معلومة

السرطان والتطور

السرطان والتطور



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

تحرير: فقط للتوضيح ، أسأل ما الذي تقوله الأدبيات أنه يمكن استخلاصه عن التطور من خلال دراسة السرطان ، خاصة فيما يتعلق بكيفية تطور الخلايا المتعددة والسمات المستخدمة لإجبار الخلايا على السيطرة على الكائن الحي.

كانت معظم تفاصيل السؤال الأصلية التي أضفتها مجرد أفكاري الخاصة حول هذا الموضوع.


السؤال الأصلي

هل هناك معنى يمكن من خلاله اعتبار السرطان بمثابة عودة إلى "أصل" الخلية الأحادية؟

لقد بدا لي دائمًا أن السرطان يكاد يكون حتميًا من خلال بنية الخلية ("تصميمها" السيئ ، أساسًا). الشيء الوحيد الذي يقف في الطريق هو الضوابط الخلوية: الشيخوخة / موت الخلايا المبرمج (مثل مسار p53) ، كبت المناعة (مثل الخلايا الليمفاوية التائية السامة للخلايا) ، التيلوميرات ، إلخ ...

لذلك يبدو أن التعددية الخلوية لم تتطور "من الأرض إلى أعلى" ، ولكنها نشأت بدلاً من ذلك عن طريق التفرقة البطيئة بين وظائف الخلايا المختلفة ، مع تطوير عناصر تحكم "من أعلى إلى أسفل" ضد السلوك الخلوي الخاطئ. وبالتالي ، فإن السرطان ، الذي يحدث عندما تفشل وسائل الحماية هذه ، هو بمعنى ما مجرد عودة إلى جذر تطوري قديم.

أفترض أن بعض الحجج ضد هذا تشمل حقيقة أن الخلايا الحديثة إلى حد كبير تختلف عن أسلافهم القدماء (أو حتى البكتيريا القديمة / البكتيريا). لذا فإن أفضل ما يمكننا قوله هو أن جوهر الخلية قد تم الحفاظ عليه بشكل كافٍ (الريبوسومات لا تزال في الغالب من الحمض النووي الريبي ، أليس كذلك؟ :)). علاوة على ذلك ، من الصعب تسمية بعض "التطورات الدقيقة" للسرطان (مثل إنتاج الإنترلوكين -8) كعوائد للسلوك البدائي. في هذه الحالات ، أميل إلى رؤيتها على أنها حالات ضرورية لإزالة عناصر التحكم "من أعلى إلى أسفل" ، بدلاً من اعتبارها جزءًا لا يتجزأ من النمو المدمر الخارج عن السيطرة الذي يميز عملية تكوين الورم. ولكن ، بشكل مثير للجدل ، ربما لا يكون كل منهم (على سبيل المثال التسرب في ورم خبيث).

من الواضح أن هذا يبدو بسيطًا للغاية ، لكن هل هناك أي أدبيات تفكر فيه بهذه الطريقة؟ أم فضحه مباشرة؟


السرطان ومستوى الاختيار

ينتج السرطان من عمل معاكس مختلف مستوى الاختيار. هناك اختيار على مجموعة الأفراد متعددي الخلايا وهناك اختيار على تعداد الخلايا داخل كل فرد متعدد الخلايا.

هناك اختيار بين الخلايا داخل الفرد لزيادة معدل النسخ المتماثل بينما يوجد اختيار بين الأفراد متعددي الخلايا في السكان لمعدل النسخ المتماثل الخاضع للرقابة لخلاياهم.

التحولات الكبرى

يُطلق على الممر من وحدة الاختيار الصغيرة إلى الوحدات الأكبر اسم "تحول رئيسي". وتشمل هذه التحولات تجميع الجينات على الكروموسومات ، وتجميع الخلايا في أفراد متعددي الخلايا ، وتجميع الفرد متعدد الخلايا في مستعمرات ، وإذا كان هناك العديد من الكواكب التي تعيش في الحياة في الكون ، فإن تجميع أشكال الحياة في كل كوكب في مجموعة من الكواكب الحية: يمكن للمرء أن يسرد تحولات رئيسية أخرى أكثر تطرفًا أو وسيطة ، لكن هناك قدرًا كبيرًا من الجدل حول ما يشكل بالفعل انتقالًا رئيسيًا.

أدب حول هذا الموضوع

[أنا] هناك أي أدب يفكر في الأمر بهذه الطريقة؟

الكلمات الرئيسية التي ستساعد في البحث عن مزيد من المعلومات هي اختيار المجموعة, اختيار ذوي القربى, التحولات الرئيسية.

أوصي بإلقاء نظرة على التحولات الكبرى في التطور لماينارد سميث وزاثماري وأيضًا التحولات الرئيسية في التطور التي تمت إعادة النظر فيها بواسطة كالكوت وستيرلني وهو كتاب مكون من العديد من الأجزاء الصغيرة ، كتب كل منها مؤلف مختلف حول نفس الأسئلة من مستوى اختيار.

قد تلقي نظرة في النهاية على الديناميكيات التطورية: استكشاف معادلات الحياة بواسطة نوفاك أيضًا.

تتضمن هذه المناقشات حول مستوى الاختيار مناقشة ماهية الفرد وما هو المستوى الأكثر أهمية. ستجلب لك كتب Dawkins المشهورة جدًا والمكتوبة جيدًا بعض الضوء على هذا الموضوع. ضع في اعتبارك النمط الظاهري الممتد على سبيل المثال.

لمزيد من توصيات الكتاب في علم الوراثة التطورية ، يرجى إلقاء نظرة على كتب عن السكان أو علم الوراثة التطورية ؟.

إذا كنت تحب الإحساس بالتفكير في الأرض بأكملها كجزء فردي من مجموعة أكبر من الكوكب الحي في النهاية ، فربما تستمتع برؤية فسيولوجية / بيئية لكوكب الأرض الحي هذا مع Gaia بواسطة Lovelock


السرطان والتطور - علم الأحياء

منظور آخر للسرطان: التطور في الداخل
أكتوبر 2007

أين التطور؟
قد تبدو الأمثلة الرمزية للتطور (الطيور التي نشأت من الديناصورات ، أو البشر الذين يتطورون في وضعية منتصبة ، أو سلالة من الأسماك ذات الزعانف التي تتطور بأربعة أرجل وتنتقل إلى اليابسة) غير مرتبطة بنمو ورم سرطاني ، ولكن العملية الكامنة وراء كل منهما # 151 الانتقاء الطبيعي & # 151 متطابق. عادة ما نفكر في الانتقاء الطبيعي الذي يعمل بين الأفراد ، ويفضل أولئك الذين يحملون سمات مفيدة ويجعل تلك السمات أكثر شيوعًا في الجيل التالي. ومع ذلك ، فإن العناصر الأساسية لهذه العملية & # 151 التباين والوراثة والميزة الانتقائية & # 151 لا تميز فقط مجموعات الكائنات الحية في بيئة معينة ، ولكن أيضًا مجموعات الخلايا داخل أجسامنا. الخلايا المبطنة لأمعائك ، على سبيل المثال ، ليست موحدة وراثيا وهناك تباين فيما بينها. تعرضت بعض هذه الخلايا لطفرات طفيفة عند انقسامها. إذا سمحت إحدى هذه الطفرات (أو سلسلة من الطفرات) لحاملها بالتهرب من موت الخلايا والتكاثر بشكل أكثر غزارة من غيره ، فسوف تنقل هذه الطفرة إلى الخلايا الوليدة ، وستزداد الخلايا التي تحمل تلك الطفرة بمرور الوقت. مثل الكائنات الحية في النظام البيئي ، تتنافس سلالات الخلايا داخل جسم الفرد على الموارد. إن سلالة الخلية التي تكتسب ميزة في تلك المنافسة ، وتراكم الطفرات التي تسمح لها بالحصول على موارد إضافية والهروب من آليات التحكم في الجسم ، سوف تتكاثر وقد تتطور إلى ورم سرطاني.


