Možno až príliš jednoduché slovo pomenúvajúce rôznorodú skupinu chorôb prejavujúcich sa nekontrolovateľným rastom buniek v ľudskom tele s potenciálom útočiť a šíriť sa do ostatných častí organizmu. Keď americký prezident Richard Nixon v roku 1971 podpísal Národný rakovinový akt a oficiálne tým začal vojnu proti rakovine, nevedelo sa o príčinách, molekulárnej podstate a terapeutických možnostiach spojených s chorobou s niekoľkotisícročnou históriou prakticky nič.
Prečo niektoré bunky niektorých jednotlivcov nekontrolovateľne rastú? Ako sa dostanú z jedného miesta organizmu na iné? Prečo jeden tumor po ožiarení zmizne, iný sa zmenší a ďalší rastie ako doposiaľ či dokonca ešte rýchlejšie? Čo je hnacou silou tých abnormálnych buniek, silou, ktorá rakovine pomáha prežiť radikálne chirurgické zákroky alebo sa znova nečakane zjaviť pár mesiacov po zdanlivo úspešnej chemoterapeutickej liečbe?
.DNA-RNA-bielkovina a nikdy inak
Na to, aby bolo možné pochopiť, prečo sa niektoré bunky v ľudskom tele správajú „nenormálne“, potrebovali biológovia najprv porozumieť molekulárnej podstate normálneho fungovania buniek. V polovici 40. rokov 20. storočia, tri desaťročia po tom, ako vedci prvýkrát použili slovo „gén“ v súvislosti s dedičnosťou, sa do popredia dostalo aj skúmanie jeho molekulárneho ja. Gén bol funkčne definovaný ako jednotka dedičnosti, ktorá nesie nejakú biologickú vlastnosť z jednej bunky do druhej alebo z jednej generácie na ďalšiu.
Vedelo sa, že gény sú v bunke fyzicky prenášané vo forme chromozómov. A bolo tiež jasné, že chemickou podstatou génov je deoxyribonukleová kyselina, DNA. Gén teda začal byť vnímaný ako nosič informácie. Ako sa však táto informácia v bunke prejavuje? Čo vlastne taký gén robí a ako?
Odpoveď na túto otázku našli George Beadle a Edward Tatum zo Stanfordskej univerzity, keď pochopili, že gény obsahujú informácie o tom, ako vybudovať bielkoviny – komplexné makromolekuly, ktoré sa v bunke starajú o nespočetné množstvo funkcií: Ako enzýmy urýchľujú biochemické reakcie nevyhnutné pre život bunky. Ako receptory pre iné molekuly slúžia na prenášanie signálov v a medzi bunkami. Vytvárajú štruktúru buniek, regulujú iné bielkoviny.
Bielkoviny sú vlastne akési bunkové stroje zhotovené na základe plánov prenášaných v génoch. Ich vytvorenie z génových inštrukcií však vyžaduje ešte jeden medzikrok – prekopírovanie informácie z génu (DNA) do ribonukleovej kyseliny (RNA). Genetická informácia sa teda prenáša z bunky na jej potomstvo v niekoľkých koordinovaných krokoch: najprv sa gény umiestnené na chromozómoch zdvoja a rozdelia do dcérskych buniek. Potom sa gén vo forme DNA prekopíruje do RNA, a to následne umožní vytvorenie bielkoviny, ktorá bude vykonávať určitú špecifickú bunkovú funkciu. Tento jednosmerný tok informácie v bunke (DNA – RNA – bielkovina) sa v polovici 50. rokov 20. storočia stal centrálnou dogmou molekulárnej biológie.
.vírus Peytona Rousa
Vedci zaoberajúci sa rakovinou v tom čase vedeli, že röntgenové žiarenie, cigaretový dym či azbest radikálne zvyšujú riziko vzniku tohto ochorenia. A tiež počuli o zvláštnom prípade istej brazílskej rodiny, v ktorej génoch bola zrejme zakódovaná predispozícia k vyvinutiu retinoblastómu, zhubného nádoru očnej sietnice. Chýbali však akékoľvek širšie súvislosti, ktoré by umožnili dospieť k univerzálnej príčine rakovinového bujnenia.
