-
brydyzacja in situ, pozwoliły na wykrycie charakterystycznych prawidłowości w chaosie panującym w komórkach nowotworowych. Te techniki umożliwiają naukowcom oznaczanie i śledzenie kawałków chromosomów za pomocą barwnych sond specyficznych dla określonych fragmentów DNA. Pozwalają więc prześledzić, które fragmenty chromosomów
komórka straciła, zyskała lub poprzestawiała.
Wielu badaczy zaczęło znajdować dowody na „nielosową" aneuploidię specyficzne zmiany chromosomalne występujące w większości  owotworów określonego rodzaju, na przykład raka piersi czy płuc, zgodnie z pierwotną chromosomalną teorią raka. W jednym z przykładów, opublikowanym w zeszłym roku, naukowcy ze szpitala uniwersyteckiego
Karolińska w Szwecji zbadali komórki 10 pacjentów z chłoniakiem Bursraa i znaleźli często występujące translokacje f wymianę fragmentów między chromosoamami) obejmujące chromosomy 3, 13 i 17 oraz specyficzne stratyi zyski w obrębie chromosomów 7 i 20. Ponieważ takie prawidłowości w komórkach rakowych różnych pacjentów są specyficzne
dla tkanki, z której i wywodzi się nowotwór, mogą reprezentować zmiany chromosomalne niezbędne do przekroczenia zaprogramo wanych barier rozwoju pierwotnej komórki matki, umożliwiające powstanie komórki aneuploidalnej określonego rodzaju i jej wejście na szlak zezłośłrwienia.
Oprócz prawidłowości specyficznych dla rodzaju nowotworu kilka zespołów badawczychzidentyfikowało też zmiany chromosomalne korelujące z jego zaawansowaniem, skłonnością do przerzutów, a rawet opornością na leki. Przykładowo wspomniany wcześniej zespół z Karolińska zaobserwował, że translokacje w pewnym segmencie chromosomu 17 oraz nadmiarowe kopie fragmentów chromosomów 7 i 20 wiążą się z opornościaścią na leki.
Próbując wyjaśnić etekry takich specyficznych dla danego nowotworu aneuploidii, naukowcy wykonali wiele pomiarów ilości różnych transkryptów (mRNA) i białek wytwarzanych przez komórki nowotworowe. Wykazały one, że białka kodowane przez konkretne geny uważane za
onkogeny są produkowane w tych samych ilościach, co w normalnych komórkach. Na uwagę zasługują wyniki amerykańsko-izraelskiego zespołu, który zajął się badaniem poziomu białek w komórkach raka jelita grubego i odkrył, że wiele jest wytwarzanych w za dużej lub za
małej ilości, co koreluje z poziomem kodujące go je DNA w komórce. Większa aneuploidia łączyła się z większym odchyleniem od prawidłowego poziomu białek i złośliwieniem komórek.
To mocny argument na potwierdzenie hipotezy, że aneuploidia powoduje powstanie złośliwych fenotypów przez zwiększenie lub zmniejszenie aktywności tysięcy genów równocześnie.
Niektóre charakterystyczne cechy nie wpływają na przetrwanie komórek nowotworowych.
Pewne typowe cechy nowotworów, w tym te najgorsze, nie zapewniają ich komórkom żadnej
przewagi. Przykładem może być oporność na leki, z którymi wcześniej komórki nie miały
kontaktu, czy zdolność tworzenia przerzutów, która nie pomaga im konkurować z normalnymi komórkami w miejscu, w którym rak się rozwija. Pojedyncze mutacje genowe, którepojawiają się dość rzadko, byłyby selekcjonowane w komórkach nowotworowych tylkopod warunkiem, że przynosiłyby im korzyści. Zatem szanse, że nie leczony nowotwór stanie się oporny na leki w wyniku losowych mutacji genowych, są w praktyce równe zeru. Jednak ponieważ chromosomy są większe i niosą tysiące genów, mogą być selekcjonowane ze względu na wkład w jakiś specyficzny dla nowotworu fenotyp, a wiele innych cech przetrwa niejako przy okazji. Przemawia za tym występowanie specyficznych zmian chromosomalnych związanych z opornością na leki czy powstawaniem przerzutów. A komórki nowotworowe wspólnie mogą błyskawicznie wykształcić nowe cechy.
Komórki nowotworowe zmieniają się dużo szybciej niż geny. W szybkim tempie zyskują
nowe i tracą stare fenotypy. Gdy weźmie się pod uwagę normalne tempo mutacji - a wie-
le badań wykazało, że w ponad 90% nowotworów tempo mutacji nie jest przyśpieszone
- szanse na mutację konkretnego genu dającą nowy fenotyp tak szybko jak w rzeczywistości
w komórkach nowotworowych są znikome. Aby przetestować hipotezę, że tak szybkie
efekty mogą wynikać ze zmian całego kariotypu, nasz zespół zbadał zróżnicowanie
chromosomalne ludzkich komórek raka płuc i jelita grubego, które cechują się wysokim
stopniem aneuploidii, oraz określił szybkość, z jaką nabywały one oporności na toksyczne
leki. Zmiany kariotypowe pojawiały się w nich w tempie co najmniej jednej na sto podziałów,
a zmiany specyficzne dla oporności na leki raz na tysiąc-sto tysięcy podziałów. Innymi słowy,
aneuploidalne komórki zmieniają swoje chromosomy i fenotypy dużo częściej, niż w ich ge-
nach pojawiają się mutacje.
Te i podobne doświadczenia wykazały też, że im wyższy stopień aneuploidii w komór-
kach nowotworowych, tym szybciej pojawiają się nowe zmiany chromosomalne. Taki wzór
to argument, że niestabilność chromosomów w komórkach rakowych jest wywoływana
przez aneuploidię. Kiedy już to błędne koło się rozkręci, możliwość i tempo losowej ge-
neracji fenotypów przez komórki nowotworu wyjaśnia obserwację Lesliego Fouldsa z Royal
Cancer Hospital w Londynie. Już dziesiątki lat temu zauważył on, że „żadne dwa nowotwory
nie są identyczne, [...] nawet jeśli wywodzą się z tej samej tkanki, [...] a ich powstanie wywo-
łano doświadczalnie tą samą metodą". Taka różnorodność to kolejna cecha nowotworów,
której nie da się wyjaśnić aktywnością specyficznych genów lub jej brakiem, ponieważ wte-
dy należałoby oczekiwać, że za każdym razem i w każdej komórce efekty będą podobne.
Ponieważ każda z sześciu niezwykłych cech kancerogenezy, której nie da się wytłumaczyć
na gruncie mutacyjnej teorii powstawania nowotworów, wiąże się ze zmianami na poziomie
chromosomów, zaproponowaliśmy poprawioną chromosomalną teorię ontogenezy, w któ-
rej bierzemy to pod uwagę.



