Come evolve il cancro in noi. Un estratto da “Secondo natura” di Athena Aktipis

Pubblichiamo, ringraziando l’autore e l’editore effequ, un estratto da “Secondo natura. Come l’evoluzione ci aiuta a ripensare il cancro” di Athena Aktipis (la traduzione è di Lavinia Ferrone).

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I nostri corpi sono come mondi in cui le cellule del cancro evolvono. Si pensa all’evoluzione come a un processo sideralmente lento: variazioni casuali che avvengono nel corso di migliaia di anni, a volte vantaggiose per l’organismo, che trasformano lentamente la popolazione di individui mentre questi a loro volta si evolvono per adattarsi meglio all’ambiente. In base a questa idea comune, può esserci difficile entrare nell’ordine di idee che l’evoluzione possa avvenire tra le cellule del nostro corpo: se pensiamo all’evoluzione come a un processo intrinsecamente lento, come è possibile che lavori abbastanza velocemente da selezionare cellule tumorali durante il corso della nostra vita? La risposta è che la scala temporale dell’evoluzione all’interno del nostro corpo è completamente diversa: il tempo necessario per generare una cellula tumorale (in altre parole, il tempo che questa ci mette a riprodursi) è estremamente breve, circa un giorno, e la dimensione della popolazione cellulare è di miliardi di cellule, talmente vasta che ha un ritmo evolutivo rapidissimo. Si può dire che nell’arco della vita di una singola persona avviene più evoluzione cellulare di quanta evoluzione sia avvenuta nell’intera storia evolutiva umana.

Ma cosa succede all’evoluzione delle cellule tumorali quando noi moriamo? Possiamo davvero chiamare ‘evoluzione’ quello che succede dentro al nostro corpo se le cellule tumorali alla fine uccidono l’organismo che le ospita? Possiamo davvero dire che una specie si evolve, se poi alla fine si estingue? La risposta è certamente sì: nessuno sosterrebbe che i dinosauri non si sono evoluti solo perché poi si sono estinti; o che una specie che si è evoluta fino a trovarsi in un vicolo cieco in questo modo ha vanificato il suo percorso evolutivo.

Così come le specie si evolvono fino all’estinzione, le popolazioni delle cellule tumorali si evolvono nel corpo fino a quando non si trovano in dei vicoli ciechi evolutivi; sono l’esempio di un fenomeno più ampio in biologia evoluzionistica detto ‘suicidio evolutivo’. Secondo questo fenomeno gli organismi sviluppano tratti che alla fine condannano l’intera specie all’estinzione, come la voracità nel consumo di risorse senza lasciare niente per le generazioni future, o avere ornamenti sessuali così stravaganti da rendere l’intera popolazione catastroficamente esposta ai predatori. Bisogna però dire che il tumore non è sempre un vicolo cieco evolutivo, perché talvolta, come mostrerò più avanti, le cellule tumorali possono essere trasmesse ad altri individui e diffondersi all’interno di una popolazione. Sono stati individuati tumori trasmissibili in varie specie tra cui cani domestici, diavoli della Tasmania e alcune specie di vongole. In tutti questi casi, le cellule tumorali sono in grado di lasciare l’organismo di origine per trasmettersi a un nuovo ospite e crescere al suo interno, rendendo possibile la sopravvivenza del tumore molto più a lungo della vita dell’individuo da cui è derivato, e di conseguenza consentendo all’evoluzione di continuare ad agire sulle popolazioni di cellule cancerose. Ciononostante la trasmissibilità delle cellule tumorali non è un prerequisito per l’evoluzione: la maggior parte di queste muore insieme al loro ospite e, finché quel giorno non arriva, il cancro è sottoposto a selezione naturale e deriva genetica, come ogni popolazione che si evolve.

Perché un gruppo di cellule tumorali si evolva bisogna che siano soddisfatte certe condizioni. Sono le stesse condizioni necessarie per ogni altra popolazione che si evolve nel mondo naturale: variazione, ereditarietà, adattamento. In altre parole, le cellule devono essere in grado di modificare i propri tratti; questi cambiamenti devono essere ereditabili quando la cellula si divide; e i tratti ereditati devono favorire l’adattamento della cellula (cioè devono essere a vantaggio della sopravvivenza e della replicazione cellulare). Le cellule tumorali soddisfano questi requisiti? Certo che sì, perché sono una popolazione di cellule con tratti ereditabili che influenzano la loro capacità di adattarsi all’ambiente. Diamo un’occhiata più da vicino a ognuna delle condizioni necessarie per la selezione e in che modo le cellule tumorali le soddisfano.