على الرغم من أن تطور السكان في النظام البيئي وأنساب الخلايا في الجسم يعتمد على نفس العملية الأساسية ، إلا أن هناك بعض الاختلافات الرئيسية بين الاختيار على هذه المستويات المختلفة. أولاً ، تتكاثر الكائنات الحية بأكملها بشكل أبطأ بكثير مما تفعله الخلايا الفردية. هذا يعني أنه في حين أن تطور نوع جديد أو تحول كبير (مثل تطور الطيور من الديناصورات) قد يستغرق ملايين السنين ، فإن تطور سلالة خلوية إلى شكل سرطاني يمكن أن يحدث على مقياس شهور أو سنوات . ثانيًا ، يزيد الانتقاء الطبيعي عمومًا من اللياقة التطورية للأفراد ، ويفضل أولئك الذين تسمح لهم سماتهم بالبقاء على قيد الحياة وإنتاج نسل أكثر صحة ، ومع ذلك ، فإن الاختيار عند المستويات الأدنى قد يزيد من لياقة السلالات الخلوية على حساب الفرد. في حالة السرطان ، يكون هذا واضحًا بشكل خاص: تتمتع الخلايا السرطانية بميزة مقارنة بالخلايا الأخرى في الجسم ، ولكنها غير مواتية للكائن الحي. قد يؤدي الاختيار على المستوى الخلوي إلى إعاقة بقاء الكائن الحي وتكاثره ، ويعمل في معارضة دقيقة للانتقاء على المستوى الفردي.

لماذا كانت مواجهة هذه الآثار السلبية على مستوى الفرد (أي إيجاد علاج) صعبة للغاية؟ يكشف المنظور التطوري عن الإجابة: السرطان & # 151 حتى داخل شخص واحد & # 151 ليس كيانًا واحدًا. إنها مجموعة متنوعة ومتطورة من سلالات الخلايا. فالورم الفردي ، على سبيل المثال ، يتكون من مجموعة متنوعة من أنواع الخلايا ، يتم إنتاجها مع تكاثر الخلايا وإحداث طفرات مختلفة. يعني كل هذا التنوع أن مجموعة الخلايا يمكن أن تشتمل بسهولة على مجموعة متنوعة متحولة تصادف أنها مقاومة لأي دواء فردي للعلاج الكيميائي قد نعطيه. ولجعل الأمور أكثر صعوبة ، فإن علاج المريض بهذا الدواء يخلق بيئة تتمتع فيها الخلايا السرطانية المقاومة القليلة بميزة انتقائية قوية مقارنة بالخلايا الأخرى. بمرور الوقت ، ستزداد هذه الخلايا المقاومة في التردد وتستمر في التطور. ليس من المستغرب إذن أنه لم يتم تطوير علاج بسيط للسرطان بعد: علاج حتى نوع واحد من السرطان يشبه إلى حد ما محاولة استهداف مجموعة كاملة من الأهداف المتحركة دفعة واحدة.

    التأكيد على الاكتشاف المبكر. كلما قل الوقت الذي يجب أن تتطور فيه سلالة الخلايا السرطانية ، قل تنوع مجموعة الخلايا ، وبالتالي ، سيكون من الأسهل استهداف الخلايا المارقة كمجموعة.

علاج السرطان يعني التحكم في مجموعة متنوعة من سلالات الخلايا سريعة التطور. يساعد هذا التحدي في تفسير سبب عدم تزويدنا بالعلاج حتى الآن ، ولكنه يشير أيضًا إلى الطريق نحو حلول جديدة تأخذ هذا التطور في الاعتبار. يستمر البحث في تطوير وتحسين هذه العلاجات ، بمساعدة الأموال المتأتية من أحداث مثل الشهر الوطني للتوعية بسرطان الثدي. قد تبدو مبيعات الأحذية الرياضية الوردية ومسيرات جمع التبرعات غير مرتبطة بالتطور ، لكن السبب الذي تمثله يمثل مشكلة تطورية بطبيعتها.

  • ميرلو ، إل إم إف ، بيبر ، جيه دبليو ، ريد ، بي جيه ، ومالي ، سي سي (2006). السرطان كعملية تطورية وبيئية. مراجعات الطبيعة للسرطان 6:924-935.

    من معهد هوارد هيوز الطبي

فهم موارد التطور:

أسئلة المناقشة والإرشاد

    صف الخصائص الأساسية اللازمة لحدوث التطور عبر الانتقاء الطبيعي.

. تصف المقالة أعلاه كيف يعمل الانتقاء الطبيعي على مستويين من هذا التسلسل الهرمي: مجموعات الكائنات الحية وسلالات الخلايا. صف المستوى الثالث من التسلسل الهرمي الذي يمكن أن يعمل فيه الانتقاء الطبيعي. اشرح كيف يلبي هذا الموقف المعايير اللازمة لحدوث الانتقاء الطبيعي.

الدروس والموارد التعليمية ذات الصلة

    : في نشاط الفصل الدراسي هذا للصفوف من التاسع إلى الثاني عشر ، يتعلم الطلاب سبب كون التطور في قلب تهديد الصحة العالمي من خلال التحقيق في المشكلة المتزايدة لمقاومة المضادات الحيوية في مثل هذه الأمراض الخطيرة مثل السل.

: تتناول هذه المقالة للصفوف من التاسع إلى الثاني عشر كيف استغل العالم آندي إلينجتون قوة الانتقاء الاصطناعي لبناء جزيئات جديدة ومفيدة في مختبره. يمكن أن تساعد نتائج عمله في حمايتنا من الهجمات الإرهابية ومكافحة فيروس نقص المناعة البشرية والسرطان.

    جريفز ، م. (2000). السرطان: الإرث التطوري. أكسفورد: مطبعة جامعة أكسفورد.


جلسة عامة لإلقاء نظرة فاحصة على تطور بيولوجيا السرطان وعلاجاته

تجمع الجلسة العامة يوم الثلاثاء في الاجتماع السنوي للجمعية الأمريكية لأبحاث السرطان 2021 أربعة علماء يساعدون في تناول علاج السرطان في اتجاهات جديدة ومثيرة.

بيولوجيا السرطان والمشهد العلاجي المتغير من الساعة 10:45 صباحًا حتى 12:45 مساءً. بتوقيت شرق الولايات المتحدة يوم الثلاثاء 13 أبريل. يمكن للحاضرين المسجلين مشاهدة تسجيل الجلسة حتى 21 يونيو 2021.

Olufunmilayo I. Olopade ، MD ، FAACR ، مركز السرطان الشامل بجامعة شيكاغو للطب ، سوف يشرح خلال "القابلية الموروثة للإصابة بالسرطان: من لم شمل الأسرة إلى الخطوط الأمامية للرعاية الصحية الدقيقةكيف يسمح الجمع بين علم الجينوم والذكاء الاصطناعي والتعلم العميق بإجراء دراسات عالمية أكبر لإيجاد روابط للمخاطر الموروثة والسرطان. تتضمن أبحاث Olopade تتبع الأسباب الجذرية لسرطان الثدي الثلاثي السلبي من خلال دراسة حالات سرطان الثدي لدى صغار السن في جميع أنحاء الشتات الأفريقي لفهم الجينات التي قد تساهم في الإصابة بسرطان الثدي الوراثي. تشمل مواقع الدراسة نيجيريا وكامارون وأوغندا وأمريكا اللاتينية والبرازيل والولايات المتحدة.

