Выяснение генетики злокачественных опухолей на рыбах

Нарушение клеточной дифференцировки может привести к развитию злокачественной или доброкачественной опухоли. Опухолеродные клетки следует рассматривать как необычные типы дифференцировки клеток.

Для того чтобы охарактеризовать опухоль и степень ее злокачественности, необходимо всегда рассматривать три признака: скорость деления, адгезивные свойства клеточной мембраны, от которых зависит компактная будет опухоль или даст метастазы, и клеточный метаболизм.

Однако, развитие опухолей не следует рассматривать, как включение в ней каких-то особых генов, скорее следует считать, что развитие опухоли происходит в результате нарушения генной активности. У рыб, как и других животных, могут встречаться разнообразные опухоли. Злокачественные опухоли и доброкачественные наиболее часто встречаются в семействах лососевых, тресковых, карповых и камбаловых.

Очень распространенной опухолью у рыб является папиллома, которая образуется на слизистой оболочке рта и на коже головы. Размеры папиллом от маленьких узелков до огромных образований. На образовании папиллом оказывают влияние канцерогенные факторы, приносимые в водоемы с промышленными сточными водами, и онкогенные вирусы.

Если папилломы развиваются на эпителиальной ткани, то у леща, ушастого окуня, ельца, мерлана могут развиваться соединительно-тканные опухоли в виде остеом и остеосарком, фибром и фибросарком. Фибросаркомы отмечены также и у некоторых лососевых.

У щук, лососей, гольца, кеты, а также у камбал найдены злокачественные опухоли лимфоидной системы. Предполагается, что большинство лимфосарком возникает под влиянием онкогенных вирусов, которые выделены пока только у камбал.

Известно, что африканские племена, которые употребляют в пищу заплесневшие семена (родовые обычаи), часто болеют первичной опухолью печени – гепатомой. Когда на продуктах питания развивается плесневый гриб Aspergillus flavus, то он выделяет канцерогенное вещество – афлотоксин, которое и приводит к развитию злокачественной опухоли печени. Оказалось, что во многих рыбоводных хозяйствах злокачественная опухоль печени развивается у радужной форели.

Причиной возникновения гепатомы у форели оказываются афлотоксины, которые находятся в гранулированных кормах. При длительном хранении гранулированных кормов в них развивается аспергилл, который и выделяет афлотоксины. Таким образом, сравнительное действие афлотоксина на человека и рыб показывает, что механизм образования опухоли у них один, и в том и в другом случае возникает гепатома.

При действии паразитов у рыб также могут возникать злокачественные опухоли. Так, например, метациркарии трематод и микроспоридии могут вызывать опухоли мезенхимы у морского черта.

Самым же интересным генетическим вопросом можно считать возникновение опухолей у рыб при скрещивании некоторых видов, когда получается необычное сочетание генов, ведущее к злокачественному росту. Например, если скрестить два вида меченосцев (Xiphophorus maculafusx X. Moterumae), то у них почти всегда образуются меланомы (опухоли пигментных клеток).

Родоначальными пигментными клетками у меченосцев являются макромеланоциты и микромеланоциты. Меланомы у гибридов возникают из макромеланоцитов, в то время как микромеланоциты остаются нормальными. По всей видимости, нарушение дифференцировки микромеланоцитов происходит при взаимодействии нескольких генов. Клетки других типов, хотя и несут тот же гибридный геном, что и макромеланоциты, однако, они остаются нормальными. Это еще раз доказывает, что только в процессе дифференцировки, когда начинают работать гены в определенном сочетании, может развиваться злокачественная опухоль.

Более сложное индуцирование опухолей при скрещивании рыб наблюдается у некоторых видов. Так, при скрещивании пецилии с меченосцем (Platypoecilus makulatus x Xiphophorus helleri) в первом поколении получаются гибриды, у которых больше черных пятен, содержащих меланин, на спинном плавнике (рис. 9). Помимо этого, увеличивается количество участков покрытых красноватыми точками по соседству с черными пятнами.

Рисунок 9. Первое скрещивание меченосца и пецилии.