Variazione: All’inizio, ogni essere umano è una singola cellula. Quello che comunemente si crede è che, quando questa cellula si divide copi il suo DNA fino ad avere trilioni di cellule identiche che andranno a comporre un organismo, ma questo non è del tutto vero. I nostri organismi sono fatti di cellule quasi identiche tra loro, ognuna con un DNA che regola il comportamento all’interno del sistema multicellulare. Questo DNA deve essere copiato ogni volta che la cellula si divide, ma il processo di copiatura è tutt’altro che perfetto: c’è sempre una probabilità che vengano commessi errori e che questi errori non vengano poi trovati e corretti dai nostri sistemi di revisione. In questo modo emergono le mutazioni genetiche che rendono le nostre cellule non identiche l’una con l’altra. Le differenze tra una cellula e l’altra sono più grandi di quanto si possa pensare. La maggior parte delle cel- lule del corpo infatti presenta mutazioni uniche che derivano da errori di copiatura del DNA o da altre fonti di mutazione, come il danno dovuto ai raggi solari o l’esposizione a sostanze chimiche. In cima a questa variabilità genetica c’è anche il cosiddetto controllo epigenetico: le modifiche epigenetiche rendono le cellule diverse nell’espressione dei geni. In ognuna delle nostre cellule ci sono porzioni di DNA che vengono esposte in modo da poter essere lette e poi tradotte in proteine, mentre di altre porzioni di codice genetico si dice invece che sono ‘legate’, ovvero che rimangono silenti senza poter essere tradotte in proteine. Queste differenze contribuiscono ai modi diversi delle nostre cellule di agire, muoversi, consumare risorse, inviare segnali alle cellule vicine. In generale le cellule possono presentare differenze sia dal punto di vista genetico che epigenetico, differenze che servono a rifornire il processo di evoluzione somatica.

Ereditarietà: Un termine che si riferisce alla correlazione tra i tratti dei genitori e i tratti dei figli. Se l’ereditarietà non esistesse, non si sarebbe potuta trasmettere nessuna caratteristica che ha aiutato i genitori a sopravvivere e riprodursi; quando è invece evidente che le caratteristiche genetiche ed epigenetiche si possano trasmettere alla progenie. Quando una cellula si divide, le mutazioni del DNA di quella cellula vengono copiate e trasmesse alla progenie, insieme alle alterazioni epigenetiche che come abbiamo detto portano a differenze nell’espressione dei geni.

Tenendo a mente questi processi, possiamo pensare al nostro corpo come a un grande albero genealogico delle cellule, in cui il tronco dell’albero è la prima cellula da cui origina la cellula uovo fertilizzata, mentre ogni ramo rappresenta una divisione cellulare, durante la quale i tratti vengono ereditati. Le mutazioni vengono trasmesse in questo albero genealogico cellulare così come vengono trasmesse da genitore a figlio.

Adattamento differenziale: Con questo termine ci si riferisce all’idea per cui gli individui con determinate caratteristiche generino più progenie rispetto ad altri. Le cellule del nostro corpo differiscono per il numero di cellule figlie che generano. Dalle origini nel grembo materno, alcune delle nostre cellule si replicano di più e più rapidamente di altre, alcuni tessuti del nostro corpo mostrano un tasso di proliferazione cellulare più alto. Alcune di queste differenze nella proliferazione tra le varie popolazioni cellulari sono il risultato di differenze nel controllo epigenetico (ovvero differenze nell’espressione dei geni), che ci consentono di svilupparci in organismi pluricellulari funzionanti con dita dei piedi, orecchie, organi e tutte le altre parti del corpo. Le differenze epigenetiche tra le cellule sono necessarie per il nostro normale sviluppo, ma possono anche esporci maggiormente al cancro.

Altre differenze nella riproduzione cellulare sono dovute alle mutazioni nelle sequenze del DNA che governano le decisioni legate alla divisione cellulare. Quando le cellule presentano mutazioni che permettono loro di dividersi maggiormente, cominciano ad espandersi dando vita a una progenie che erediterà questa caratteristica di super-proliferazione. I rami dell’albero evoluzionistico delle cellule più proliferanti si distinguono dagli altri perché sono le parti più frondose. Le generazioni successive saranno a loro volta iper-proliferanti, dando vita a un gran numero di cellule figlie e così via. La sopravvivenza è un’altra caratteristica importante nella differenza di riproduzione: anche le cellule in grado di sopravvivere di più avranno una progenie più numerosa rispetto a quelle che muoiono con una maggiore probabilità.

In generale l’adattamento, ovverosia quell’insieme di caratteristiche che aiutano l’individuo a sopravvivere o riprodursi, si sviluppa quando vengono rispettate le condizioni per la selezione naturale. Negli esseri umani, l’adattamento include la nostra capacità di trovare cibo, evitare pericoli, e trovare un compagno. Nell’ambito del cancro, invece, l’adattamento comprende un alto tasso di consumo delle risorse, la capacità di evitare l’attacco del sistema immunitario, e una rapida proliferazione all’interno del corpo. Alcune di queste caratteristiche di adattamento a livello cellulare vanno contro il nostro stesso organismo, come per esempio avviene quando le cellule tumorali sopravvivono e proliferano: il loro successo è in conflitto con il funzionamento dell’intero organismo.

Tornando alla domanda con cui abbiamo aperto il capitolo: abbiamo visto che l’unica funzione delle cellule del cancro è egoistica, che non vuole altro che replicarsi e sopravvivere e non ha alcuna funzione nell’organismo in cui si sviluppa. L’unica attività legata al cancro che avviene a livello dell’organismo è quella che vede coinvolti i sistemi di soppressione del tumore. Questo significa che l’unico tipo di funzione che abbiamo sviluppato rispetto alla presenza del cancro è volta a tenerlo sotto controllo, così che non possa mettere a repentaglio la nostra capacità di adattamento.