Галапагосские черепахи редко болеют раком благодаря удвоению генов, связанных с реакцией на неправильную свертку белка и проблемы с эндоплазматическим ретикулумом.
В результате поврежденные клетки быстро уничтожаются за счет апоптоза и не успевают навредить всему организму. Как отмечается в препринте исследования на сайте bioRxiv.org, все черепахи обладают повышенной устойчивостью к окислительному стрессу, что позволяет им увеличить продолжительность жизни и снизить риск онкологических заболеваний, однако самым крупным и долгоживущим из них пришлось приобрести дополнительные механизмы защиты от рака.
Согласно теоретическим расчетам, чем больше в организме животного клеток и чем дольше оно живет, тем выше его риск заболеть раком. Однако в действительности увеличение размеров тела и продолжительности жизни сопровождаются появлением механизмов, подавляющих возникновение и деление злокачественных клеток. Например, слоны редко болеют раком благодаря дополнительным копиям гена TP53, который кодирует белок, останавливающий размножение подозрительных клеток и запускающий в них процесс апоптоза.
Команда исследователей во главе со Скоттом Глаберманом (Scott Glaberman) из Университета Джорджа Мейсона предположила, что аналогичные механизмы должны были появиться и у некоторых черепах, например, галапагосских (видовой комплекс Chelonoidis niger) и гигантских (Aldabrachelys gigantea), которые отличаются очень крупными размерами и могут жить более 150 лет. Проанализировав филогенетическое древо отряда, ученые выяснили, что ускоренное увеличение размеров происходило сразу в нескольких эволюционных ветвях черепах, включая морских (Chelonioidea) и трехкоготных (Trionychidae), а также, независимо друг от друга, у предков галапагосских, гигантских и ныне вымерших маскаренских черепах (Cylindraspis).
Злокачественные опухоли возникают у черепах очень редко, причем частота их появления примерно одинакова у всех представителей отряда. Рассчитав теоретическую вероятность развития рака у различных видов черепах на основе их размеров и продолжительности жизни, Глаберман с коллегами пришли к выводу, что одновременно с тем, как некоторые черепахи становились все более крупными, реальный риск рака у них значительно снижался. Особенно заметное снижение произошло у предков галапагосских черепах.
Поскольку у некоторых других крупных животных, например, уже упоминавшихся слонов, эволюция устойчивости к раку связана с появлением дополнительных копий генов-супрессоров опухолей, исследователи решили поискать в геноме черепах признаки дупликаций генов. В общей сложности им удалось выявить 86 случаев удвоения генов, характерных для всех современных черепах, а также удвоения, специфичные для отдельных групп, включая 245 у бокошейных черепах (Pleurodira), 33 у всех сухопутных черепах (Testudinidae), 259 у вымершей абингдонской слоновой черепахи (Chelonoidis abingdonii) (одного из видов галапагосских черепах), 201 у пустынного западного гофера (Gopherus agassizii), 273 у каролинской коробчатой черепахи (Terrapene carolina), 315 у расписной черепахи (Chrysemys picta) и 270 у дальневосточной черепахи (Pelodiscus sinensis).
Около двенадцати процентов дупликаций генов Chelonoidis abingdonii оказались связаны с подавлением злокачественных опухолей и старением. Данные гены отвечают за апоптоз, регуляцию клеточного цикла и репарацию ДНК. Эти результаты хорошо соотносятся с предыдущим анализом генома данного вида. Однако в других исследованных линиях лишь от ноля до шести процентов удвоенных генов имеют отношение к онкологическим заболеваниям и возрастным изменениям. Исключение составляют лишь западные пустынные гоферы, у которых 9,4 процента удвоенных генов связаны с устойчивостью к раку и увеличением продолжительности жизни.
На финальном этапе исследования Глаберман и его соавторы провели эксперимент с фибробластами галапагосских черепах, западного пустынного гофера, а также бирманской (Geochelone platynota), попугаеклювой (Homopus areolatus) и каролинской коробчатой черепах. Клетки рептилий обрабатывали несколькими соединениями, вызывающими различные виды стресса: туникамицином, этопозидом и паракватом. Туникамицин стимулировал апоптоз в фибробластах всех видов черепах, участвовавших в эксперименте, за исключением бирманской, однако у галапагосских уровень реакции был вдвое выше, чем у их сородичей. Это говорит о том, что при неправильной свертке белков и повреждениях эндоплазматического ретикулума клетки галапагосских черепах быстрее подвергаются апоптозу. При этом уровень гибели клеток, обработанных паракватом, который вызывает окислительный стресс, оказался примерно одинаковым у всех видов, а на этопозид, вызывающий разрывы ДНК, реагировали лишь клетки гофера.
Авторы отмечают, что усиленная реакция на окислительный стресс считается одной из причин, почему даже мелкие виды черепах отличаются довольно высокой продолжительностью жизни и редко болеют раком. При этом галапагосские черепахи, которые живут еще дольше и достигают более крупных размеров, обзавелись дополнительным механизмом, снижающим риск онкологических заболеваний: усиленной выбраковкой клеток в ответ на неправильную свертку белков и проблемы с эндоплазматическим ретикулумом.
Недавно мы рассказывали о том, как генетики подтвердили повторное открытие галапагосской черепахи с острова Фернандина (Chelonoidis phantasticus), которая считалась вымершей более ста лет назад.
Автор: Сергей Коленов