يمكن أن يؤدي دمج الاختبارات الجينومية في أدوات التشخيص إلى تحسين العدالة الصحية من خلال تحديد الأشخاص الأكثر عرضة للإصابة بالسرطان في سن أصغر ، والمساعدة في الوقاية لأولئك المعرضين للإصابة بمتغيرات السرطان اللاجينية ، وضمان تلقي كل مريض العلاج المناسب في الوقت المناسب ، Olopade قالت.

"يمكننا تسريع كيفية فهمنا للرعاية الصحية الدقيقة ، حيث بمجرد أن نفكر فقط في الشخص الذي أصيب بالسرطان ، يمكننا الآن التفكير في الشخص قبل أن يصاب بالسرطان واستخدام أدوات مثل الرعاية الصحية عن بُعد ، خاصة بعد الوباء ، للقيام بعمل شامل وقال أولوباد: "تقييم المخاطر والاختبار الجيني". "يمكننا الآن تحديد متغيرات السلالة الجرثومية التي يمكن أن توجهنا نحو الفحص المستهدف ، والتدخلات المستهدفة ، والوقاية المستهدفة."

استهداف العوامل المُفرزة في البيئة المكروية للورم لعلاج سرطان البنكرياس"توني هانتر ، دكتوراه ، FAACR ، معهد سالك ، بمراجعة عمل مختبره على سرطان البنكرياس ، ودراسة التفاعلات بين الخلايا السرطانية والسدوية التي تؤدي إلى إنشاء عقاقير جديدة تستهدف التفاعلات بوساطة البروتينات المفرزة وعوامل أخرى. على مدار العقد الماضي ، ركز هانتر على الخلايا الشبيهة بالأرومات الليفية التي تحيط بالخلايا السرطانية بمصفوفة كثيفة من البروتينات خارج الخلية مثل الكولاجين. تفرز هذه الخلايا النجمية أيضًا بروتينات يمكن أن تعمل كعوامل نمو خلوية.

قال هانتر: "يميل الناس إلى التركيز على الخلايا السرطانية لأنهم يخضعون لتغيرات جينية ، لكنهم يدعمون ويتفاعلون مع هذه الخلايا الطبيعية". "تقوم الخلايا السرطانية بتوجيه الخلايا الطبيعية ما يجب القيام به ، والخلايا الطبيعية تساعد الخلايا السرطانية. في بعض الحالات ، خاصةً مع سرطان البنكرياس ، فإنهم يخلقون بيئة تثبط الاستجابة المناعية. هذا & # 8217s لماذا لا يستجيب سرطان البنكرياس لعلاجات نقاط التفتيش ، حتى الآن ".

وجد مختبر هانتر أن العامل المثبط لسرطان الدم (LIF) ، وهو سيتوكين مرتبط بـ IL-6 ، تصنعه الخلايا اللحمية ، ويعزز مقاومة العلاج الكيميائي في الخلايا السرطانية ، وفي العمل المنشور في عام 2019 ، أظهر أن الجسم المضاد الذي يحجب LIF و gemcitabine زاد البقاء على قيد الحياة في نموذج سرطان البنكرياس الفئران. تم العثور على LIF المرتفع أيضًا في أنسجة سرطان البنكرياس البشري ، وتم الانتهاء من تجربة إكلينيكية من المرحلة الأولى باستخدام جسم مضاد يحجب LIF تم تطويره بواسطة Northern Biologics.

دينيس ج.سلامون ، FAACR ، Revlon / UCLA Women & # 8217s برنامج أبحاث السرطان في مركز جونسون الشامل للسرطان ، سيقدم "استغلال بيولوجيا السرطان في تطوير نماذج علاجية جديدة: أمثلة على الاتجاهات السابقة والحالية والمستقبلية في سرطان الثدي.قال سلامون: "لا يُنظر إليه الآن على أنه مرض منفرد ، ولكن باعتباره نوعًا فرعيًا من الأمراض الجزيئية ، فقد تجاوز سرطان الثدي المقاس الواحد الذي يناسب جميع الأساليب التي أدت سابقًا إلى نتائج متغيرة.

وليام جورج كايلين جونيور ، دكتوراه في الطب

سيستعرض سلامون كيف أدى العمل الذي قام به هو وزملاؤه وآخرون إلى نوع جديد من العلاج المستهدف باستخدام Herceptin لبروتين HER2 المفرط التعبير. وسيناقش أيضًا مسارات جديدة تلعب أدوارًا في أنواع فرعية أخرى من سرطان الثدي ، بما في ذلك مثبطات CDK4 / 6 ، والتي غيرت النتائج بشكل كبير للمرضى الذين يعانون من سرطان الثدي الإيجابي لمستقبلات الهرمونات ، والذي يمثل حوالي 65 بالمائة من سرطان الثدي على مستوى العالم. وسيختتم بإلقاء نظرة على التقنيات والتقنيات الجديدة التي توفر دقة متزايدة في توصيل العوامل السامة للخلايا إلى الخلايا السرطانية مع تجنيب الخلايا الطبيعية والعلاجات المركبة الجديدة مع زيادة فهم المسارات التي تلعب دورًا في التسبب في الإصابة بسرطان الثدي.

قال سلامون: "نحن نبحث عن التغييرات التي ليست التغييرات التدريجية التي اعتدنا أن نراها مع العلاج الكيميائي أو نظم العلاج الهرموني". "يمكننا إجراء تغييرات وتحسينات كبيرة في النتائج السريرية ، وهذا أمر مهم لأننا ندمج فهمنا لبيولوجيا السرطان في علاج السرطان. ما نبحث عنه هو تحسن كبير في كل من الفعالية والأمان ، وقد أصبح ذلك حقيقة واقعة ".

ويليام جورج كايلين جونيور ، MD ، FAACR ، معهد دانا فاربر للسرطان ، سيقدم "(إعادة) المبادئ الناشئة لعلاج السرطان. " حصلت كايلين على جائزة نوبل لعام 2019 في علم وظائف الأعضاء أو الطب. يدرس مختبره وظائف البروتينات الكابتة للورم ، باستخدام مجموعة متنوعة من الأساليب لفهم كيفية منع هذه البروتينات من نمو الورم.


بيولوجيا سرطان البنكرياس وعلم الوراثة من منظور تطوري

السرطان هو مرض تطوري ، يحتوي على السمات المميزة لكائن وحيد الخلية يتكاثر لاجنسيًا خاضعًا لنماذج تطورية. يعتبر سرطان الغدة البنكرياس القنوي (المشار إليه فيما بعد بسرطان البنكرياس) مثالًا قويًا بشكل خاص على هذه الظاهرة. تشير الميزات الجينومية إلى أن الخلايا السرطانية في البنكرياس يتم اختيارها لمزايا اللياقة عند مواجهة القيود الجغرافية والمستنفدة للموارد في البيئة الدقيقة. تساعد التكيفات المظهرية لهذه الضغوط على نشر الخلايا للبقاء على قيد الحياة في المواقع الثانوية ، وهي مشكلة إكلينيكية كبرى للمرضى المصابين بهذا المرض. في هذه المراجعة ، نجمع الجوانب الواسعة النطاق لأبحاث سرطان البنكرياس في مفهوم واحد متجذر في التطور الدارويني ، بهدف تحديد رؤى وفرص جديدة للدراسة.

