Парадокс Петоса - Petos paradox - Wikipedia

Парадокс пето в том, что на уровне видов заболеваемость из рак не коррелирует с количеством клетки в организме.[1] Например, заболеваемость раком в люди намного выше, чем заболеваемость раком в киты,[2] несмотря на то, что у китов больше клеток, чем у людей. Если вероятность канцерогенез были постоянными по клеткам, можно было бы ожидать, что киты будут иметь более высокую заболеваемость раком, чем люди.

Английский статистик и эпидемиолог Ричард Пето впервые заметил эту связь.

История

Пето впервые сформулировал парадокс в 1977 году.[3] Написание обзора многоступенчатая модель Пето отметил, что в отношении клеток люди были гораздо менее восприимчивы к раку, чем мыши. Пето предположил, что эволюционные соображения, вероятно, были ответственны за разную скорость канцерогенеза на клетку у разных видов.

Тот же вид

Внутри представителей одного и того же вида риск рака и размер тела, по-видимому, положительно коррелируют, даже после того, как контролируются другие факторы риска.[4]

25-летнее продольное исследование 17 738 мужчин британских государственных служащих, опубликованное в 1998 году, показало положительную корреляцию между ростом и заболеваемостью раком с высокой степенью статистической достоверности, даже после того, как факторы риска, такие как курение, были учтены.[5] Аналогичное исследование 2011 года, в котором приняли участие более миллиона британских женщин, обнаружило убедительные статистические доказательства взаимосвязи между раком и ростом, даже после учета ряда социально-экономических и поведенческих факторов риска.[6] Анализ причин смерти 74 556 одомашненных североамериканских собак в 2011 году показал, что заболеваемость раком была самой низкой у мелких пород, что подтверждает результаты более ранних исследований.[7]

По видам

Однако между видами взаимоотношения нарушаются. Исследование 2015 г. Зоопарк Сан-Диего, исследовали результаты у 36 различных видов млекопитающих, размером от 51-граммового полосатая трава мышь до 4800 кг слон, почти в 100 000 раз больше. Исследование не обнаружило взаимосвязи между размером тела и заболеваемостью раком, предлагая эмпирическую поддержку первоначальному наблюдению Пето.[8]

Эволюционные соображения

В эволюция многоклеточности до некоторой степени требовал подавления рака,[9] и были обнаружены связи между происхождением многоклеточности и рака.[10][11] Чтобы построить более крупные и долгоживущие тела, организмам требовалось более сильное подавление рака. Данные свидетельствуют о том, что у крупных организмов, таких как слоны, больше приспособлений, позволяющих им избегать рака.[12] Причина, по которой организмы среднего размера имеют относительно мало из этих генов, может заключаться в том, что преимущество предотвращения рака, предоставляемое этими генами, для организмов среднего размера перевешивалось их недостатками - особенно сниженными. плодородие.[13]

Различные виды разработали разные механизмы подавления рака.[14] Бумага в Отчеты по ячейкам в январе 2015 года заявили, что нашли гены в гренландский кит (Balaena mysticetus), что может быть связано с долголетием.[15] Примерно в то же время вторая группа исследователей определила полисахарид в голый землекоп который, по-видимому, блокировал развитие опухолей.[16] В октябре 2015 года два независимых исследования показали, что у слонов есть 20 копий гена-супрессора опухолей. TP53 в их геноме, тогда как у людей и других млекопитающих только один.[17] Дополнительные исследования показали, что 14 копий гена присутствуют в ДНК сохраненных мамонты, но только одна копия гена в ДНК ламантины и даманы, ближайшие живущие родственники слона.[18] Результаты предполагают эволюционную связь между размером животного и подавлением опухоли, как предполагал Пето.

Соображения, касающиеся метаболизма и размера клеток

Статья 2014 г. Эволюционные приложения Maciak и Michalak подчеркнули то, что они назвали «в значительной степени недооцененной взаимосвязью размера клеток как с метаболизмом, так и со скоростью деления клеток у разных видов» в качестве ключевых факторов, лежащих в основе парадокса, и пришли к выводу, что «более крупные организмы имеют более крупные и медленно делящиеся клетки с более низким оборотом энергии все это значительно снижает риск возникновения рака ».[19]

Масиак и Михалак утверждают, что размер клеток неодинаков у всех видов млекопитающих, поэтому размер тела является несовершенным показателем количества клеток в организме. (Например, объем индивидуального эритроцит слона примерно в четыре раза больше, чем слона обыкновенная землеройка ).[20] Кроме того, более крупные ячейки разделять медленнее, чем более мелкие, разница, которая увеличивается экспоненциально на протяжении жизни организма. Меньшее количество делений клеток означает меньшие возможности для мутаций рака, а математические модели заболеваемости раком очень чувствительны к скорости деления клеток.[21] Кроме того, у более крупных животных обычно ниже базальная скорость метаболизма, следуя четко определенному обратная логарифмическая связь. Следовательно, их клетки со временем будут нести меньше повреждений на единицу массы тела. В совокупности эти факторы могут объяснить большую часть кажущегося парадокса.