Jediný modelový systém, v ktorom sa dal vznik rakoviny sledovať a manipulovať, bol v tom čase vírus, ktorý spôsoboval vznik malígneho nádoru spojivového tkaniva (sarkómu) u sliepok – Rousov sarkómový vírus (Rous sarcoma virus, RSV). Jeho objaviteľ, Peyton Rous, študoval zriedkavý typ nádoru hydiny ešte začiatkom 20. storočia, v čase, keď hypotézou vzniku rakoviny bola takzvaná teória somatickej mutácie. Táto teória sa zakladala na poznaní, že karcinogény (teda látky spôsobujúce rakovinu) nachádzajúce sa v životnom prostredí nejakým neznámym spôsobom permanentne menia bunkovú štruktúru, a tak menia normálne bunky na rakovinové. Predmetom záujmu Peytona Rousa bol už spomínaný sarkóm u sliepok (téma zdanlivo nesúvisiaca s ľudskými nádorovými ochoreniami) a možnosti jeho prenosu z jedného organizmu na iný.
Svojím experimentovaním dokázal, že keď izoluje pôvodný tumor z jednej sliepky, dokáže injekciou obsahujúcou pár buniek tohto tumoru vyvolať aktívne nádorové ochorenie u inej sliepky, následne odňať bunky novovytvoreného nádoru, opäť ich preniesť na ďalšieho jedinca, a tak ďalej. Tento relatívne jednoducho vysvetliteľný experiment sa zmenil na prelomový vtedy, keď sa ukázalo, že rakovinové ochorenie sa dá „preniesť“ z jedného organizmu na iný aj niečím, čo zo suspenzie nádorových buniek ostane po jej prefiltrovaní cez súbor veľmi jemných filtrov. To niečo, usúdil Peyton Rous, je extrémne malá častica nachádzajúca sa vnútri nádorovej bunky. To niečo mohla byť jediná biologická častica s týmito vlastnosťami – vírus.
A tak sa k teórii somatickej mutácie (rakovinu vyvolávajú environmentálne karcinogény) a k veľmi nejasnej teórii o tom, že rakovinu spôsobuje abnormálny počet chromozómov po neúspešnom bunkovom delení, pridala v 50. rokoch 20. storočia vírusová teória vzniku nádorov. Z týchto troch veľmi odlišných (ba priam až nekompatibilných) teórií sa v čase absencie akýchkoľvek priamych dôkazov ich platnosti najväčšej dôvere vedcov tešila práve teória Peytona Rousa.
Jedným z mnohých výskumníkov, ktorí v polovici 20. storočia študovali RSV, bol mladý virológ Howard Temin. Ako postdoktorandovi na Kalifornskom Inštitúte Technológie sa mu podarilo ukázať, že RSV sa po tom, ako infikuje cieľové hostiteľské bunky, fyzicky pripojí k ich bunkovej DNA, a tak zmení ich genetickú výbavu. Toto však nebolo typické správanie sa vírusov. „Normálne vírusy“ infikujú bunku a využijú ju na vytvorenie viacerých vírusov, ale nezmenia priamo jej genetickú výbavu. RSV teda zjavne nebol obyčajný vírus. A bol v tom ešte jeden háčik – Temin vedel, že RSV patrí do skupiny takzvaných RNA vírusov, teda vírusov, ktoré so sebou nosia svoje gény priamo vo forme RNA. Ako sa však teda RNA RSV vírusu fyzicky „prilepí“ na bunkovú DNA? Vírusová RNA by sa najprv musela nejako prepísať naspäť do DNA kódu, a to predsa podľa centrálnej dogmy molekulárnej biológie nie je možné. Alebo?
