Dołącz do czytelników
Brak wyników

Temat numeru

21 listopada 2018

NR 30 (Listopad 2018)

Dlaczego słonie nie chorują na raka?

0 217

Rak jest obecnie drugą najczęstszą przyczyną zgonów na świecie i w tych niezbyt chlubnych statystykach przegrywa jedynie z chorobami układu krążenia. W 2015 roku zgodnie ze statystkami Światowej Organizacji Zdrowia (ang. WHO, World Health Organization) był przyczyną śmierci 8,8 miliona ludzi na całym świecie.

Rak powstaje w wyniku transformacji komórek prawidłowych w komórki nowotworowe podczas wieloetapowego procesu zwanego kan­cerogenezą. Zmiany te są wynikiem współdziałania czynników genetycznych i czynników zewnętrznych wpływających na rozwój nowotworu. Czynniki zewnętrzne możemy podzielić na czynniki fizyczne (np. promieniowanie UV), czynniki chemiczne (np. azbest, składniki dymu tytoniowego) i czynniki biologiczne (np. wirusy, bakterie). Obecnie przyjmuje się, że jesteśmy w stanie zapobiec od 30% do 50% przypadków nowotworów, dzięki unikaniu czynników ryzyka i wprowadzaniu odpowiednich działań profilaktycznych. Niezwykle ważne jest także wczesne wykrywanie raka, które daje pacjentom szansę na dobór jak najlepszej terapii, a w konsekwencji na pełne wyleczenie. Czy jednak w królestwie zwierząt statystyki dotyczące raka są równie zatrważające? Czy może są zwierzęta, które nie cierpią z powodu tej choroby? 

Słoń z walki z rakiem (prawie) zawsze wraca z tarczą

Zgodnie z tym, co na dzień dzisiejszy wiadomo na temat chorób nowotworowych, słonie powinny być zwierzętami niezwykle często zapadającymi na tą chorobę. Rak ma ścisły związek z procesem starzenia się organizmu, a jak powszechnie wiadomo słonie mogą dożyć nawet późnej starości i zacnego wieku ponad 70 lat. W ciągu całego swojego długiego życia zwierzęta rosną do dużych rozmiarów i przybierają na wadze. Małe słoniątko waży średnio około 90 kg natomiast dorosły osobnik osiąga ciężar ciała na poziomie nawet 5500 kg. Daje to ponad 60-krotne zwiększenie masy ciała w ciągu całego życia. Wzrost jest ­nierozerwalnie ­związany z nieustannymi podziałami komórkowymi, a każda komórka, która ulega podziałom i zachodzą w niej procesy komórkowe może stać się źródłem mutacji, która zapoczątkuje rozwój choroby nowotworowej. Wskaźniki śmiertelności z powodu nowotworów w królestwie zwierząt jest różny, zależny od gatunku i wynosi od 1% w przypadku góralka przylądkowego Procavia capensis, 8% u dzikich afrykańskich psów i ponad 20% u gepardów. Słonie, pomimo ogromnych rozmiarów swojego ciała, 100 razy większej liczby komórek niż u człowieka i długiego czasu życia wcale nie plasują się na czele tej stawki. Jedynie niespełna 5% wszystkich zgonów słoni w niewoli ma związek z rakiem. U człowieka wskaźnik ten wynosi od 11% do 25%, ale w tym miejscu podkreślić trzeba, że wiele z tych zgonów ma związek ze stylem życia, na przykład z paleniem papierosów czy złą dietą. Wyniki najnowszych badań wskazują na to, że słonie mają 20 razy więcej kopii kluczowego w walce z rakiem genu w porównaniu z człowiekiem. Ludzie posiadają jedynie dwie kopie genu blokującego proces nowotworzenia o nazwie TP53, który dziedziczymy po oboj­gu rodzicach (1 allel od matki, 1 allel od ojca). TP53 odgrywa istotną rolę w zapobieganiu rakowi i nie bez powodu określany jest jako „strażnik genomu”, który skanuje komórki pod kątem błędów genetycznych i niszy te, które zawierają błędy, w przypadku których nie ma możliwości naprawy. Gen ten jest powszechnie znanym supresorem nowotworu, którego inaktywacja prowadzi do nabycia przez komórki trzech cech charakterystycznych dla nieprawidłowych komórek nowotworowych: dochodzi w nich do supresji apoptozy, wzrasta tempo proliferacji i komórki cechuje niestabilność genomu. Ewolucja od małych, krótko żyjących zwierząt do większych i długowiecznych musiała być ściśle powiązana z ewolucją mechanizmów przeciwnowotworowych, co miało stanowić parasol ochronny przed rakiem mimo wydłużenia czasu życia. 
Słonie to nie jedyne zwierzęta z receptą na raka. Wieloryby łowne są jeszcze większe niż słonie a ponadto charakteryzują się jeszcze dłuższym życiem, ponieważ dożywają nawet 200 urodzin. Zaskakująco niski wskaźnik zachorowalności na raka mają także małże, jeżowce i większość skorupiaków z dekapodem (na przykład homary, raki).
W przeciwieństwie do słoni, jednym z gatunków zwierząt szczególnie dotkniętych przez raka w ostatnich latach jest diabeł tasmański. Obecnie zagrożony wyginięciem z powodu nowotworów rozprzestrzeniających się „z pomocą” pasożyta. 
W ramach ciekawostki warto wspomnieć o swego czasu bardzo powszechnym i lubianym, również przez firmy farmaceutyczne, mitem o tym, że rekiny nie chorują na raka. Przekonanie takie doprowadziło do tego, że ludzie zaczęli je zabijać i sprzedawać ich chrząstkę na suplementy diety. Jednakże przeprowadzone badania kliniczne nad suplementami zawierającymi chrząstkę rekina nie potwierdziły korzyści ani dla pacjentów chorych na raka, ani dla osób zdrowych jako profilaktyka tej choroby. 