الأرقام

الشكل 1. مراحل تطور سرطان البنكرياس

الشكل 1. مراحل تطور سرطان البنكرياس

الشكل 2. التباين الجغرافي في سرطان البنكرياس

الشكل 2. التباين الجغرافي في سرطان البنكرياس

يشير عدم التجانس الجغرافي إلى التباين المكاني داخل ...

الشكل 3. الأشكال الثلاثة للورم داخل الورم ...

الشكل 3. الأشكال الثلاثة لعدم التجانس داخل الورم داخل المريض


الملخص

يعد أصل الجنس والحفاظ عليه لاحقًا وإعادة التركيب من أكثر المشكلات المراوغة والمثيرة للجدل في علم الأحياء التطوري. هنا ، نقترح فرضية جديدة ، تشير إلى أن التكاثر الجنسي لم يتطور فقط لتقليل الآثار السلبية لتراكم الطفرات والعمليات الضارة المرتبطة بمقاومة مسببات الأمراض و / أو الطفيليات ، ولكن أيضًا لمنع الغزو بواسطة خلايا الغشاش الورمية الأنانية القابلة للانتقال ، المشار إليها من الآن فصاعدًا لخلايا سرطانية معدية. يسمح التكاثر الجنسي بتغيير منهجي في التركيب الوراثي للكائن متعدد الخلايا وبالتالي الكشف المعزز للخلايا السرطانية المعدية عن طريق الجهاز المناعي. بالنظر إلى الوجود الكلي للعمليات السرطانية في الكائنات متعددة الخلايا ، جنبًا إلى جنب مع حقيقة أن الخلايا السرطانية القابلة للانتقال يمكن أن يكون لها تأثيرات دراماتيكية على لياقة مضيفها ، يقترح سيناريونا أن فوائد الجنس وإعادة التركيب المصاحب ستكون كبيرة ودائمة ، موضحًا سبب التكاثر الجنسي ، على الرغم من تكاليفه ، فإن النمط السائد للتكاثر بين حقيقيات النوى.

الاقتباس: Thomas F و Madsen T و Giraudeau M و Misse D و Hamede R و Vincze O et al. (2019) السرطان القابل للانتقال وتطور الجنس. بلوس بيول 17 (6): e3000275. https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000275

نشرت: 6 يونيو 2019

حقوق النشر: © 2019 توماس وآخرون. هذا مقال مفتوح الوصول يتم توزيعه بموجب شروط ترخيص Creative Commons Attribution License ، والذي يسمح بالاستخدام غير المقيد والتوزيع والاستنساخ في أي وسيط ، بشرط ذكر المؤلف والمصدر الأصليين.

التمويل: تم دعم FT و RH و BU من قبل ANR (مشروع Blanc TRANSCAN) و CNRS (INEE). تم دعم OV من قبل وزارة البحث والابتكار الرومانية في شكل منحة بحث استكشافية (PN ‐ III ‐ P4 ‐ ID ‐ PCE ‐ 2016‐0404) ومنحة تنقل (PN-III-P1-1.1-MC-2018 -1986). لم يكن للممولين دور في تصميم الدراسة أو جمع البيانات وتحليلها أو اتخاذ قرار النشر أو إعداد المخطوطة.

تضارب المصالح: وقد أعلن الباحثون إلى أن لا المصالح المتنافسة موجودة.

الاختصارات: HLA ، مستضد كريات الدم البيضاء البشرية

الأصل: لم يتم تكليفه خارجيًا بمراجعة الأقران.

أحد أعظم الألغاز في علم الأحياء التطوري هو الانتشار العالي (& gt99٪) للتكاثر الجنسي بين حقيقيات النوى [1،2]. لأن التكاثر الجنسي يتطلب الذكور الذين لا ينجبون ، وبالتالي يجب على السكان اللاجنسيين التكاثر بشكل أسرع من الجنس [3]. يستفيد الأفراد اللاجنسيون أيضًا من الحفاظ على المجمعات الجينية المتكيفة وتجنب التكاليف التي ينطوي عليها اكتساب الشريك [4]. على الرغم من ذلك ، فإن الانتشار الكبير للتكاثر الجنسي في العالم الطبيعي يشير بشكل غير مباشر إلى أن القوى الانتقائية وراء تطور الجنس يجب أن تكون قوية وواسعة الانتشار.

من بين الفرضيات الأكثر بروزًا التي تم طرحها لشرح تطور التكاثر الجنسي والحفاظ عليه ، تقترح فرضية فيشر-مولر أن الجنس قد يولد بسرعة أليلات مفيدة متعددة جديدة [5-7]. سيقلل التكاثر الجنسي أيضًا من الآثار الضارة لسقاطة مولر ، أي تراكم الطفرات الضارة في الكائنات اللاجنسية وتراكمها [8]. تشير فرضية أخرى وربما الأكثر شهرة فيما يتعلق بفوائد التكاثر الجنسي إلى أن إعادة التركيب تخلق أنماطًا وراثية جديدة قادرة على مقاومة مسببات الأمراض و / أو عدوى الطفيليات (أي فرضية الملكة الحمراء) وبالتالي الحفاظ على لياقة المضيف على الرغم من تطور مسببات الأمراض / الطفيليات الخبيثة إلى ما لا نهاية [ 9،10]. تدعم العديد من الدراسات التجريبية هذه الفرضية [11-13] ، على سبيل المثال ، في القشريات الجنسية الاختيارية ونبات الغار ماجنا، النسل الناتج عن الاتصال الجنسي كان ضعف مقاومة الطفيليات التي تصيب الوالدين مقارنة بالأبناء اللاجنسيين [14].

جميع الفرضيات الحالية المقترحة لشرح تطور التكاثر الجنسي تتلاقى مع فكرة أن التكاثر الجنسي مفيد لأن التنوع الجيني الذي يخلقه يوفر مزايا تطورية كبيرة لمواجهة العوامل المعدية ، ويعزز قدرات المنافسة الفردية بين الأنواع ، ويخفف من آثار التقلبات المستمرة في الظروف البيئية [15]. ومع ذلك ، ما يبقى غير واضح هو أن الجنس العرضي ، بدلاً من الإلزام ، يمكن أن يوفر الفوائد التطورية المذكورة أعلاه: وفقًا لمعظم النماذج ، يبدو أن الكائنات الحية التي تشارك في التكاثر الجنسي فقط بشكل متقطع لديها أفضل ما في العالمين (على سبيل المثال ، [16 ، 17) ]). لذلك ، على الرغم من 50 عامًا من البحث ، لا تزال القوى الانتقائية التي تحافظ على الجنس الإلزامي غير مفهومة تمامًا. هنا ، نجادل بأن الجنس كان ولا يزال مفضلاً عن طريق الانتقاء لأنه على عكس التكاثر اللاجنسي ، فإنه يسمح بتقليل تكاليف اللياقة التي يفرضها عدو أسلاف لا يزال موجودًا: خطوط الخلايا الخبيثة القابلة للانتقال.