.dogma prestáva byť dogmou
Záhadu napokon vyriešili v roku 1970 Howard Temin a David Baltimore, iný mladý virológ z MIT v Bostone, keď sa im obom nezávisle podarilo nájsť vo vírusových časticiach enzým (reverznú transkriptázu) schopný konvertovať RNA do DNA (dvadsať rokov stará dogma molekulárnej biológie zrazu prestala byť dogmou) a zároveň tým navrhnúť radikálne novú teóriu o životnom cykle týchto špeciálnych vírusov. Podľa tejto dnes už experimentálne riadne potvrdenej teórie gény retrovírusov (tak boli vírusy disponujúce reverznou transkriptázou nazvané) existujú mimo svojej hostiteľskej bunky ako RNA. Keď tieto vírusy infikujú bunku, vyprodukujú pomocou reverznej transkriptázy DNA kópiu svojich génov a túto kópiu pripoja niekam ku genómu (súboru všetkých génov) infikovanej bunky. DNA kópia vírusových génov potom slúži ako predloha na vytvorenie ich mnohých nových RNA kópií a následné rozmnoženie vírusu.
Prelomový objav existencie retrovírusov mal obrovský potenciál vysvetliť vznik nádorových ochorení. Stačilo ich iba v nádoroch nájsť. A tak sa začiatkom 70. rokov 20. storočia celkom logicky začal hon na „rakovinové retrovírusy“. Po veľkej nádeji však prišlo veľké sklamanie – retrovírusy spôsobujúce rakovinu u človeka sa (až na výnimku istej endemickej formy leukémie vyskytujúcej sa v Karibiku skutočne spôsobenej retrovírusom) skrátka nájsť nedali. Znova raz to teda vyzeralo tak, že veľký biologický objav zaviedol rakovinový výskum do slepej uličky. Temin síce ukázal, že virálne gény sa dokážu pripojiť k bunkovým génom, toto poznanie však samo osebe nedokázalo objasniť, ako by tieto virálne gény mali spôsobiť rakovinu. Pretože vo väčšine nádorov sa tieto vírusy jednoducho nevyskytovali.
Bolo teda potrebné začať rozmýšľať inak. RSV zjavne dokázal vložiť svoje vlastné virálne gény do bunkového genómu. To znamenalo, že zmena v genóme by naozaj mohla zmeniť normálnu bunku na rakovinovú. Táto genetická zmena však možno nemusela pochádzať z vírusu samotného. Vírus možno iba priniesol do bunky v podobe svojich génov nejaký „odkaz“. Otázkou teda vlastne nebolo to, kde sú ľudské retrovírusy, otázkou bolo, čo je obsahom „odkazu“ – čo je podstatou virálnych génov, ktoré RSV do bunky priniesol?
Na veľké šťastie biológov, genóm RSV vírusu obsahuje iba štyri gény (na porovnanie genóm človeka obsahuje viac ako 20 000 génov kódujúcich bielkoviny). Ich postupným znefunkčňovaním a sledovaním, kedy vírus už nebude schopný vytvárať nádor, skupina kalifornských virológov relatívne rýchlo identifikovala jediný zo štyroch RSV génov spôsobujúcich sarkóm u sliepok. Tento gén dostal názov „src“ (skrátene zo slova „sarcoma“) a stal sa prvým (no neskôr zďaleka nie jediným) identifikovaným onkogénom (génom schopným vytvárať rakovinu) v histórii. Koncom 70. rokov 20. storočia bola teda konečne na svete relatívne jednoduchá molekulová teória vzniku rakoviny – slepačí RSV vírus dokázal transformovať normálne bunky na rakovinové tak, že do nich vniesol gén, src, ktorý kódoval veľmi aktívnu bielkovinu. Táto bielkovina spúšťala v bunkách kaskádu signálov vedúcich k ich nekontrolovateľnému deleniu a následne k procesu, ktorému hovoríme rakovinová transformácia. Výborná teória mala iba jedinú chybičku krásy – bola platná pre jeden špecifický nádor vyskytujúci sa u hydiny. A keďže v drvivej väčšine ľudských nádorov sa nenašli RSV a ani iné retrovírusy, ktoré by src do buniek „doručili“, relevantnosť tejto teórie pre mechanizmus vzniku rakoviny u ľudí bola v tom čase stále prinajmenšom otázna. Takže ako to bolo ďalej? O tom si povieme nabudúce.