Медицинские исследования

Очевидная способность крупных животных подавлять рак через огромное количество клеток стимулировала активные медицинские исследования.[13]

В одном эксперименте лабораторных мышей генетически модифицировали так, чтобы они выражали постоянно активную TP53 опухолевые антигены,[требуется разъяснение ] похожи на те, что встречаются у слонов. Мутировавшие мыши проявляли повышенную способность подавлять опухоль, но также проявляли признаки преждевременного старения.[22]

Другое исследование поместило p53 под нормальный регуляторный контроль и не обнаружило признаков преждевременного старения. Предполагается, что под своим нативным промотором р53 не вызывает преждевременного старения, в отличие от конститутивно экспрессируемого р53.[23]

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Peto, R .; Roe, F.JC .; Lee, P.N .; Levy, L .; Клак, Дж. (Октябрь 1975 г.). «Рак и старение у мышей и мужчин». Британский журнал рака. 32 (4): 411–426. Дои:10.1038 / bjc.1975.242. ЧВК  2024769. PMID  1212409.
  2. ^ Надь, Джон Д .; Виктор, Эрин М .; Кроппер, Дженис Х. (2007). «Почему не все киты болеют раком? Новая гипотеза, разрешающая парадокс Пето». Интегративная и сравнительная биология. 47 (2): 317–328. Дои:10.1093 / icb / icm062. PMID  21672841.
  3. ^ Нанни, Ричард (январь 2013 г.). «Настоящая война с раком: эволюционная динамика подавления рака». Эволюционные приложения. 6 (1): 11–19. Дои:10.1111 / eva.12018. ЧВК  3567467. PMID  23396311.
  4. ^ Каулин, Алеа; Малей, Карло (апрель 2011 г.). "Парадокс Пето: рецепт эволюции по профилактике рака". Тенденции в экологии и эволюции. 26 (4): 175–182. Дои:10.1016 / j.tree.2011.01.002. ЧВК  3060950. PMID  21296451.
  5. ^ Смит, Джордж; Шипли, Мартин (14 ноября 1998 г.). «Рост и смертность от рака среди мужчин: проспективное обсервационное исследование». BMJ. 317 (7169): 1351–1352. Дои:10.1136 / bmj.317.7169.1351. ЧВК  28717. PMID  9812932.
  6. ^ Джейн Грин; Бенджамин Дж. Кэрнс; Дельфин Касабонн; Люси Райт; Джиллиан Ривз; Валери Бераль; Соавторы исследования «Миллион женщин» (август 2011 г.). «Рост и заболеваемость раком в исследовании« Миллион женщин »: проспективная когорта и метаанализ проспективных исследований роста и общего риска рака». Ланцет Онкология. 12 (8): 785–794. Дои:10.1016 / S1470-2045 (11) 70154-1. ЧВК  3148429. PMID  21782509.
  7. ^ Fleming, J.M .; Криви, К. (25 февраля 2011 г.). "Смертность североамериканских собак с 1984 по 2004 год: исследование причин смерти, связанных с возрастом, размером и породой". Журнал внутренней ветеринарной медицины. 25 (2): 187–198. Дои:10.1111 / j.1939-1676.2011.0695.x. PMID  21352376.
  8. ^ Шиффман, Джошуа (8 октября 2015 г.), «Возможные механизмы устойчивости к раку у слонов и сравнительный ответ клеток на повреждение ДНК у людей», JAMA, 314 (17): 1850–60, Дои:10.1001 / jama.2015.13134, ЧВК  4858328, PMID  26447779
  9. ^ Caulin, A. F .; Малей, К. С. (2011). «Парадокс Пето: рецепт эволюции по профилактике рака». Тенденции в экологии и эволюции. 26 (4): 175–182. Дои:10.1016 / j.tree.2011.01.002. ЧВК  3060950. PMID  21296451.
  10. ^ Кобаяши, H; Man, S (15 апреля 1993 г.). «Приобретенная многоклеточная устойчивость к алкилирующим агентам при раке». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 90 (8): 3294–8. Bibcode:1993ПНАС ... 90,3294К. Дои:10.1073 / пнас.90.8.3294. ЧВК  46286. PMID  8475071.
  11. ^ Домазет-Лошо, Томислав; Тауц, Дитард (21 мая 2010 г.). «Филостратиграфическое отслеживание генов рака предполагает связь с появлением многоклеточности у многоклеточных животных». BMC Биология. 8 (66): 66. Дои:10.1186/1741-7007-8-66. ЧВК  2880965. PMID  20492640.
