ток и пересевали их. Каждый клон даже после роста in vitro и пересевов в течение нескольких месяцев давал разнообразные типы клеток: клетки желточного мешка, кожи, мышц, хряща и нейроны. После реимплантации в живой организм клетки сохраняли способность к образованию опухоли и дифференцировке (хотя и не давали такого обилия клеточных типов, как те, которые перевивались из мыши в мышь без этапа культивирования in vitro).

Различия между раковыми и нормальными клетками

1. Первое различие между раковыми и нормальными клетками заключается в том,, что in vivo рост клеток нормальной ткани, по-видимому, строго контролируется, а рост раковых клеток неограничен. Так, в развивающейся почке клетки растут с характерной скоростью, которая по мере развития закономерно меняется. В конечном счете, когда организм достигает взрослого состояния, скорость роста клеток и их перемещение в почке замедляются до такой степени, что размеры органа больше не увеличиваются. О существовании какого-то метаболического механизма, который специфически ограничивает рост почек, говорит тот факт, что при . удалении одной из них другая увеличивается (явление, обычное для парных органов). Однако этот механизм не регулирует рост опухолей почки. Опи растут безудержно (часто за счет клеток нормальной ткани, которые дегенерируют и отмирают). Некоторые опухоли растут очень медленно и, как уже упоминалось, строго локализованы. Другие растут значительно быстрее и способны проникать повсюду. Вероятно, существуют какие-то различия в метаболизме опухолевых клеток, которые и определяют различия в характере роста. Напомним, что эти различия наследуются на протяжении многих поколений клеток. До сих пор совсем ничего не известно о биохимических механизмах, определяющих эти свойства.

2. Поверхностные мембраны всех раковых клеток обладают некоторыми общими свойствами и значительно отличаются от мембран нормальных клеток. В частности:

А. Раковым клеткам не свойственно контактное торможение. Это явление было описано в гл. 6. Как говорит само название, контактное торможение начинается с контакта между клеточными мембранами. Вскоре после этого клеточный метаболизм существенно меняется, но только в нормальных клетках.

Б. Раковые клетки пе узнают клетки той ткани, из которой они произошли. Как показано в гл. 11, в смешанных агрегатах, состоящих из клеток различных тканей, клетки рассортировываются и разделяются. Раковые клетки (например, смесь раковых клеток почки и кожи) пе способны вести себя таким образом.

В. Почти все типы опухолевых клеток агглютинируются специфическим гликопротеидом, полученным из пшеницы. Клетки соответствующих нормальных тканей не агглютинируются. Агглютинин, видимо, связывается с полисахаридами на клеточной поверх-; ности.

ч

3. В опухолевых клетках существуют макромолекулярные компоненты, не свойственные данному организму, поскольку он может вырабатывать против них антитела (см. обсуждение).

Почему образуются опухоли

Почему образуются опухоли? Возможно из-за нарушения функций иммунной системы. Есть ряд лекарств, которые действуют как имму по депрессанты, т. е. парализуют иммунную систему и предотвращают накопление антител. Замечено, что при длительном введении иммунодепрессивных средств у животных значительно чаще возникают так называемые спонтанные опухоли (спонтанными называются опухоли, образование которых не индуцируется канцерогенными агентами в естественных условиях или в опыте). У интактньга животных эти опухоли, вероятно, не развиваются из-за того, что опухолевые клетки погибают под влиянием выработанных антител. Следовательно, у организмов с нормальной иммунной системой рак возникает либо потому, что раковые клетки" способны предотвращать иммуппый ответ, либо потому, что в иммунной системе данного организма есть какой-то дефект, возможно генетический. В пользу первого предположения, несомненно, говорит факт существования злокачественных опухолей, которые можно перевивать от животного к животному. Клетки этих опухолей, вероятно, утратили поверхностные антигены, так называемые антигены гистосовместимости, которые затрудняют или делают невозможной пересадку тканей или органов от одного животного к другому.

Причины рака

Причина рака— возможно, мутации. Тот, кто выращивает культуры клеток в лаборатории, знает, что мутации могут влиять на скорость, интенсивность и характер роста популяций, причем их сочетание может быть весьма сложным. Это относится как к бактериям, так и к клеткам животных. Поэтому было бы не удивительно, если бы выяснилось, что раковые клетки возникают в результате одной или (более вероятно) нескольких мутаций в совершенно нормальном организме. Пока это предположение подтверждается лишь косвенными данными. Известно, что существует ряд агентов, чрезвычайно эффективно индуцирующих рак. Это рентгеновы лучи, радиоактивное излучение, ультрафиолетовые лучи, иприт, питрозогуанидин, разнообразные сложные углеводороды и гетероциклические соединения. Все эти агенты имеют еще одно общее свойство — они хорошие мутагены, т. е. под их влиянием частота появления разнообразных мутаций значительно увеличивается. Однако прямых доказательств этой гипотезы пока нет.