الكائنات متعددة الخلايا هي مجتمعات الخلايا النسيليّة المتعاونة التي ظهرت بشكل مستقل في عدة مناسبات منذ ما يقرب من مليار سنة [18 ، 19]. تضمنت الفائدة الأساسية لتعدد الخلايا تقسيم العمل والتخصص بواسطة خلايا متباينة [20]. تطلب تطور الكائنات متعددة الخلايا ، metazoans ، أن تتخلى الخلايا الفردية عن اهتماماتها الإنجابية ، أي تحويل وحدة الانتقاء الداروينية من الخلايا الفردية لصالح المجتمع متعدد الخلايا بأكمله ، أي الكائن الحي. ومع ذلك ، كان أحد التحديات الأولى التي واجهتها metazoans اللاجنسي ، كما هو الحال بالنسبة لأي نظام تعاوني (على سبيل المثال ، [21]) ، خطر الاستغلال من قبل خلايا الغشاش الداخلية ، أي الخلايا السرطانية [22]. نظرًا لأن الانتشار غير المنضبط للخلايا السرطانية هو ظاهرة منتشرة في كل مكان للميتازوان [23] ، فقد اقترح أنه ظهر أثناء الانتقال من أحادية الخلية إلى تعدد الخلايا [19]. وبالتالي ، فإن الكائنات متعددة الخلايا اللاجنسيّة الأولى لم يكن عليها فقط التعامل مع خلاياها الغشاش ولكن أيضًا لتطوير تكيفات تمنع استعمار الخلايا الخبيثة المعدية القادمة من أفراد آخرين. نظرًا لأن الدفاعات المضادة للسرطان كانت أساسية على الأرجح في الكائنات متعددة الخلايا الأولى ، فقد كانت كل من سلالات الخلايا الذاتية والمعدية هي الأعداء الطبيعيون الرئيسيون. لذلك كان من المفترض أن يكون حجر الميل في تطور metazoans لمواجهة ، وإذا أمكن ، منع الآثار السلبية للخلايا السرطانية الداخلية وكذلك تلك التي يسببها الغزاة غير الذات ، مثل الفيروسات والبكتيريا والطفيليات ، وكذلك الجسدية و تطفل الخلايا الجرثومية (على سبيل المثال ، في الزهدية [24-26]) وكذلك الخلايا السرطانية المعدية. أدت هذه التفاعلات في النهاية إلى تطور آليات دفاع متطورة مختلفة (على سبيل المثال ، الفروع والجوانب المختلفة لجهاز المناعة) عبر المملكة الحيوانية. ومع ذلك ، من أجل الحد من الآثار الضارة للخلايا السرطانية المعدية ، كان على الجهاز المناعي الميتازوان اكتساب القدرة على التمييز بين الخلايا الجسدية السابقة والخلايا السليمة.

في حين أن المصير النهائي للغالبية العظمى من الخلايا السرطانية الخبيثة الحالية هو الموت بموت مضيفها ، فقد ثبت خلال العقود الماضية حدوث الخلايا السرطانية المنقولة في كل من اللافقاريات والفقاريات ، مما يؤدي غالبًا إلى زيادة هائلة في وفيات المضيف (تمت المراجعة في [27]). يمكن أن يشمل هذا الانتقال طرقًا مباشرة مثل العدوان بين الأفراد (على سبيل المثال ، العض) ، والتفاعلات الجنسية ، والنقل السلبي للخلايا السرطانية المعدية. يبدو أن قدرة بعض هذه الخلايا السرطانية المعدية على تجنب التعرف على المناعة تنبع من مزيج من انخفاض التنوع الجيني للمضيف (يمكن أن يكون ذلك نتيجة للاختناقات وصغر حجم السكان الفعال [28]) وقدرة السرطان القابل للانتقال على الانخفاض. - تنظيم حواتم المستضدات الخاصة بهم [27]. لوحظت عمليات انتقال أخرى للخلايا السرطانية ، وإن كانت نادرة ، في البشر من الأم إلى الجنين [29،30] ، أي حيث قامت الخلايا الورمية المشتقة من الأم في الرضيع بحذف أليلات مستضد الكريات البيض البشرية (HLA) مما يشير إلى آلية محتملة للتهرب المناعي [30]. علاوة على ذلك ، تبين أن خلايا سرطان الدم الورمية التي تنشأ في توأم أحادي الزيجوت ، لهما مشيمة واحدة أو أحادية المشيمة ، تنتقل إلى التوأم المشترك عبر مفاغرة داخل المشيمة [31 ، 32] ، مما يبرز تأثير التشابه الجيني في النقل الناجح للخلايا السرطانية . الكائنات الحية الأخرى ، مثل هيدرا الميتازوان القاعدية ، عند التكاثر اللاجنسي ، أظهرت أيضًا حدوث انتقال رأسي بين الأفراد للأورام [33].

نظرًا لأن التكاثر النسيلي يؤدي إلى كائنات متطابقة ، فإننا نقترح (1) أن الخلايا الخبيثة التي تنتجها الكائنات متعددة الخلايا الأولى من المحتمل أن تتكيف جيدًا مع الكائنات الحية الأخرى (المتطابقة) ، بما في ذلك السلالة المباشرة (2) كان من الصعب على الكائنات الحية الضحية للتعرف (وبالتالي القضاء على) الخلايا السرطانية المعدية التي كانت متطابقة تقريبًا مع الخلايا الجسدية الطبيعية (أي التهرب المناعي). كانت الطريقة الفعالة لمنع هذا أن تكون مختلفًا عن الأفراد الآخرين ، وأيضًا لإنتاج ذرية فريدة. الكائنات الحية التي تتبنى التكاثر الجنسي ، على العكس من تلك المستنسخة ، تشكل الأمشاج ، وتخلطها معًا ، وتخلق ذرية مع جينوم جديد تمامًا. كلاهما يحد من فرصة تكيف خطوط الخلايا الخبيثة المستنسخة المعدية بالفعل مع مضيف جديد ويزيد من فرصة أن تكتشف الكائنات الحية الضحية على الفور الاستعمار بواسطة خلية خبيثة قابلة للانتقال ، أي أن الخلايا الخبيثة هذه المرة يُنظر إليها على أنها طعم خيفي أجنبي. لذلك ، يمكن أن يتطور التكاثر الجنسي كصفة تكيفية لمنع الانتقال الأفقي و / أو الرأسي للخلايا السرطانية (الشكل 1).

(أ) يحافظ التكاثر اللاجنسي على مستويات عالية من التشابه بين الأفراد داخل مجموعة سكانية ، وتزيد هذه الظاهرة من خطر الانتقال الرأسي والأفقي للخلايا الخبيثة. (ب) من خلال مزج علم الوراثة ، ينتج عن التكاثر الجنسي تنوعًا جينيًا أكبر في السكان ، وبالتالي يحد من انتقال الخلايا السرطانية عبر الأفراد في السكان. يسهل التنوع الجيني اكتشاف الخلايا غير الذاتية الغازية ويحد أيضًا من فرص تكيف الخلايا السرطانية القابلة للانتقال مع المضيف الجديد. وهكذا ، تظهر الخلايا السرطانية بانتظام (على سبيل المثال ، الورم الأحمر) لدى الأفراد ، ولكن ما لم تكن هناك "عاصفة كاملة" ، كما هو الحال في نظام مرض ورم الوجه الشيطاني / الشيطاني في تسمانيا [27] ، فإن الخلايا الخبيثة لا تنتقل.