.autorka pracuje v oblasti výskumu rakoviny na Universität Bern.
Prečo niektoré bunky niektorých jednotlivcov nekontrolovateľne rastú? Ako sa dostanú z jedného miesta organizmu na iné? Prečo jeden tumor po ožiarení zmizne, iný sa zmenší a ďalší rastie ako doposiaľ či dokonca ešte rýchlejšie? Čo je hnacou silou tých abnormálnych buniek, silou, ktorá rakovine pomáha prežiť radikálne chirurgické zákroky alebo sa znova nečakane zjaviť pár mesiacov po zdanlivo úspešnej chemoterapeutickej liečbe?
.DNA-RNA-bielkovina a nikdy inak
Na to, aby bolo možné pochopiť, prečo sa niektoré bunky v ľudskom tele správajú „nenormálne“, potrebovali biológovia najprv porozumieť molekulárnej podstate normálneho fungovania buniek. V polovici 40. rokov 20. storočia, tri desaťročia po tom, ako vedci prvýkrát použili slovo „gén“ v súvislosti s dedičnosťou, sa do popredia dostalo aj skúmanie jeho molekulárneho ja. Gén bol funkčne definovaný ako jednotka dedičnosti, ktorá nesie nejakú biologickú vlastnosť z jednej bunky do druhej alebo z jednej generácie na ďalšiu.
Vedelo sa, že gény sú v bunke fyzicky prenášané vo forme chromozómov. A bolo tiež jasné, že chemickou podstatou génov je deoxyribonukleová kyselina, DNA. Gén teda začal byť vnímaný ako nosič informácie. Ako sa však táto informácia v bunke prejavuje? Čo vlastne taký gén robí a ako?
Odpoveď na túto otázku našli George Beadle a Edward Tatum zo Stanfordskej univerzity, keď pochopili, že gény obsahujú informácie o tom, ako vybudovať bielkoviny – komplexné makromolekuly, ktoré sa v bunke starajú o nespočetné množstvo funkcií: Ako enzýmy urýchľujú biochemické reakcie nevyhnutné pre život bunky. Ako receptory pre iné molekuly slúžia na prenášanie signálov v a medzi bunkami. Vytvárajú štruktúru buniek, regulujú iné bielkoviny.
Bielkoviny sú vlastne akési bunkové stroje zhotovené na základe plánov prenášaných v génoch. Ich vytvorenie z génových inštrukcií však vyžaduje ešte jeden medzikrok – prekopírovanie informácie z génu (DNA) do ribonukleovej kyseliny (RNA). Genetická informácia sa teda prenáša z bunky na jej potomstvo v niekoľkých koordinovaných krokoch: najprv sa gény umiestnené na chromozómoch zdvoja a rozdelia do dcérskych buniek. Potom sa gén vo forme DNA prekopíruje do RNA, a to následne umožní vytvorenie bielkoviny, ktorá bude vykonávať určitú špecifickú bunkovú funkciu. Tento jednosmerný tok informácie v bunke (DNA – RNA – bielkovina) sa v polovici 50. rokov 20. storočia stal centrálnou dogmou molekulárnej biológie.
.vírus Peytona Rousa
Vedci zaoberajúci sa rakovinou v tom čase vedeli, že röntgenové žiarenie, cigaretový dym či azbest radikálne zvyšujú riziko vzniku tohto ochorenia. A tiež počuli o zvláštnom prípade istej brazílskej rodiny, v ktorej génoch bola zrejme zakódovaná predispozícia k vyvinutiu retinoblastómu, zhubného nádoru očnej sietnice. Chýbali však akékoľvek širšie súvislosti, ktoré by umožnili dospieť k univerzálnej príčine rakovinového bujnenia.
