Теория эволюционной роли наследуемых опухолей (carcino-evo-devo): история развития и современное состояние. Часть 1. От общих принципов к гипотезе и от гипотезы к концепции

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Теорию эволюционной роли наследуемых опухолей, или теорию carcino-evo-devo, можно считать следующим шагом в развитии теории филэмбриогенезов А.Н. Северцова, теории evo-devo и теории эволюции путем дупликации генов Сусуму Оно. Она претендует на роль объединяющей биологической теории, поскольку объединяет в рамках единого рассмотрения три основных вида биологического развития – индивидуальное, эволюционное и опухолевое развитие. Теория carcino-evo-devo объясняет целый ряд необъясненных биологических явлений, в первую очередь механизмы прогрессивной эволюции и увеличения сложности, с привлечением представлений об относительно нестабильных переходных формах и автономных нерегулируемых процессах. Теория эволюционной роли наследуемых опухолей сформулировала целый ряд нетривиальных предсказаний в различных областях биологии, которые были подтверждены в лаборатории автора и в других лабораториях. Выводы и следствия теории carcino-evo-devo имеют значение для биотехнологии и медицины. В первой части статьи рассматриваются исходные принципы, которые привели к возникновению концепции эволюционной роли наследуемых опухолей, поступательное развитие этой концепции и первые экспериментальные данные по подтверждению нетривиальных предсказаний, полученные в лаборатории автора в период до 2014 г., когда вышла в свет наша книга “Evolution by Tumor Neofunctionalization”.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. П. Козлов

Институт общей генетики им. Н.И. Вавилова РАН; Биомедицинский центр; Санкт-Петербургский политехнический университет Петра Великого