Paradoks Peto

Myszy i szczury od dawna są standardowym modelem zwierzęcym do badań nad rakiem ze względu na ich krótki średni czas życia (około 4 lata) i wysoki wskaźnik zachorowalności na choroby nowotworowe. W 1977 roku Richard Peto, statystyk z Uniwersytetu w Oksfordzie wskazał na prosty, ale niezwykle zagadkowy fakt biologiczny. Ludzie powinni zapadać na choroby nowotworowe znacznie częściej niż myszy, jednakże tak się nie dzieje. Argumenty, które miały popierać tą hipotezę są bardzo proste i logiczne zarazem. Za każdym razem, gdy komórka się dzieli, istnieje szansa, że zajdzie w niej mutacja. Im większe zwierzę tym więcej ma komórek, a ponadto im dłużej żyje, tym więcej razy jego komórki ulegają podziałom. Komórki ludzkie przechodzą około 10000 razy więcej podziałów niż komórki myszy – a tym samym powinno być u nich większe prawdopodobieństwo zachorowania na raka. Okazuje się jednak, że ludzie i myszy mają w gruncie rzeczy takie samo ryzyko pojawienia się u nich choroby nowotworowej. Zjawisko to zostało nazwane paradoksem Peto. Wciąż nie cichną spekulacje mówiące o tym, że duże, długo żyjące zwierzęta muszą ewoluować jeśli chodzi o mechanizmy walki z rakiem. Idąc tym tropem największe i najdłużej żyjące zwierzęta powinny mieć największy i najskuteczniejszy arsenał tych mechanizmów.