Jediný modelový systém, v ktorom sa dal vznik rakoviny sledovať a manipulovať, bol v tom čase vírus, ktorý spôsoboval vznik malígneho nádoru spojivového tkaniva (sarkómu) u sliepok – Rousov sarkómový vírus (Rous sarcoma virus, RSV). Jeho objaviteľ, Peyton Rous, študoval zriedkavý typ nádoru hydiny ešte začiatkom 20. storočia, v čase, keď hypotézou vzniku rakoviny bola takzvaná teória somatickej mutácie. Táto teória sa zakladala na poznaní, že karcinogény (teda látky spôsobujúce rakovinu) nachádzajúce sa v životnom prostredí nejakým neznámym spôsobom permanentne menia bunkovú štruktúru, a tak menia normálne bunky na rakovinové. Predmetom záujmu Peytona Rousa bol už spomínaný sarkóm u sliepok (téma zdanlivo nesúvisiaca s ľudskými nádorovými ochoreniami) a možnosti jeho prenosu z jedného organizmu na iný.
Svojím experimentovaním dokázal, že keď izoluje pôvodný tumor z jednej sliepky, dokáže injekciou obsahujúcou pár buniek tohto tumoru vyvolať aktívne nádorové ochorenie u inej sliepky, následne odňať bunky novovytvoreného nádoru, opäť ich preniesť na ďalšieho jedinca, a tak ďalej. Tento relatívne jednoducho vysvetliteľný experiment sa zmenil na prelomový vtedy, keď sa ukázalo, že rakovinové ochorenie sa dá „preniesť“ z jedného organizmu na iný aj niečím, čo zo suspenzie nádorových buniek ostane po jej prefiltrovaní cez súbor veľmi jemných filtrov. To niečo, usúdil Peyton Rous, je extrémne malá častica nachádzajúca sa vnútri nádorovej bunky. To niečo mohla byť jediná biologická častica s týmito vlastnosťami – vírus.
A tak sa k teórii somatickej mutácie (rakovinu vyvolávajú environmentálne karcinogény) a k veľmi nejasnej teórii o tom, že rakovinu spôsobuje abnormálny počet chromozómov po neúspešnom bunkovom delení, pridala v 50. rokoch 20. storočia vírusová teória vzniku nádorov. Z týchto troch veľmi odlišných (ba priam až nekompatibilných) teórií sa v čase absencie akýchkoľvek priamych dôkazov ich platnosti najväčšej dôvere vedcov tešila práve teória Peytona Rousa.
Jedným z mnohých výskumníkov, ktorí v polovici 20. storočia študovali RSV, bol mladý virológ Howard Temin. Ako postdoktorandovi na Kalifornskom Inštitúte Technológie sa mu podarilo ukázať, že RSV sa po tom, ako infikuje cieľové hostiteľské bunky, fyzicky pripojí k ich bunkovej DNA, a tak zmení ich genetickú výbavu. Toto však nebolo typické správanie sa vírusov. „Normálne vírusy“ infikujú bunku a využijú ju na vytvorenie viacerých vírusov, ale nezmenia priamo jej genetickú výbavu. RSV teda zjavne nebol obyčajný vírus. A bol v tom ešte jeden háčik – Temin vedel, že RSV patrí do skupiny takzvaných RNA vírusov, teda vírusov, ktoré so sebou nosia svoje gény priamo vo forme RNA. Ako sa však teda RNA RSV vírusu fyzicky „prilepí“ na bunkovú DNA? Vírusová RNA by sa najprv musela nejako prepísať naspäť do DNA kódu, a to predsa podľa centrálnej dogmy molekulárnej biológie nie je možné. Alebo?