إذا كان انتقال الخلايا السرطانية عاملًا رئيسيًا في تطور التكاثر الجنسي ، فإن الآثار السلبية لمثل هؤلاء الغشاشين قد تؤثر أيضًا على "الكائنات الحية الخارقة" ، مثل مستعمرات الحشرات الاجتماعية ، والملكة هي الغدد التناسلية ، والعاملين هم الخلايا الجسدية ، نظام مشابه لنظام كائن متعدد الخلايا [34]. يقوم بعض النمل اللاجنسي الاجتماعي ونحل العسل بتطوير عمال غشاشين لاجنسيين يتخلون عن ضبط النفس الإنجابي ويتكاثرون على حساب المستعمرات الأخرى ، ومن ثم يتبنون سلوكًا مشابهًا للخلايا الغشاش الأنانية القابلة للانتقال في كائن متعدد الخلايا [35 ، 36]. علاوة على ذلك ، على غرار الخلايا السرطانية القابلة للانتقال ، غالبًا ما يغزو هؤلاء العمال الغشاشون مستعمرات أخرى مع عواقب وخيمة على المستعمرة [35 ، 36]. تمامًا مثل آليات دفاع المضيف (أي الاستجابات المناعية) ، تراقب مستعمرات الكائنات الحية الخارقة العمال الغشاشين ، حيث تمنع الملكة و / أو العمال تكاثر الغشاشين ، إما بمهاجمة وتشويه العمال المتمردين أو باستهلاك بيضهم. ، 38].

غالبًا ما يكون الاختبار التجريبي للنظريات التي تشرح الأصل (الأصول) التطوري للجنس معقدًا. ومع ذلك ، يبدو أن العديد من الملاحظات تدعم فرضيتنا:

  1. على الرغم من أن العمليات الجنسية قد سبقت بلا شك تعدد الخلايا ، إلا أنه لا يوجد انتقال ناجح إلى تعددية الخلايا (أي عندما ظهر السرطان [33]) قد تجنب الارتباط الوثيق بالعملية الجنسية [39 ، 40]. حتى أن تعدد الخلايا قد يمهد الطريق للتنوع العام للتعقيد الجنسي في جميع أنحاء شجرة الحياة [41].
  2. يجب أن تعود الأنواع التي لا تتأثر بالسرطان ، مثل بدائيات النوى وحقيقيات النوى أحادية الخلية ، بشكل متقطع إلى التكاثر اللاجنسي. وفقًا لذلك ، تتكاثر البكتيريا والعتائق بشكل أساسي من خلال التكاثر اللاجنسي ، عادةً عن طريق الانشطار الثنائي ، مع بعض التبادل الجيني وإعادة التركيب الذي يحدث أحيانًا من خلال النقل الجيني الأفقي [42]. تتكاثر غالبية الطلائعيات والفطريات لاجنسيًا عن طريق الانشطار أو التبرعم أو إنتاج الجراثيم [43].
  3. على عكس الحيوانات ، نادرًا ما تصاب النباتات بالسرطان ، ربما بسبب الاختلافات الجوهرية بين الهياكل الخلوية النباتية والحيوانية ، والتطور ، وعلم وظائف الأعضاء (تمت مراجعته في [44]). تمتلك الخلايا النباتية جدرانًا خلوية صلبة (تحتوي على ألياف هيميسليلوز ، عديد السكاريد البكتين ، واللجنين) التي تحافظ على البنية الخلوية الصارمة وتمنع نمو الخلايا غير المنضبط. نادرًا ما تتراكم الخلايا النباتية الطفرات الكافية التي قد تؤدي إلى الإصابة بالسرطان ، نظرًا لكون خلاياها الجذعية شديدة الحساسية لتلف الحمض النووي واستعدادها للاستماتة استجابةً للتشوهات الجينية. كما أن حركة الخلايا السرطانية محدودة أيضًا لأن النباتات تعتمد على نظام الأوعية الدموية اللاخلوي (أي النسيج الخشبي واللحاء) ، وليس على أنظمة الدورة الدموية الخلوية مثل الدم أو الأوعية الليمفاوية. على الرغم من أن النباتات يمكن أن تصاب أحيانًا بالأورام ، إلا أنها تحدث بشكل أقل بكثير من الحيوانات ، فهي ليست نقيلية وبالتأكيد ليست قاتلة [44 ، 45]. على الرغم من أن استراتيجيات تكاثر النبات متنوعة للغاية [46] ، إلا أن العديد من النباتات تظهر أنماط تكاثر مزدوجة ، وتنتج ذرية جنسية وغير جنسية ، وتكون قادرة على التكاثر الخضري (عن طريق الجذور ، والعربات ، والدرنات ، والبصيلات ، وما إلى ذلك) و / أو إنتاج البذور اللاجنسي [47 ، 48].
  4. وفقًا لنظريتنا ، يجب أن يكون لمعظم الأنواع اللاجنسية تاريخ تطوري حديث ، بينما يجب أن تمتلك الأنواع اللاجنسية القديمة تكيفات خاصة لتقليل الآثار الضارة للسرطان. قُدِّر أن ما يقرب من 50٪ من السلالات اللاجنسية يبلغ عمرها 500.000 سنة على الأقل [49] ، في حين أن نسبة الـ 50٪ المتبقية من السلالات تتكون من الكائنات الحية "الفاضحة تطوريًا" ، مثل سوس أورباتيد ، وداروينوليدي أوستراكودز ، ودوارات ثنائية الفترة ، استمرت لملايين الأجيال [49]. وقد ثبت بالفعل أن الأنواع الأخيرة مقاومة للطفرات مثل الإشعاع والمعادن الثقيلة [50-53] ، مما يشير إلى مقاومة عالية لعمليات الورم واختيار آليات تثبيط الورم التي تمكن هذه السلالات اللاجنسية القديمة من البقاء على قيد الحياة.
    كنتيجة طبيعية ، قد يتنبأ المرء بأن الأنواع اللاجنسية المتطورة حديثًا يجب أن تتأثر بالسرطان بوتيرة أعلى من أنواعها الجنسية ، ما لم تكن قد طورت أيضًا دفاعات فعالة مضادة للسرطان. سيكون من الضروري إجراء مزيد من الدراسات لاختبار هذه الفرضيات.
  5. حقيقيات النوى متعددة الخلايا التي تتأثر بشدة بظهور الخلايا الخبيثة وانتشارها يجب أن تُلزم في الغالب التكاثر الجنسي. إن الجنس الإلزامي هو في الواقع النمط السائد للتكاثر في العديد من سلالات حقيقيات النوى المعقدة [1].
  6. يجب أن تكون السرطانات المعدية نادرة في الأنواع التي تمارس التكاثر الجنسي. على الرغم من أننا ربما نقلل من أهمية انتشارها [54] ، إلا أن 4 حالات فقط من السرطانات المعدية معروفة حاليًا في البرية ، مما يدعم فكرة أن تطور السرطان المعدي في الأنواع التي تتكاثر جنسيًا نادر جدًا ولا يحدث إلا في ظل ظروف خاصة جدًا (على سبيل المثال ، "فرضية العاصفة الكاملة" [27]).

هناك احتمالات مختلفة لاختبار فرضيتنا تجريبياً. على سبيل المثال ، نتوقع أنه في الكائنات الحية التي تتكاثر عن طريق الاتصال الجنسي وغير الجنسي ، يجب ملاحظة التحول نحو المزيد من التكاثر الجنسي بعد ظهور الخلايا الخبيثة وتطورها. هيدرا لديها القدرة على التبديل بين التكاثر الجنسي واللاجنسي والميل إلى تطوير الأورام ، لذلك يمكن أن يكون مرشحًا جيدًا لاختبار هذه الفرضية [33]. وفقًا لفرضيتنا ، تنتقل أورام الوالدين بشكل منهجي تقريبًا إلى الاورام الحميدة الوليدة عندما يكون التكاثر لاجنسيًا (أي ينتج عن التبرعم الانتقال الرأسي للأورام) ، في حين أن النسل الناتج عن التكاثر الجنسي يكون خاليًا من الأورام [33]. إن إثبات أن الهيدرا الحاملة للورم ، مقارنة بالأخرى السليمة ، تتكاثر جنسياً بشكل تفضيلي من شأنه أن يدعم فرضيتنا. نظرًا لأنه يمكن أيضًا زرع الأورام تجريبيًا بين الأورام الحميدة ، فإن هذا النظام البيولوجي يوفر أيضًا إمكانية اختبار ما إذا كانت الأورام المزروعة تتطور بشكل أفضل عندما تكون السلائل المتلقية متطابقة مع المتبرع المصاب بالأورام ، مقارنةً بالأفراد المختلفين.

