Ewolucja jest procesem warunkującym zmianę dziedzicznych cech populacji biologicznych w następujących po sobie pokoleniach. Zazwyczaj, używając tego terminu, myślimy o tworzeniu się nowych gatunków, przykładowo roślin czy zwierząt. Przychodzi nam również do głowy obraz ludzkości wyodrębniającej się stopniowo z małpich przodków. Okazuje się jednak, że ewolucja może również zachodzić w przypadku komórek nowotworowych powstających w naszych ciałach.

Zgodnie z teorią darwinowską cechy warunkowane przez ekspresję genów przekazywane są z rodzica na potomstwo w wyniku reprodukcji. Różne ich warianty występują w obrębie danej populacji osobników. Źródłem tej zmienności są mutacje oraz rekombinacja genetyczna. Ewolucja odbywa się w wyniku czynników takich jak selekcja naturalna czy też dryf genetyczny. Decydują one o tym, które cechy w danej grupie stają się popularne, a które rzadkie. Mechanizmy te doprowadzają ostatecznie do różnorodności biologicznej na każdym poziomie organizacji biologicznej. Dotyczą zarówno gatunków, jak i poszczególnych organizmów, a nawet cząsteczek chemicznych.

Oczywiście Darwin, tworząc teorię ewolucji, nic nie wiedział o molekularnych podstawach zmienności genetycznej. W świetle ówczesnej wiedzy nie byłby w stanie powiązać również chorób nowotworowych ze swoimi odkryciami. Ciekawe jest jednak, że teoria przez niego stworzona, jest na tyle uniwersalna, że jest w stanie opisać nabywanie cech przez zbuntowane, zmutowane komórki.

Zdrowe fizjologicznie komórki ludzkiego ciała nie podlegają procesowi ewolucji. Dla właściwego funkcjonowania naszego organizmu istotne jest utrzymanie stałego, niezmiennego materiału genetycznego. Posiadamy wiele mechanizmów molekularnych chroniących nas przed szkodliwymi mutacjami. Jeżeli, mimo ich działania, dochodzi do uszkodzenia materiału genetycznego w komórce, zostaje ona szybko i sprawnie uśmiercona. System ten czasami zawodzi, co stanowi źródło chorób nowotworowych.

Ewolucja komórek nowotworowych

Zmiany nowotworowe powstają w naszym organizmie na skutek mutacji genetycznych prowadzących do niekontrolowanych podziałów komórkowych. Szkodliwe zmiany genetyczne dotyczą zazwyczaj informacji o białkach kontrolujących cykl proliferacji lub mających za zadanie inicjowanie apoptozy, czyli samobójczej śmierci komórki. Istnieją również molekularne uszkodzenia wywołujące upośledzenie procesów zabezpieczających przed kolejnymi mutacjami. W wyniku takich zmian, w komórce dochodzi do ich lawinowego wzrostu.

Na skutek opisanych wcześniej procesów komórki nowotworowe namnażają się i różnicują zdecydowanie szybciej niż organizmy żywe. Oddziałują na nie również czynniki takie jak mechanizmy obronne organizmu oraz leki, które doprowadzają do ich selekcji. Możemy tutaj mówić o pewnym „doborze naturalnym”. Sprawia to, że populacja komórek nowotworowych, podlegająca niekończącym się podziałom, posiada zdolność do ewoluowania. Mechanizm ten prowadzi do potencjalnego wzrostu złośliwości nowotworu.

Wpływ mutacji oraz selekcji na populację. Obydwa mechanizmy oddziałują na komórki nowotworowe.

Komórki nowotworowe podlegają procesowi selekcji naturalnej, promującemu te najbardziej odporne na mechanizmy obronne organizmu oraz leczenie. Te z korzystnymi zmianami genetycznymi, czyli takimi, które zwiększają ich zdolność przetrwania, przeżywają czynnik selekcyjny i skutecznie się namnażają. Takie ulepszone komórki po pewnym czasie zaczynają dominować w rosnącej zmianie nowotworowej. Inne, o mniej korzystnych cechach genetycznych, zostają wyparte na drodze konkurencji.

Łatwo domyślić się, że ewolucja komórek nowotworowych prowadzi do nabycia przez nie oporności na środki terapeutyczne. Na tej drodze możliwe jest uzyskanie niewrażliwości na chemioterapię i radioterapię. Z tego względu kolejne nawroty raka są bardziej niebezpieczne i trudniejsze w leczeniu.

Znaczenie procesu ewolucji komórek nowotworowych dla badań nad nowymi lekami

Odkrycie faktu, że nowotwory, w wyniku ewolucji, uczą się bronić przed czynnikami terapeutycznymi, otworzyło naukowcom nową drogę poszukiwań skuteczniejszych leków onkologicznych. Dzięki temu możliwe staje się znalezienie metod pozwalających na zahamowanie zmienności genetycznej komórek nowotworowych. Takie leczenie mogłoby zredukować nabywanie przez nie odporności na terapię.

Przykładem walki z ewolucją nowotworów są prace przebiegające obecnie w Centre for Drug Discovery należącym do ICR. Zagadkę zmienności uszkodzonych mutacjami komórek zabijających własne ciało rozpracowuje w tej placówce 300 naukowców reprezentujących różne dyscypliny. Badania dotyczą takich zagadnień jak terapie multilekowe czy wykorzystanie sztucznej inteligencji oraz modeli matematycznych w rozszyfrowaniu mechanizmów molekularnych komórki nowotworowej.