.dogma prestáva byť dogmou
Záhadu napokon vyriešili v roku 1970 Howard Temin a David Baltimore, iný mladý virológ z MIT v Bostone, keď sa im obom nezávisle podarilo nájsť vo vírusových časticiach enzým (reverznú transkriptázu) schopný konvertovať RNA do DNA (dvadsať rokov stará dogma molekulárnej biológie zrazu prestala byť dogmou) a zároveň tým navrhnúť radikálne novú teóriu o životnom cykle týchto špeciálnych vírusov. Podľa tejto dnes už experimentálne riadne potvrdenej teórie gény retrovírusov (tak boli vírusy disponujúce reverznou transkriptázou nazvané) existujú mimo svojej hostiteľskej bunky ako RNA. Keď tieto vírusy infikujú bunku, vyprodukujú pomocou reverznej transkriptázy DNA kópiu svojich génov a túto kópiu pripoja niekam ku genómu (súboru všetkých génov) infikovanej bunky. DNA kópia vírusových génov potom slúži ako predloha na vytvorenie ich mnohých nových RNA kópií a následné rozmnoženie vírusu.
Prelomový objav existencie retrovírusov mal obrovský potenciál vysvetliť vznik nádorových ochorení. Stačilo ich iba v nádoroch nájsť. A tak sa začiatkom 70. rokov 20. storočia celkom logicky začal hon na „rakovinové retrovírusy“. Po veľkej nádeji však prišlo veľké sklamanie – retrovírusy spôsobujúce rakovinu u človeka sa (až na výnimku istej endemickej formy leukémie vyskytujúcej sa v Karibiku skutočne spôsobenej retrovírusom) skrátka nájsť nedali. Znova raz to teda vyzeralo tak, že veľký biologický objav zaviedol rakovinový výskum do slepej uličky. Temin síce ukázal, že virálne gény sa dokážu pripojiť k bunkovým génom, toto poznanie však samo osebe nedokázalo objasniť, ako by tieto virálne gény mali spôsobiť rakovinu. Pretože vo väčšine nádorov sa tieto vírusy jednoducho nevyskytovali.
Bolo teda potrebné začať rozmýšľať inak. RSV zjavne dokázal vložiť svoje vlastné virálne gény do bunkového genómu. To znamenalo, že zmena v genóme by naozaj mohla zmeniť normálnu bunku na rakovinovú. Táto genetická zmena však možno nemusela pochádzať z vírusu samotného. Vírus možno iba priniesol do bunky v podobe svojich génov nejaký „odkaz“. Otázkou teda vlastne nebolo to, kde sú ľudské retrovírusy, otázkou bolo, čo je obsahom „odkazu“ – čo je podstatou virálnych génov, ktoré RSV do bunky priniesol?
Na veľké šťastie biológov, genóm RSV vírusu obsahuje iba štyri gény (na porovnanie genóm človeka obsahuje viac ako 20 000 génov kódujúcich bielkoviny). Ich postupným znefunkčňovaním a sledovaním, kedy vírus už nebude schopný vytvárať nádor, skupina kalifornských virológov relatívne rýchlo identifikovala jediný zo štyroch RSV génov spôsobujúcich sarkóm u sliepok. Tento gén dostal názov „src“ (skrátene zo slova „sarcoma“) a stal sa prvým (no neskôr zďaleka nie jediným) identifikovaným onkogénom (génom schopným vytvárať rakovinu) v histórii. Koncom 70. rokov 20. storočia bola teda konečne na svete relatívne jednoduchá molekulová teória vzniku rakoviny – slepačí RSV vírus dokázal transformovať normálne bunky na rakovinové tak, že do nich vniesol gén, src, ktorý kódoval veľmi aktívnu bielkovinu. Táto bielkovina spúšťala v bunkách kaskádu signálov vedúcich k ich nekontrolovateľnému deleniu a následne k procesu, ktorému hovoríme rakovinová transformácia. Výborná teória mala iba jedinú chybičku krásy – bola platná pre jeden špecifický nádor vyskytujúci sa u hydiny. A keďže v drvivej väčšine ľudských nádorov sa nenašli RSV a ani iné retrovírusy, ktoré by src do buniek „doručili“, relevantnosť tejto teórie pre mechanizmus vzniku rakoviny u ľudí bola v tom čase stále prinajmenšom otázna. Takže ako to bolo ďalej? O tom si povieme nabudúce.
.autorka pracuje v oblasti výskumu rakoviny na Universität Bern.
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.