Возвратное скрещивание гибридов с меченосцем, который не имеет пятен, приводит к образованию нового гибрида с обширными пятнами меланина (рис. 10). Пятна меланина становятся хорошо видимыми вскоре после рождения.

Помимо меланина, все почти все тело гибрида становится красным. Пятна меланина, за несколько недель развиваются в злокачественные опухоли-меланомы, от которых рыбы гибнут.

В приведенных экспериментах развивающиеся опухоли получаются за счет генетических изменений, однако, они несут все признаки истинных злокачественных опухолей, так как трансплантируются, дают метастазы и в них наблюдается характерный для неоплазии аэробный гликолиз. Кстати, об аэробном гликолизе. Это способ дыхания злокачественных клеток, при котором глюкоза окисляется не до Н₂О и СО₂, а только до молочной кислоты.

При канцерогенезе клетка как бы возвращается к примитивным формам роста, для которых характерен гликолиз, менее выгодный способ дыхания в энергетическом отношении по сравнению с полным дыханием и окислением глюкозы до СО₂ и Н₂О.

Рисунок 10. Возвратное скрещивание меченосца с гибридом.

Тщательный генетический анализ показывает, что гибридизация в этом случае приводит к постепенному «растворению» регулирующих генов одного из родителей в не регулирующих генах другой рыбы.

Генетический упрощенный анализ обоих партнеров, дающих гибриды-опухоленосители, показывает, что для вскрытия механизмов образования опухоли у рассматриваемых рыб можно обойтись всего тремя генами.

Первый из генов – пигментный ген (ПГ) вызывает образование макромеланофоров у пецилии, но он самостоятельно не может определять будут ли из меланофоров формироваться пигментные клетки или нет. Для регуляции работы пигментного гена существуют еще два гена: репрессорный ген (РГ) и индукционный ген (ИГ). Репрессорный ген подавляет активность пигментного гена. У пецилии он не производит полного подавления, а лишь значительно ограничивает работу пигментного гена.

Следует отметить, что репрессивные гены находятся в другой хромосоме, а не в той, где присутствует пигментный ген. Индукционные гены в противоположность репрессивным способствуют развитию меланофоров и образованию в них пигмента. Основное их воздействие сводится к усилению синтеза аминокислот, участвующих в синтезе меланина.

Оперируя описанными генами можно создать схему генетической конституции пецилии и меченосца и их гибридов-опухоленосителей (рис. 11).

Рисунок 11. Регуляция работы пигментных генов у рыб до скрещивания: А – гены пецилии: ПГ – пигментные гены. РГ – репрессорный ген, ИГ – индуцирующий ген. Б – гены меченосца: ИГ индуцирующий ген, ПГ и РГ отсутствуют.

Из схемы видно как постепенно при гибридизации «растворяются» репрессорные гены (РГ), и в конце концов получается гибрид, у которого сохраняются только индукционные гены (ИГ). Гибрид, потерявший РГ, погибает от развивающейся меланомы.

Следует отметить, что при нарушении регуляции генной активности при определенной гибридизации рассматриваемых рыб нарушается не только синтез меланина, но и рост и размножение самих клеток, продуцирующих меланин, то есть меланофоров (рис. 12).

Рисунок 12. Регуляция работы пигментных генов у гибридов. А – гибрид после первого скрещивания: потеря части РГ приводит к усилению синтеза меланина; Б – гибрид после возвратного скрещивания: индуцирующие гены (ИГ) остались, репрессорные гены потеряны полностью, развиваются меланомы.

Таким образом, нарушается регуляция клеточных делений меланофоров. По этой причине пигментные гены можно считать генами, которые выделяют определенные и-РНК, заведующие синтезом ростовых веществ, способствующих размножению и росту меланофоров.

В норме ростовые вещества выделяются в ограниченных количествах, так как происходит эффективное подавление ростовых (ПГ) генов. Возвратное скрещивание приводит к тому, что теряются РГ и тормоз с ростовых генов снимается.

Явление возникновения опухолей у гибридов рыб не является уникальным в растительном и животном мире. Оказывается, у растений при гибридизации так же могут возникать генные комбинации ведущие за собой опухолеродные процессы. Такие случаи отмечены у гибридов капусты. Дурмана, львиного зева, томатов, ячменя и других растений.