Два удара: Кнудсон, ретинобластома и арифметика наследственного рака, 1971

В этой статье
Два удара: Кнудсон, ретинобластома и арифметика наследственного рака, 1971
Вчера нация создала деньги и организацию для рака (день 150). В тот же год, в апреле, врач занялся другим: он посчитал. Почему детская опухоль глаза у одних детей появляется в одном глазу, а у других в обоих? Его ответ уместился на четырёх страницах. В день 148, после семей Ли-Фраумени, я сказал, что в ближайшие дни мы вернёмся к идее двух ударов. Сегодня я держу это слово.
Врач, стопка историй болезни
Ретинобластома — детская опухоль сетчатки, слоя на задней стенке глаза. По сводке NCI для врачей, она составляет около 3 процентов раков у детей младше 15 лет, а две трети случаев распознаются до 2 лет. У одних детей опухоль появляется в обоих глазах, часто в нескольких очагах и очень рано. У других в одном глазу, в одном очаге, позже. В некоторых семьях болезнь прослеживается из поколения в поколение.
Альфред Кнудсон родился в Лос-Анджелесе в 1922 году; по странице премии Киото, он получил медицинское образование в Колумбийском университете (1947) и докторскую степень по биохимии и генетике в Калтехе (1956). В 1969 году он стал профессором Техасского университета в Хьюстоне. По ретроспективе Чернова 2021 года, в 1971 году ему было 49 лет, и он изучал наследственные болезни обмена веществ; он просматривал истории болезни, уходившие на годы назад. Биографическая заметка Крочё сообщает, что записи принадлежали детям с ретинобластомой в M.D. Anderson. По Чернову, анализ сделан без компьютера: подбор кривых и статистика Пуассона, в статье на четыре страницы, с одним автором и одним рисунком.
Идея родилась не в пустоте. Чернов называет Нордлинга (1953) и Эшли (1969) в связи с теорией множественных мутаций при раке; многостадийная теория Армитиджа и Долла 1954 года принадлежит к той же линии. В заголовке обзора Эшли от июня 1969 года уже стоит «two hit»: на возрастных кривых рака желудка он доказывает, что многостадийная модель подходит лучше двухстадийной. Так что выражение «два удара» принадлежит не одному Кнудсону. Его вклад в том, что абстрактную возрастную кривую он связал со счётными наблюдениями одной человеческой болезни и ввёл наследственность.
Четыре страницы: две мутации
Статья вышла в Proceedings of the National Academy of Sciences, том 68, выпуск 4, страницы 820-823 (записи PubMed и SciSpace). По резюме, Кнудсон изучил 48 случаев ретинобластомы и опубликованные отчёты. Концептуальное резюме: ретинобластома — рак, возникающий из двух мутационных событий; при наследственной форме первая мутация приходит через половую клетку, вторая возникает в клетке тела; при ненаследственной форме обе возникают в клетках тела.
Числовая часть такова: если предположить, что второе событие даёт в среднем около трёх опухолей на носителя первой мутации, распределение Пуассона объясняет в одной рамке носителей, у которых опухоль не развивается никогда, тех, у кого опухоль в одном или в обоих глазах, и несколько опухолей в одном глазу. То же среднее позволяет оценивать и скорости мутаций; резюме сообщает, что скорости первой мутации в половой линии и в клетках тела и второй в клетках тела оказались примерно равными. По Чернову, Кнудсон вывел из семейных случаев, что затронутый ген ведёт себя рецессивно.
Как читать два удара
У каждого гена две копии. Ребёнок с наследственной ретинобластомой несёт первый «удар» с рождения, в каждой клетке тела. В сетчатке миллионы клеток, и достаточно, чтобы в одной из них была повреждена и вторая копия. Много клеток — много шансов: опухоль появляется рано, в нескольких очагах, часто в обоих глазах. Ребёнок без наследственной формы должен получить два отдельных удара в одной и той же клетке. Это редкое совпадение; опухоль одна, поздняя и в одном глазу. Два лица одной болезни, одинаковое число событий.