Spojrzenie na nowotwór jako na chorobę chromosomalną implikuje, że kancerogeny,
rzadkie choroby genetyczne i przypadkowe błędy podczas mitozy mogą zainicjować proces
onkogenezy przez wprowadzenie losowej aneuploidii. To destabilizuje równowagę aktywności
tysięcy genów oraz kodowanych przez nie białek i ułatwia zwiększenie stopnia aneuploidii.
Ten samonapędzający się proces staje się źródłem zmienności, na którą działa klasyczna
selekcja naturalna, faworyzująca samolubne kombinacje chromosomów. W końcu powstają
zdolne do przetrwania i rywalizacji komórki nowotworowe. Są to w praktyce nowe gatunki
komórek, choć pasożytnicze i z niestabilnymi kariotypami.
Zabójcza dynamika

Kiedy onkogeneza się zacznie, losowe rearanżacje chromosomów mogą szybko powodować
powstawanie nowych cech, obejmujących tak że te zabójcze - oporność na leki czy zdolność
tworzenia przerzutów. Zatem szanse na sukcesy w leczeniu raka pojedynczymi lekami,
zwłaszcza skierowanymi na konkretne geny, nie są zbyt duże. Niektórzy badacze zapro-
ponowali ostatnio zwalczanie ognia ogniem, czyli zastosowanie środków, które powodują
uszkodzenia chromosomów i aneuploidię. Liczą, że pozwoli to zaburzyć równowagę komó-
rek nowotworowych, w stopiu uniemożliwiają cym przeżycie. Taka terapia może zadziałać na
małe, dobrze zlokalizowane guzy, ale niełatwo będzie ją utrzymać pod kontrolą.
Powolny proces przechodzenia od pierrotnej aneuploidii do nowotworu złośliwego da-
je jednak czas na identyfikację i chirurgiczne usunięcie zaczątków nowotworu, zanim ze-
złośliwieją. Nowotwór we wczesnym stadium można byłoby też odróżnić od morfologicznie
identycznych łagodnych guzów, sprawdzając stopień aneuploidii. W bardziej zaawansowa-
nych stadiach wzory rearanżacji chromosomalnych związane z opornością na leki oraz
zdolnością tworzenia przerzutów mogłyby być podstawą doboru terapii. I wreszcie profilaktyka. Sprawdzanie żywności, leków i środowiska pod kątem substancji niszczących chromosomy mogłoby poprawić skuteczność zapobiegania nowotworom
dzięki identyfikacji potencjalnych kancerogenów indukujących aneuploidię. Wiele lat mi-
nęło od początków mojej kariery naukowej, ale nadal pozostaję optymistą i mam nadzieję,
że zataczając koło i powracając do chromosomowej teorii nowotworzenia, uzyskujemy
wreszcie dobry punkt wyjścia do zrozumienia podstaw tej strasznej choroby. Dzięki temu bę-
dziemy mogli jej zapobiegać, powstrzymywać jej rozwój, a nawet ją leczyć. [x]