التقدم المستمر في استنساخ الحيوانات [55] يمكن أن يساعد أيضًا في تقييم مخاطر انتقال الخلايا السرطانية المرتبطة بالتكاثر اللاجنسي. نتوقع أن يكون احتمال انتقال الخلايا الخبيثة من الأم إلى الجنين أعلى عندما تكون الأجنة المزروعة (على سبيل المثال ، في الثدييات) متطابقة وراثيًا مع الأم ، مقارنة بالأجنة التي نشأت من أنثى أخرى أو هي الأجنة الطبيعية للأم.

يمكن أن توفر مناهج علم الأورام المقارن أيضًا تحليلات متعمقة للاختلاف في الدفاعات المضادة للسرطان بين الأنواع اللاجنسية الحديثة والقديمة ، وكذلك بالمقارنة مع أقاربهم الجنسيين. من منظور نظري ، يمكن اختبار فرضيتنا من خلال تطوير أطر نظرية جديدة تعتمد على النماذج الرياضية المستخدمة حتى الآن لتوضيح فرضية "الملكة الحمراء" [56،57]. ومع ذلك ، فإن النماذج الرياضية الحالية المطبقة على تفاعلات المضيف مع الممرض نادرًا ما تأخذ في الاعتبار تنوع الطفيليات. في حالة فرضيتنا ، ستحتاج الامتدادات النظرية المستقبلية إلى النظر في حقيقة أن تنوع المضيف الناتج عن التكاثر الجنسي يقلل من احتمالية انتقال الخلايا السرطانية ، وبالتالي يقلل فعليًا من تنوع الخلايا السرطانية التي يمكن أن تنتقل ، مما يسمح بالتزامن مع ليكون الجهاز المناعي للمضيف أكثر كفاءة في القضاء عليها. على الرغم من أن تضمين "تنوع الطفيليات" يعد تحديًا رياضيًا بشكل عام ، إلا أن الجمع بين التطورات النظرية الحديثة في دراسة مسببات الأمراض متعددة السلالات [56] مع نماذج الملكة الحمراء سيكون محاولة أولى مثيرة للاهتمام.


مراجع

Little MP: نماذج السرطان وعدم الاستقرار الجيني والتطور الدارويني الخلوي الجسدي. علم الأحياء المباشر. 2010 ، 5:19

Agur Z، Kogan Y، Levi L، Harrison H، Lamb R، Kirnasovsky OU، Clarke RB: يؤدي تعطيل آلية استشعار النصاب إلى تكوين الأورام: نموذج منفصل بسيط تدعمه التجارب في الخلايا الجذعية لسرطان الثدي. علم الأحياء المباشر. 2010 ، 5:20

Thalhauser CJ ، Lowengrub JS ، Stupack D ، Komarova NL: التحديد في النماذج العشوائية المكانية للسرطان: الهجرة كمشكل رئيسي للياقة البدنية. علم الأحياء المباشر. 2010، 5: 21-10.1186 / 1745-6150-5-21.

Smallbone K و Maini PK و Gatenby RA: يؤدي الحماض الجهازي العرضي العابر إلى تأخير تطور النمط الظاهري الخبيث: الآلية المحتملة للوقاية من السرطان عن طريق زيادة النشاط البدني. علم الأحياء المباشر. 2010، 5: 22-10.1186 / 1745-6150-5-22.

Enderling H ، Hlatky L ، Hahnfeldt P: التطور المورفولوجي للورم - الهجرة الموجهة وكسب وخسارة النمط الظاهري النقيلي الذاتي. علم الأحياء المباشر. 2010، 5: 23-10.1186 / 1745-6150-5-23.

Eikenberry SE ، Nagy JD ، Kuang Y: التأثير التطوري لمستويات الأندروجين على علبة البروستاتا في نموذج رياضي متعدد المقاييس. علم الأحياء المباشر. 2010، 5: 24-10.1186 / 1745-6150-5-24.

Silva AS ، Gatenby RA: نموذج كمي نظري لتطور مقاومة العلاج الكيميائي للسرطان. علم الأحياء المباشر. 2010، 5: 25-10.1186 / 1745-6150-5-25.

Tan WY ، Yan XW: نموذج فضاء عشوائي جديد لسرطان القولون البشري يشتمل على مسارات متعددة. علم الأحياء المباشر. 2010، 5: 26-10.1186 / 1745-6150-5-26.

Stamper IJ ، Byrne HM ، Owen MR ، Maini PK: الديناميات التذبذبية في نموذج نمو الورم الوعائي - الآثار المترتبة على العلاج الكيميائي. علم الأحياء المباشر. 2010، 5: 27-10.1186 / 1745-6150-5-27.

Ayati BP ، Edwards CM ، Webb GF ، Wikswo JP: نموذج رياضي لديناميكيات إعادة تشكيل العظام لمجموعات الخلايا العظمية الطبيعية ومرض الورم النقوي العظمي. علم الأحياء المباشر. 2010، 5: 28-10.1186 / 1745-6150-5-28.


السرطان ومراقبة ما بعد النسخ

يمكن أن تؤدي التعديلات ، مثل الإفراط في التعبير عن الحمض النووي الريبي ، في التحكم بعد النسخ من الجين إلى الإصابة بالسرطان.

أهداف التعلم

اشرح كيف يمكن أن يؤدي التحكم بعد النسخ إلى الإصابة بالسرطان

الماخذ الرئيسية

النقاط الرئيسية

  • Specific cancers have altered expression of miRNAs changes in the miRNA population of particular cancers varies depending on the type of cancer.
  • Having too many miRNAs can dramatically decrease the RNA population leading to a decrease in protein expression.
  • Studies have found that some miRNAs are specifically expressed only in cancer cells.

الشروط الاساسية

  • ميكرو آر إن إيه: a single-stranded, non-coding form of RNA, having only about 20-30 nucleotides, that has a number of functions including the regulation of gene expression
  • exosome: a vesicle responsible for the selective removal of plasma membrane proteins

Cancer and Post-transcriptional Control

Post-transcriptional regulation is the control of gene expression at the RNA level therefore, between the transcription and the translation of the gene. After being produced, the stability and distribution of the different transcripts is regulated (post-transcriptional regulation) by means of RNA-binding proteins (RBP) that control the various steps and rates of the transcripts: events such as alternative splicing, nuclear degradation (exosome), processing, nuclear export (three alternative pathways), sequestration in DCP2-bodies for storage or degradation, and, ultimately, translation.

Changes in the post-transcriptional control of a gene can result in cancer. Recently, several groups of researchers have shown that specific cancers have altered expression of microRNAs (miRNAs). miRNAs bind to the 3′ UTR or 5′ UTR of RNA molecules to degrade them. Overexpression of these miRNAs could be detrimental to normal cellular activity. An increase in many miRNAs could dramatically decrease the RNA population leading to a decrease in protein expression. Several studies have demonstrated a change in the miRNA population in specific cancer types. It appears that the subset of miRNAs expressed in breast cancer cells is quite different from the subset expressed in lung cancer cells or even from normal breast cells. This suggests that alterations in miRNA activity can contribute to the growth of breast cancer cells. These types of studies also suggest that if some miRNAs are specifically expressed only in cancer cells, they could be potential drug targets. It would, therefore, be conceivable that new drugs that turn off miRNA expression in cancer could be an effective method to treat cancer.