Небольшой расчёт делает это наглядным. В распределении Пуассона с ожидаемыми тремя опухолями вероятность не увидеть ни одной равна e-3, то есть около 5 процентов. Это моя собственная арифметика, предсказание модели, а не измерение из статьи. По странице премии Киото, Кнудсон предложил в 1973 году, что два удара приходятся на две копии одного рецессивного гена, а в 1982 году — название «антионкоген». Сегодня такие гены называют генами-супрессорами опухолей.
От гипотезы к гену
Через несколько лет другое имя смотрело в похожем направлении. В статье PNAS от 1 декабря 1973 года Комингс предположил, что опухоли возникают, когда повреждены оба члена пары регуляторных генов, а при аутосомно-доминантных наследственных опухолях, как ретинобластома, один дефектный регуляторный ген приходит из половой линии, а другой добавляется позже. Были ли они независимы и кто первым выдвинул идею двух копий одного гена, мои источники не говорят; я этого не утверждаю.
Часть доказательств пришла от хромосом. По названиям в списке литературы обзора в Nature, в 1976 году два отдельных сообщения связали делецию в длинном плече хромосомы 13 с ретинобластомой (Кнудсон и соавт.; Франке и Кунг). В 1983 году Уэбстер Кавени с коллегами показал в Nature, что рецессивные аллели проявляются хромосомными механизмами; по Чернову, потеря полиморфных сайтов рестрикции в ретинобластомах поддержала идею повреждённого аллеля RB и потерянного партнёра. В 1986 году Френд, Бернардс, Роджель, Вайнберг, Рапапорт, Альберт и Дрийя сообщили в Nature, том 323 (643-646), о фрагменте ДНК из локуса RB на 13q14; этот участок часто делетирован при ретинобластомах и остеосаркомах, транскрипт не был найден. В 1987 году Ли с коллегами клонировал и секвенировал ген (Чернов). С тех пор, как Кнудсон описал его, прошло пятнадцать лет. Мутация p53 в половой линии, найденная Малкиным с коллегами в 1990 году в семьях Ли-Фраумени (день 148), стала вторым большим примером той же логики. Страница премии Киото добавляет, что гипотеза привела к открытию других генов-супрессоров, таких как WT1 и BRCA1.
Пределы и цена
Первый предел: двенадцать лет гипотеза оставалась статистическим выводом, 48 случаев, два события и модель. То, что она оказалась верной, этого не стирает. Второй предел: «два» — не потолок. По Чернову, два удара запускают опухоль, но не завершают её; нужны и третьи удары. Некоторые гены могут действовать даже при потере одной копии (гаплонедостаточность; показана на мыши для p27, и это нельзя считать находкой у человека). RB1 иногда выключается метилированием промотора без изменения последовательности ДНК. Так что два удара — принцип и отправная точка, а не чертёж каждого рака.
Цена ложится на детей с наследственной формой. По сводке NCI, наследственная форма составляет 25-30 процентов ретинобластом, ненаследственная 70-75 процентов; все пациенты с двусторонним поражением и около 15 процентов с односторонним считаются наследственными. Около 25 процентов наследственных вариантов RB1 приходят от поражённого родителя, около 75 процентов возникают заново. Значит, отсутствие семейного анамнеза не исключает риск. Резюме Френда и соавт. отмечает также, что носители находятся в группе высокого риска вторых опухолей, особенно остеосаркомы. Генетический тест, обследование семьи и наблюдение приносят собственную нагрузку.
Что осталось
- Идея, что наследственный и ненаследственный рак — два конца одного пути
- Риск, рецессивный на уровне клетки, но выглядящий доминантным в семье
- Понятие гена-супрессора опухоли и программа его поиска
Что отпало или ослабло
- Схема «ровно два удара, не больше и не меньше»
- Название «антионкоген» (его заменил ген-супрессор опухоли)
От многостадийной теории к RB1: 1953-1990. Ось идёт от 1950 до 1991 года. Зелёные метки — даты, в которых согласны несколько источников; синие метки показывают даты, опирающиеся на один источник или лишь на запись в списке литературы. В этой статье источники не расходятся в датах, поэтому янтарная метка не использовалась. Даты, известные только по году, нарисованы в середине года.