KOMÓRKI RAKA SZYJKI MACICY pochodzące
od 30 pacjentek wykazują pewne powtarzalne zmiany
w chromosomach, gdy kolorami oznaczyć utratę {czerwony)
lub przybytek bielimy) materiału genetycznego, jak widać
na obrazie pojedynczego przypadku. Dodatkowe fragmenty
w chromosomie 3 zaobserwowano w 23 przypadkach
i dotyczyły one guzów przekształcających się w nowotwory
złośliwe. Dodatkowy materiał na chromosomie 1 i ubytki na 
chromosomach 2,3 i 4  znaleziono w 30-50% przypadków


Zestaw  chromosomów, czyli kariotyp, normalnej ludzkiej komórki (z lewej) to 23 pary zwykłych chromosomów. Komórka raka piersi, tak samo jak inne komórki nowotworowe, .ma nietypowy kariotyp {z prawej), określany jako aneuploidalny: niektórych chromosomów brakuje, inne występują w większej liczbie kopii, wiele fragmentów jest pozamienianych. Między nimi są tzw. chromosomy markerowe, charakteryzujące się specyficznymi rearanżacjami strukturalnymi i występujące we wszystkich komórkach guza, co wskazuje, że powstały w komórce, z której rozwinął się nowotwór. Liczby pod każdym z nich wskazują pochodzenie jego części, a znaki plus i minus, czy chromosom jest większy, czy mniejszy niż normalnie.



Na początku XX wieku niemiecki biolog Theodor Boveri badając etapy rozwoju jeżowca (z lewej) doszedł do wniosku, że nowotwór jest spowodowany uszkodzeniami chromosomów. Przewidywał, że większość aneuploidalnych komórek umiera, ale pewne straty, duplikacje lub rearanżacje fragmentów chromosomów mogą dać komórce i jej potomkom możliwość
przekształcania się i namnażanie w sposób, który prowadzi do rozwoju nowotworu. Takie charakterystyczne zmiany będą więc występować w większości nowotworów wywodzących się z tej samej tkanki.Dzięki technice, która pozwala naukowcom śledzić konkretne fragmenty
DNA (z prawej), możemy wykryć zmiany chromosomalne typowe dla nowotworów, a nawet dla komórek przed nowotworowym tego SAMEgo typu u różnych pacjentów. Jeśli zakładamy, że aneuploidia jest skutkiem, a nie przyczyną nowotworzenia, prawdopodobieństwo powstania przypadkowo takich samych wzorów jest niewielkie. Ich istnienie przemawia więc raczej, za nową chromosomową teorią onkogenezy.


NIERÓWNOMIERNA segregacja chromosomów podczas podziału zarodka jeżowca na rysunkach z 1888 roku wykonanych przez Boveriego, który przyczynę tego zjawiska przypisywał



aby się dowiedzieć więcej:
Cancer Drug Resistance: The Central Role of the Karyofype. Peter Duesberg i in.;
Drug Resistance Updates, tom 10, nr 1-2, s. 51--58, 2007.
The Chromosomal Basis of Cancer. Peter Duesberg i in.; Cellular Oncology, tom 27, nr 5-6, s. 293-318;
2005.
The Sigmoidal Curve of Cancer. Roberto R Stock i Harvey Biały; Naturę Biotechnolog]/, tom 21, s. 13-14; 1/2003.
Debatę Surges over the Origins of Genomie Defects in Cancer. Jean Marx; Science, tom 297, s. 544-546; 26 VII 2002.[/img]