Автор, ответственный за переписку.
Email: contact@biomed.spb.ru
Россия, Москва; Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Евтушенко В.И., Хансон К.П., Барабицкая О.В. и др. Определение верхнего предела величины экспрессии генома // Мол. биол. 1989. Т. 23. С. 663–675.
  2. Забежинский М.А., Полев Д.Е., Шилов Е.С. и др. Изучение развития “шапочек” на голове золотых рыбок // Рус. журн. “СПИД, рак и общественное здоровье”. 2010. Т. 14 (1). С. 21.
  3. Козлов А.П. Регуляторные механизмы как выражение и результат эволюции конкурентных отношений между генами. Соленостные адаптации водных организмов. Л.: Наука, 1976. С. 237–245.
  4. Козлов А.П. Принципы многоуровневого развития организмов. Проблемы анализа биологических систем. М.: МГУ, 1983. С. 48–62.
  5. Козлов А.П. Генная конкуренция и возможная эволюционная роль опухолей и клеточных онкогенов. Теоретические и математические аспекты морфогенеза. М.: Наука, 1987. С. 136–140.
  6. Козлов А.П. Принципы сохранения в системе молекулярно-биологических законов // Теоретическая биология: структурно-функциональный подход. Л.: ЛГУ, 1988. С. 4–21.
  7. Козлов А.П. Опухоли и эволюция // Вопр. онкол. 2008. Т. 54 (6). С. 695–705.
  8. Козлов А.П. Роль опухолей в эволюции многоклеточных организмов // Биосфера. 2011. Т. 3. С. 369–378.
  9. Козлов А.П., Забежинский М.А., Попович И.Г и др. Гиперпластические разрастания на коже головы золотых рыбок – сравнительно-онкологические аспекты // Вопр. онкол. 2012. Т. 58 (3). С. 387–393.
  10. Козлов А.П., Матюнина Е.А., Макашов А.А. База данных генов TSEEN Биомедицинского центра. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2021621840. Санкт-Петербург, 2021.
  11. Круковская Л.Л., Полев Д.Е., Носова Ю.К. и др. Изучение экспрессии транскрипционного фактора BRACHYURY (T) в нормальных и опухолевых тканях человека // Вопр. онкол. 2008. Т. 54 (6). С. 739–743.
  12. Круковская Л.Л., Самусик Н.Д., Шилов Е.С. и др. Опухолеспецифическая экспрессия эволюционно нового гена PBOV1 // Вопр. онкол. 2010. Т. 56 (3). С. 327–332.
  13. Круковская Л.Л., Полев Д.Е., Курбатова Т.В. и др. Изучение опухолеспецифичности экспрессии некоторых эволюционно новых генов // Вопр. онкол. 2016. Т. 62 (3). С. 495–500.
  14. Полев Д., Носова Ю., Круковская Л. и др. Экспрессия транскриптов, соответствующих кластеру HS.633957 в тканях и опухолях человека // Мол. биол. 2009. Т. 43 (1). С. 97–102.
  15. Полев Д.Е., Круковская Л.Л., Козлов А.П. Экспрессия локуса Hs.633957 в органах пищеварительной системы и опухолях человека // Вопр. онкол. 2011. Т. 57 (1). С. 48–49.
  16. Самусик Н.А., Галачьянц Ю.П., Козлов А.П. Сравнительно-геномный анализ опухолеспецифических транскрибируемых последовательностей человека // Рус. журн. “СПИД, рак и общественное здоровье”. 2007. Т. 10. С. 30–32.
  17. Самусик Н.А., Галачьянц Ю.П., Козлов А.П. Анализ эволюционной новизны последовательностей, экспрессирующихся в опухолях // Экол. генетика. 2009. Т. 7. С. 26–37.
  18. Шилов Е.С., Мурашев Б.В., Попович И.Г. и др. Возможная новая модель опухолей у рыб // Рус. журн. “СПИД, рак и общественное здоровье”. 2009. Т. 13 (2). С. 49–50.
  19. Ashby W.R. An introduction to cybernetics. London: Chapman & Hall, 1956. 295 p.
  20. Baranova A.V., Lobashev A.V., Ivanov D.V. et al. In silico screening for tumour-specific expressed sequences in human genome // FEBS Lett. 2001. V. 508. P. 143–148.
  21. Clamp M., Fry B., Kamal M. et al. Distinguishing protein-coding and noncoding genes in human genome // PNAS USA. 2007. V. 104. P. 19428–19433.
  22. Dobrynin P., Matyunina E., Malov S., Kozlov A. The novelty of human cancer/testis antigen encoding genes in evolution // Int. J. Genom. 2013. V. 2013. № 105108.
  23. Evtushenko V.I., Barabitskaya O.V., Emeljanov A.V., Kozlov A.P. Estimation of the maximal expression of the rat genome and the complexity of tumor-specific transcripts // Abstracts of the First International Conference on Gene Regulation Oncogenesis, and AIDS. Loutráki, Greece, September 15–21, 1989.
  24. Galachyants Y., Kozlov A.P. CDD as a tool for discovery of specifically-expressed transcripts // Russ. J. “AIDS, Cancer and Related Problems”. 2009. V. 13 (2). P. 60–61.
  25. Goetz H., Stone A., Zhang R. et al. Double-edged role of resource competition in gene expression noise control // Adv. Genet. 2022. V. 3 (1). P. 2100050.
  26. Hardison R.C. Promoter competition in globin gene control // Blood. 2022. V. 139 (14). P. 2089–2091.
  27. Kozlov A.P. Evolution of living organisms as a multilevel process // J. Theor. Biol. 1979. V. 81 (1). P. 1–17.