Стамбульская серия
Я не провожу прямой турецкой связи с моделью Кнудсона; я лишь пересказываю клиническую картину. Работа Джебеджи, Тунджера и Кебуди, опубликованная в 2020 году в Journal of Ophthalmology (Стамбульский университет, Стамбульский медицинский факультет, офтальмология, и Институт онкологии, детская гематология-онкология), рассмотрела из 298 последовательных пациентов с ретинобластомой за 1992-2017 годы 18 в возрасте 5 лет и старше (6 процентов). Медианный возраст при диагнозе был 9 лет (5-18); у 8 пациентов (44,4 процента) первичный диагноз был неверным; 16 выполнена энуклеация; при медианном наблюдении 97 месяцев выживаемость составила 100 процентов, доля сохранённых глаз 11,2 процента. Авторы напоминают и о том, что в странах с ограниченными ресурсами большинство пациентов обращается на поздней стадии.
Резюме работы не упоминает тест на RB1. Мой вывод таков: клиническое соответствие двух ударов — правило «опухоль в обоих глазах или в раннем возрасте, возможно наследственная, наблюдайте семью». Это правило работает лишь при ранней диагностике и доступе к генетическому консультированию. Как это работает в Турции, по этим источникам я сказать не могу.
С 1953 года до сегодняшнего дня
Что проверено и что остаётся неопределённым
- Выходные данные: PNAS 68(4):820-823, апрель 1971; согласуются на страницах PubMed и SciSpace. Полный текст статьи открыть не удалось; содержание взято из резюме и из ретроспективы Чернова.
- 48 случаев: по резюме PubMed и SciSpace, «48 случаев и опубликованные отчёты». Что записи принадлежали M.D. Anderson, говорит только биографическая заметка Крочё; Чернов и страница Киото этого не упоминают. Проценты со слайда лекции (доля наследственных 35-45 процентов) я не использовал, потому что они не сходятся с 48 случаями; доля наследственных взята у NCI.
- «Три опухоли» и скорости мутаций: из резюме; по тексту статьи не проверено.
- e-3 ≈ 5 процентов: мой расчёт и предсказание модели; реальную пенетрантность я не проверял.
- Термин «two hit»: резюме 1971 года говорит «два мутационных события». В заголовке Эшли 1969 года есть «two hit». Кто первым применил термин к модели Кнудсона, найти не удалось.
- Две копии одного гена: по странице Киото Кнудсон предложил это в 1973 году; статья Комингса датирована 1 декабря 1973 года. Что было раньше, установить не удалось; выходные данные обзора Кнудсона 1973 года я не читал.
- Армитидж-Долл (1954), Нордлинг (1953): только по Чернову и по списку литературы одного обзора; статьи я не читал. Сколько стадий предполагали Армитидж и Долл, я не писал.
- Сообщения о делеции 1976 года: только названия в списке литературы обзора Nature; содержание не читалось.
- Кавени 1983: выходные данные по DOI (10.1038/305779a0); содержание по Чернову. Ли 1987: только по Чернову; выходных данных нет.
- Френд 1986: список авторов, том и страницы со страницы библиографии Висконсинского университета; дата публикации 16-22 октября 1986 года.
- Жизнь Кнудсона: рождение в 1922 году и премии со страницы Киото. Что его жизнь оборвалась в 2016 году, следует из записи о некрологе в Nature от августа 2016 года; точный день не проверен.
- Пределы: третьи удары, гаплонедостаточность и эпигенетическое выключение по Чернову. Находка на мыши (p27) не обобщалась на человека.
- Турция: авторы и центр со страницы PMC, цифры из резюме. Работа не касается ни Кнудсона, ни теста на RB1.