MicroRNA: Overexpression of miRNAs could be detrimental to normal cellular activity because miRNAs bind to the 3′ UTR of RNA molecules to degrade them. Specific types of miRNAs are only found in cancer cells.


Tumor Cell Population Dynamics

In order to describe the population dynamics of evolving tumors, different modeling approaches have been used. Population genetics models, based on the Wright–Fisher process or the Moran process, can be used to model the fate of individual cells in a population [53]. More generally, branching processes have frequently been employed to account for stochastic fluctuations in the growth and composition of the population (Fig 1) [54,55]. These stochastic models or their deterministic approximations can often be solved analytically under simplifying assumptions, which allows for computing key quantities of interest, including the probability of and time to fixation of a mutant and the size and age of the tumor cell population. By contrast, models with more intricate features, such as population structure or cellular interactions, quickly become intractable. Cellular automata are a popular choice for this model class, whose analysis relies on forward simulations [56]. Thus, simple models can provide easy-to-capture insights at the risk of oversimplification, while complex models may capture more details of the evolutionary process at the cost of being difficult to analyze comprehensively.

Population genetics modeling of cancer has addressed many aspects of this somatic evolutionary process, including tumor initiation, tumor progression, and drug resistance development. Tumor initiation models aim at identifying the rate-limiting steps in the first transformations of a normal cell. Early in cancer research, a dichotomy was identified between (1) oncogenes that, when gaining increased activity through mutations, directly promote cancer (by enhancing the ability of the cell to grow and proliferate, for example) and (2) tumor suppressor genes that normally protect against cancer (by initiating programmed cell death upon signs of uncontrolled growth, for example). Tumor initiation models have highlighted the different dynamics of oncogene activation versus tumor suppressor gene inactivation, the role of chromosomal instability, and the importance of the spatial structure of the tissue of origin [57].

Tumor progression models focus on the process of mutation accumulation and further neoplastic transformation in an initiated tumor. These models have been used to infer the velocity at which mutant waves sweep through the cancer cell population and to elucidate how this speed of adaptation depends on the mutation rate, the fitness advantage of driver mutations, and on the feasible set of mutational pathways [58–60]. The tumor progression dynamics can also inform the discrimination of driver from passenger mutations [61,62], as driver mutations are commonly predicted by detecting genes under positive selective pressure. Evolutionary models can quantify the probability of any mutation to reach fixation in a tumor cell population, including advantageous drivers as well as neutral or even deleterious passengers hitchhiking on advantageous clones [63].

Mathematical models of drug resistance development date back to Luria and Delbrück [64], who studied viral resistance in bacteria, and Goldie and Coldman [65], who analyzed drug resistant tumor subclones. The key conclusion of these and other studies is that drug resistance mutations are much more likely to preexist in the tumor prior to treatment, as opposed to being generated under treatment. The probability of a preexisting single-gene mutation is generally high, such that resistance against any drug targeting a single gene can be expected to be implanted in any large tumor [66,67]. These predictions have been confirmed repeatedly. For example, in colorectal carcinomas, resistance to epidermal growth factor receptor (EGFR) inhibitors has recently been observed after a fairly constant time period, supporting the notion that resistance is a fait accompli [12]. These dynamics of evolutionary escape from selective drug pressure suggest that long-term tumor suppression can only be achieved by therapies targeting more than one pathway. Indeed, using branching processes, it has been predicted that combination therapies have a considerably higher probability of success than sequential monotherapies of the same drugs [68].

Mathematical modeling of tumor cell population dynamics will result in models and software tools that are potentially predictive of disease progression and treatment outcome. At present, much of the large-scale sequencing that has taken place is of limited depth and geographical scope, and mathematical models based on such information will likely be crude and approximate. To construct realistic models of the evolutionary processes taking place, we need to combine models that are representative of the processes taking place with high-resolution data. In the long run, ecological models of the entire tumor microenvironment may play this role [69]. The best current candidate for an approach is single-cell sequencing. By utilizing such data, in both spatial and temporal capacities, along with information obtained in parallel experiments, such as ultra-deep sequencing of circulating tumor DNA, exosomes, or cells, an accurate picture of tumor heterogeneity and evolution dynamics will potentially be realized. To achieve this with decent precision will likely require information from thousands of individual cells. Furthermore, to gain an appreciation of the variation of these processes across different tumors will require such data from patient numbers similar to the recent ICGC and TCGA consortia. Although these requirements are beyond current capabilities, continuing improvements in current technologies and the introduction of new methods such as nanopore sequencing are likely to see a climb in data resolution and will result in a need for such mathematical approaches.


Cancer cryotherapy: evolution and biology

Since the inception of cryosurgery in the 1850s, landmark advances in chemistry, physics, materials science, and biology have culminated in the sophisticated cryosurgical devices currently in use. Effective cryosurgical tissue injury depends on four criteria: 1) excellent monitoring of the process 2) fast cooling to a lethal temperature 3) slow thawing and 4) repetition of the freeze-thaw cycle. Meeting these criteria depends on understanding the imaging technology used to visualize the iceball, the type of cryogen used, the size of the probe, and probe arrangement. Third-generation cryosurgical equipment offers advantages over previous designs. These machines rely on argon for freezing but also use helium to warm probes and accelerate the treatment process, and they offer additional safety by being able to rapidly arrest iceball formation. Metallurgic advances have led to the development of thinner probes, which have been easily adapted to perineal templates similar to those used for prostate brachytherapy.

الأرقام

Diagrammatic representation of the application…

Diagrammatic representation of the application of the Joule-Thomson effect for both freezing and…

(أ) Graphic representation of iceball…

(أ) Graphic representation of iceball temperature as a function of time after initiation…

Cryotherapy with 17-gauge cryoprobes is…

Cryotherapy with 17-gauge cryoprobes is similar to that of brachytherapy (radioactive seed implantation).…

Direct cell injury from freezing.…

Direct cell injury from freezing. As the temperature falls to below 0°C, water…

Temperature profiles generated in a…

Temperature profiles generated in a gelatin phantom with 3-mm and 1.5-mm (17G) cryoprobes…


The Ecology and Evolution of Cancer: The Ultra-Microevolutionary Process

Although tumorigenesis has been accepted as an evolutionary process (20, 102), many forces may operate differently in cancers than in organisms, as they evolve at vastly different time scales. Among such forces, natural selection, here defined as differential cellular proliferation among distinct somatic cell genotypes, is particularly interesting because its action might be thwarted in multicellular organisms (20, 29). In this review, selection is analyzed in two stages of cancer evolution: Stage I is the evolution between tumors and normal tissues, and Stage II is the evolution within tumors. The Cancer Genome Atlas (TCGA) data show a low degree of convergent evolution in Stage I, where genetic changes are not extensively shared among cases. An equally important, albeit much less highlighted, discovery using TCGA data is that there is almost no net selection in cancer evolution. Both positive and negative selection are evident but they neatly cancel each other out, rendering total selection ineffective in the absence of recombination. The efficacy of selection is even lower in Stage II, where neutral (non-Darwinian) evolution is increasingly supported by high-density sampling studies (81, 123). Because natural selection is not a strong deterministic force, cancers usually evolve divergently even in similar tissue environments.


شاهد الفيديو: السرطان (أغسطس 2022).