  28. Kozlov A.P. Gene competition and the possible evolutionary role of tumors // Med. Hypoth. 1996. V. 46 (2). P. 81–84.
  29. Kozlov A.P. The possible evolutionary role of tumors in the origin of new cell types // Med. Hypoth. 2010. V. 74. P. 177–185.
  30. Kozlov A.P. Evolution by Tumor Neofunctionalization: The role of tumors in the origin of new cell types, tissues and organs. Amsterdam, Boston, Heidelberg, London, New York, Oxford, Paris, San Diego, San Francisco, Singapore, Sydney, Tokyo: Academic Press/Elsevier, 2014. 248 p.
  31. Kozlov A.P. The theory of carcino-evo-devo and its non-trivial predictions // Genes. 2022. V. 13 (1). P. 2347.
  32. Kozlov A.P., Emeljanov A.V., Barabitskaya O.V., Evtushenko V.I. The maximal expression of mammalian genome, the complexity of tumor-specific transcripts and the cloning of tumor-specific cDNAs // Abstract of Annual Meeting Sponsored by Laboratory of Tumor Cell Biology. Bethesda, Maryland: National Cancer Institute (U.S.), 1992.
  33. Kozlov A.P., Galachyants Y.P., Dukhovlinov I.V. et al. Evolutionarily new sequences expressed in tumors // Infect. Agent Cancer. 2006. V. 25. P. 1–8.
  34. Krukovskaja L.L., Baranova A., Tyezelova T. et al. Experimental study of human expressed sequences newly identified in silico as tumor specific // Tumor Biol. 2005. V. 26 (1). P. 17–24.
  35. Lennon G.G., Lehrach H. Hybridization analyses of arrayed cDNA libraries // Trends Genet. 1991. V. 7. P. 314–317.
  36. Makashov A.A., Malov S.V., Kozlov A.P. Oncogenes, tumor suppressor and differentiation genes represent the oldest human gene classes and evolve concurrently // Sci. Reports. 2019. V. 9. № 16410.
  37. Markov A.V., Anisimov V.A., Korotayev A.V. Relationship between genome size and organismal complexity in the lineage leading from prokaryotes to mammals // History & Mathematics: Big History Aspects. Volgograd: ‘Uchitel’ Publishing House, 2019. P. 122–141.
  38. Ohno S. Evolution by gene duplication. New York, Berlin, Heidelberg, USA, Germany: Springer-Verlag, 1970. 175 p.
  39. Palena C., Tsang K.Y., Fernando R.I. et al. The human T-box mesodermal transcription factor Brachyury is a candidate target for T-cell-mediated cancer immunotherapy // Clin. Cancer Res. 2007. V. 13 (8). P. 2471–2478.
  40. Polev D.E., Karnaukhova I.K., Krukovskaya L.L., Kozlov A.P. ELFN1-AS1: a novel primate gene with possible microRNA function expressed predominantly in human tumors // BioMed. Res. Internat. 2014. V. 2014. № 398097.
  41. Sabi R., Tuller T. Modelling and measuring intracellular competition for finite resources during gene expression // J. R. Soc. Interface. 2019. V. 16. № 20180887.
  42. Salzberg S.L. Open questions: how many genes do we have? // BMC Biol. 2018. V. 16 (94).
  43. Samusik N., Galachyants Y., Kozlov A.P. Analysis of evolutionary novelty of tumor-specifically expressed sequences // Russ. J. Genet. Appl. Res. 2011. V. 1 (2). P. 138–148.
  44. Samusik N., Krukovskaya L., Meln I. et al. PBOV1 is a human de novo gene with tumor-specific expression that is associated with a positive clinical outcome of cancer // PLoS One. 2013. V. 8 (2). P. e56162.
  45. Scheurle D., DeYoung M.P., Binninger D.V. et al. Cancer gene discovery using digital differential display // Cancer Res. 2000. V. 60 (15). P. 4037–4043.
  46. Spiegelman S. Differentiation is controlled production of unique enzymatic patterns // Symp. Soc. Exp. Biol. 1948. V. 2. P. 286–325.
  47. Topfer S.K., Feng R., Huang P. et al. Disrupting the adult globin promoter alleviates competition and reactivates fetal globin gene expression // Blood. 2022. V. 139 (14). P. 2107–2118.
  48. Vazmatzis G., Essand M., Brinkman U. et al. Discovery of three genes specifically expressed in human prostate by expressed sequence tag database analysis // PNAS USA. 1998. V. 95. P. 300–304.
  49. Waddington C.H. The genetic control of development // Symp. Soc. Exp. Biol. 1948. V. 2. P. 145–154.
  50. Weismann A. The germ plasm: a theory of heredity. New York: Charles Scribner’s Sons, 1893. 517 p.
  51. Wei L., Yuan Y., Hu T. et al. Regulation by competition: a hidden layer of gene regulatory network // Quantitat. Biol. 2019. V. 7 (2). P. 110–121.
  52. Zhang Y.E., Long M. New genes contribute to genetic and phenotypic novelties in human evolution // Curr. Opin. Genet. Dev. 2014. V. 29. P. 90–96.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Золотая рыбка с “шапочкой” на обложке монографии.

Скачать (114KB)
Метаданные
3. Формула

Скачать (20KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024