- Вчерашний блок: проверены статья 1971 года, идея «двух ударов» и её связь с днём 148.
Сосуд, который зовёт опухоль: Джуда Фолкман и ангиогенез, 1971
Сегодня мы смотрели на происхождение опухоли, на её ген. Завтра, в тот же год, вопрос хирурга о том, чем питается опухоль: не может ли растущая опухоль звать к себе новые сосуды? Я проверю идею Джуды Фолкмана 1971 года, первые реакции на неё и путь к лекарству.
Заметка автора: Больше всего я старался при написании отделить сделанное Кнудсоном от выражения «два удара», не приписывая ему само выражение. Им пользовались и до него; доля Кнудсона в том, что он связал его со счётной болезнью, с наследственностью и в итоге с геном. Гипотеза, двенадцать лет остававшаяся без доказательства, а затем превратившаяся в ген, — одна из нитей «самоисправления науки» в этой серии.
Источники и дополнительное чтение
- Knudson AG Jr. Mutation and cancer: statistical study of retinoblastoma. Proc Natl Acad Sci U S A 1971;68(4):820-823. doi:10.1073/pnas.68.4.820 (прочитано по резюме PubMed и SciSpace; полный текст открыть не удалось).
- Chernoff J. The two-hit theory hits 50. Mol Biol Cell 2021;32(22):rt1. doi:10.1091/mbc.E21-08-0407 (прочитано с помощью инструмента-резюме).
- Ashley DJB. The two "hit" and multiple "hit" theories of carcinogenesis. Br J Cancer 1969, с. 313-328. doi:10.1038/bjc.1969.41 (прочитано с помощью инструмента-резюме).
- Armitage P, Doll R. The age distribution of cancer and a multi-stage theory of carcinogenesis. Br J Cancer 1954 (видна только запись; содержание не читалось).
- Comings DE. A general theory of carcinogenesis. Proc Natl Acad Sci U S A 1973;70(12):3324-3328. doi:10.1073/pnas.70.12.3324 (прочитано с помощью инструмента-резюме).
- Cavenee WK, et al. Expression of recessive alleles by chromosomal mechanisms in retinoblastoma. Nature 1983;305:779. doi:10.1038/305779a0 (только запись).
- Friend SH, Bernards R, Rogelj S, Weinberg RA, Rapaport JM, Albert DM, Dryja TP. A human DNA segment with properties of the gene that predisposes to retinoblastoma and osteosarcoma. Nature 1986;323(6089):643-646 (прочитано на уровне резюме).
- Kyoto Prize Foundation. 2004 Kyoto Prize Laureates: Alfred George Knudson Jr. kyotoprize.org (прочитано с помощью инструмента-резюме).
- Croce CM. Биографическая заметка об Альфреде Кнудсоне, 2018. amphilsoc.org (прочитано с помощью инструмента-резюме).
- National Cancer Institute. Retinoblastoma Treatment (PDQ), версия для специалистов. cancer.gov (прочитаны первые 100 000 знаков).
- Cebeci Z, Tuncer S, Kebudi R. Clinical features and long-term follow-up of patients with retinoblastoma in Turkish children older than 5 years of age. J Ophthalmol 2020;2020:8148013. doi:10.1155/2020/8148013.
- Mukherjee S. The Emperor of All Maladies: A Biography of Cancer. New York: Scribner; 2010 (общий контекст; соответствующая часть для этой статьи заново не перечитывалась).
Эта статья является днём 151 серии «365 дней истории рака» и представляет гипотезу двух ударов Кнудсона как историческое прочтение. Это историко-популярное содержание, а не диагноз и не рекомендация по лечению. По вопросам лечения и генетического консультирования обратитесь к своему врачу. Источники проверены; детали, опирающиеся только на один вторичный источник, только на резюме или на нечитаемый текст, отмечены в заметках по проверке фактов.
Эта статья была полезна?
Ваш отзыв помогает нам улучшать материалы.