(Nie)równa walka

Doktor Schiffman, specjalizujący się w leczeniu dzieci pozbawionych jednego allelu genu TP53 i jego współpracownicy stwierdzili w swoich badaniach, że słonie mają wyjątkowo niski wskaźnik raka. Sprawdzono zapiski ZOO dotyczące śmierci 644 słoni i stwierdzono na ich podstawie, że mniej niż 5% z nich zmarło na raka. W celu zrozumienia mechanizmów obronnych słoni naukowcy badali gen TP53, który jest kluczowy dla zapobiegania chorobom nowotworowym. Białko kodowane przez ten gen monitoruje komórki pod kątem uszkodzeń DNA. W niektórych przypadkach monituje i ostatecznie sprowadza komórki na drogę naprawy tych uszkodzeń. Białko p53 zatrzymuje też komórki przed dalszymi podziałami, a nawet może skierować je na drogę apoptozy, czyli programowanej śmierci komórki. Jest to białko bez wątpienia kluczowe w procesie ochrony komórek przed procesem nowotworzenia. Dowodem na to jest to, co dzieje się z osobami urodzonymi z wadliwą kopią kodującego je genu. Osoby te cierpią na zespół Li-Fraumeni i mają ponad 90% ryzyko pojawienia się u nich nieprawidłowych nowotworowych komórek. Na raka chorują już jako dzieci i w ciągu całego swojego życia mogą mieć kilka różnych rodzajów nowotworów. Oba funkcjonalne allele TP53 są niezbędne dla zapobiegania rozwojowi raka. Schiffman wraz z zespołem stwierdził, że słonie niejako nabyły nowe kopie genu kodującego białko p53 w czasie ewolucji, ponieważ mają ich 40, czyli 20 razy więcej niż człowiek. Wielokrotne kopie TP53 i wzmożona apoptoza za pośrednictwem białka p53 mogą być w związku z tym odpowiedzialne za ochronę przed rakiem u słoni. Sekwencjonowanie DNA słoni wykazało, że spośród 20 kopii genu TP53 u afrykańskich słoni aż 19 to retrogeny, co oznacza, że zostały wprowadzone do genomu w późniejszym terminie niż oryginalny gen. Wyniki tych badań sugerują, że te dodatkowe geny były preferencyjnie wybierane w trakcie ewolucji i prawdopodobnie to właśnie one w pewien sposób pomogły słoniom podczas tego procesu. Początkowo naukowcy spodziewali się, że komórki słoni, dzięki tym dodatkowym kopiom genu, będą po prostu szybciej naprawiały powstałe w nich uszkodzenia niż komórki ludzi, jednakże takie zjawisko nie zostało przez nich w toku dalszych badań zaobserwowane. Zamiast tego udało im się zobaczyć, że komórki słoni umierają zdecydowanie szybciej niż ludzkie. Chociaż na pierwszy rzut oka ta szybsza śmierć komórek może wydawać się czymś złym to paradoksalnie jest ona cechą pożądaną.

Częścią strategii supresji TP53 jest spowodowanie, że uszkodzona komórka popełnia samobójstwo, a tym samym nie przenosi szkodliwych mutacji. Jak dotąd słonie są jedynymi zwierzętami z dodatkowymi kopiami genu TP53. Spekuluje się zatem, że papugi, żółwie i wieloryby, które również żyją bardzo długo, posiadają własną strategię obrony przed rakiem i długowieczności. W celu prześledzenia ewolucji tych dodatkowych genów dokonano porównania na dużą skalę słoni z innymi gatunkami ssaków. Niewielcy przodkowie słoni mieli tylko jedną kopię funkcjonalną tego genu. Naukowcy zadali sobie pytanie, czy to właśnie te dodatkowe kopie genu mają wpływ na zachorowalność na raka i przeprowadzili eksperyment na komórkach słoni. Zespół doktora Shiffmana bombardował komórki słoni promieniowaniem i szkodliwymi dla DNA chemikaliami. Drugi zespół pod kierownictwem doktora Lyncha (genetyk ewolucyjny z University of Chicago) zastosował promieniowanie UV i chemikalia zaburzające strukturę DNA. We wszystkich przypadkach komórki słoni zareagowały tak samo i zamiast naprawiać powstałe szkody po prostu popełniły samobójstwo. Jest to unikalny, bardzo skuteczny sposób blokowania raka. Dalszych badań wymaga jednak dokładne poznanie mechanizmów, dzięki którym słonie mogą wykorzystywać białko p53 do walki z nowotworem. Jedną z możliwości jest to, że dodatkowe kopie mogą działać jako wabiki dla enzymów niszczących białko p53, a w rezultacie zwierzęta te mają w...

Pozostałe 70% treści dostępne jest tylko dla Prenumeratorów.

Co zyskasz, kupując prenumeratę?
  • 6 wydań czasopisma "Biologia w Szkole"
  • Dostęp do wszystkich archiwalnych artykułów w wersji online
  • ...i wiele więcej!
Sprawdź

Przypisy