Причина рака — несомненно, вирусы. SV40 — один из вирус он полиомы, которые вызывают рак у обезьян. Доказательства:

1. Очищенный вирус SV40, введенный восприимчивой обезьяне, вызывает раковую опухоль типа полиомы.

2. Клетки ткани нормальной обезьяны, растущие в культуре в чашке Петри, могут быть заражены вирусом. Потомки этих клеток, даже если их выращивают в условиях культуры в течение многих поколений после инъекции обезьяне, размножаются и вызывают образование рака типа полиомы.

Вирус SV40 устроен очень просто. Его сферическая наружная оболочка состоит всегда из 72 идентичных субъединиц, представляющих собой полимеры из пяти или шести белковых молекул (их общее число в вирусной частице 420). Под оболочкой находится небольшая кольцевая двухцепочечная молекула ДНК, имеющая мол. вес около 3 млн. и состоящая приблизительно из 2500 пар нуклеотидов. С ДНК связаны небольшие, положительно заряженные белковые молекулы. (Сама ДНК благодаря входящим в ее состав фосфатам заряжена отрицательно.)

Известны пять генов вируса полиомы (рис. 14-1). Один из них кодирует ДНК-полимер азу, которая, несомненно, специфична для вирусной ДНК; второй — белок наружной оболочки; третий — небольшой белок, связанный с ДНК; четвертый — белок, локализующийся па поверхности инфицированных клеток; пятый — белок, обнаруженный в ядрах инфицированпых клеток. Остальные гены еще неизвестны. Учитывая небольшой размер ДНК, можно думать, что осталось идентифицировать еще не более трех гепов.

Процесс заражения клетки вирусом SV40 можно изучать в культуре восприимчивых к нему клеток обезьян. Вирионы проникают в клетку. В ней синтезируются компоненты вируса. Местом сборки вирусных частиц является ядро клетки, в котором в конце концов скапливается около миллиона вирусных частиц.

Естественно, что функции ядра нарушаются и клетка погибает, высвобождая образовавшиеся вирусы.

Приблизительно 1 из 1000 зараженных клеток ведет себя иначе. Вирус, как обычно, «раздевается», но новые компоненты виНШДЕНТИФИ-ЦИРОЕАННЫЙ

ШшВВт

ЩЯШШтШ

Рис. 14-1. Геном вируса яолиомы.

А. Схематическое изображение предполагаемой структуры генома. О размерах идентифицированных генов судили по размера!* белков, которые они кодируют. Неидентифицированный участок может содержать еще три гена. Б к В. Электронные микрофотографии интактных кольцевых молекул очищенной ДНК. Средняя длина молекулы — 1,6 мкм, что соответствует мол. весу 1,6 дальтон.

Рис. 14-2. Микрофотографии культур клеток зародыша хомяка.

А. Интактные клетки, образующие монослой и ориентированные параллельно друг Другу. Б. Сестринские клетки, трансформированные вирусом полиомы. Клетки лежат в несколько слоев и ориентированы случайным образом.

руса в клетке пе синтезируются, и функции ее не нарушаются. Вместо этого резко меняются морфология клетки и характер ее роста (рис. 14-2). Она теряет способность к контактному торможению, а после инъекции ее или дочерних клеток нормальному животному у него возникает раковая опухоль типа полиомы. В таком случае говорят, что благодаря вирусной инфекции клетка из нормальной превратилась в инвазивную раковую, т. е. произошла трансформация.

Трансформация наследуется. В трансформированных клетках, растущих в течение многих поколений in vivo или in vitro, никогда не обнаруживают зрелых частиц вируса SV40. Есть, однако, неопровержимое доказательство того, что вся ДНК вируса сохраняется и что по крайней мере часть ее активна в трансформированной клетке. Так, в трансформированных клетках и у их потомков всегда содержатся белок наружной оболочки и ядерный белок, кодируемые генами вируса SV40. Следовательно, во время роста и деления- клетки происходит транскрипция этих генов. Действительно, в трансформированных клетках вирусная мРНК может быть обнаружена методом гибридизации ее с вирусной ДНК. Более того, при слиянии трансформированных клеток с восприимчивыми клетками были получены гибриды (методика слияния клеток описана в гл. 13). В гибридной клетке немедленно начинаются синтез новых компонентов вируса и сборка вирусных частиц. Клетка погибает, освобождая полноценные вирусы SV40,- способные заражать другие клетки.

Все это свидетельствует в пользу того, что ДНК вируса SV40 встраивается в ДНК клетки, возможно, в какую-нибудь одну хромосому. Такого рода встраивание уже обнаружено у фагов. Проникая в Е. coli, фаг % может либо завершать жизненный цикл и вызывать гибель клетки и освобождение 50—100 фаговых частиц, либо вступать с клеткой в более стабильные отношения. ДНК фага К встраивается в бактериальную хромосому. Этот процесс внешне сходёп с кроссипговером, как видно на рис. 14-3.

Бактериальная клетка при этом называется обычно не трансформированной, а лизогенизированной, однако по сути это одно и то же — благодаря включению нового участка ДНК происходит наследственное изменение зараженн