  12. ^ Данг, Чи (2012). «Связь между метаболизмом и раком». Гены и развитие. 26 (9): 877–90. Дои:10.1101 / gad.189365.112. ЧВК  3347786. PMID  22549953.
  13. ^ а б Гевин, Вирджиния (21 января 2013 г.). «Массивные животные могут хранить секреты подавления рака». Новости природы. Дои:10.1038 / природа.2013.12258. Получено 12 марта 2014.
  14. ^ Циммер, Карл (8 октября 2015 г.). «Слоны: большие, долгоживущие и менее подверженные раку». Нью-Йорк Таймс. Получено 13 октября, 2015.
  15. ^ Кин, Майкл; Семейкс, Джереми; Уэбб, Эндрю Э .; Ли, Ян И .; Кесада, Виктор; Крейг, Томас; Мэдсен, Одинокий Брюн; ван Дам, Сипко; Браванд, Дэвид; Marques, Patrícia I .; Михалак, Павел; Канг, Линь; Бхак, Джонг; Йим, Хён-Сун; Гришин, Ник В .; Нильсен, Нинн Хьорт; Хайде-Йоргенсен, Мэдс Петер; Озиолор, Элиас М .; Matson, Cole W .; Церковь, Джордж М .; Стюарт, Гэри У .; Паттон, Джон С .; Джордж, Дж. Крейг; Суйдам, Роберт; Ларсен, Кнуд; Лопес-Отин, Карлос; О’Коннелл, Мэри Дж .; Бикхэм, Джон В .; Томсен, Бо; де Магальяйнш, Жоау Педро (6 января 2015 г.). «Взгляд на эволюцию долголетия на основе генома гренландского кита». Отчеты по ячейкам. 10 (1): 112–122. Дои:10.1016 / j.celrep.2014.12.008. ЧВК  4536333. PMID  25565328.
  16. ^ Xian, T .; Азпуруа, Дж. (27 января 2015 г.). «Локус INK4 устойчивого к опухолям грызуна, голого землекопа, экспрессирует функциональную изоформу гибрида p15 / p16». Труды Национальной академии наук. 112 (4): 1053–8. Bibcode:2015ПНАС..112.1053Т. Дои:10.1073 / pnas.1418203112. ЧВК  4313802. PMID  25550505.
  17. ^ Каллавей, Э. (8 октября 2015 г.). «Как слоны избегают рака: толстокожие имеют дополнительные копии ключевого гена борьбы с опухолями». Природа. 526. Дои:10.1038 / природа.2015.18534.
  18. ^ Сулак, Михаил; Фонг, Линдси; Мика, Катлин; Чигурупати, Шравантхи; Йон, Лиза; Mongan, Nigel P .; Эмс, Ричард Д .; Линч, Винсент Дж. (19 сентября 2016 г.). "TP53 Увеличение числа копий связано с эволюцией увеличения размеров тела и усилением реакции на повреждение ДНК у слонов ». eLife. 5: e11994. bioRxiv  10.1101/028522. Дои:10.7554 / eLife.11994. ЧВК  5061548. PMID  27642012.
  19. ^ MacIak, S .; Михалак, П. (2015). «Размер клетки и рак: новое решение парадокса Пето?». Эволюционные приложения. 8 (1): 2–8. Дои:10.1111 / eva.12228. ЧВК  4310577. PMID  25667599.
  20. ^ Грегори, Т. Райан (3 февраля 2004 г.). «Размеры эритроцитов млекопитающих». Размер генома. Получено 13 октября 2015.
  21. ^ Калабрезе, Питер; Шибата, Дэррил (5 января 2010 г.). «Простое алгебраическое уравнение рака: расчет того, как рак может возникнуть при нормальном уровне мутаций». BMC Рак. 10 (3): 3. Дои:10.1186/1471-2407-10-3. ЧВК  2829925. PMID  20051132.
  22. ^ Тайнер, Стюарт Д .; Венкатачалам, Сундаресан; Чой, Джен; Джонс, Стивен; Гебраниус, Надер; Игельманн, Герберт; Лу, Сюнбинь; Сорон, Габриель; Купер, Бенджамин; Брайтон, Кори; Хи Пак, пела; Томпсон, Тимоти; Карсенти, Жерар; Брэдли, Аллан; Донехауэр, Лоуренс А. (январь 2002 г.). «Мыши с мутантом р53, которые демонстрируют фенотипы, связанные с ранним старением». Природа. 415 (6867): 45–53. Bibcode:2002 Натур 415 ... 45 т. Дои:10.1038 / 415045a. PMID  11780111.
  23. ^ Гарсия-Као, Изабель; Гарсия-Као, Марта; Мартин-Кабальеро, Хуан; Criado, Луис М .; Клатт, Питер; Флорес, Хуана М .; Вайль, Жан-Клод; Бласко, Мария А .; Серрано, Мануэль (15 ноября 2002 г.). "'Мыши Super p53 'демонстрируют повышенную реакцию на повреждение ДНК, устойчивы к опухолям и обычно стареют ». Журнал EMBO. 21 (22): 6225–6235. Дои:10.1093 / emboj / cdf595. ЧВК  137187. PMID  12426394.