Biologia del cancro: cosa possiamo imparare da Charles Darwin?

E’ sbagliato pensare ai settori della biologia come rigidamente separati e non comunicanti tra di loro; sarebbe insensato negare a priori l’esistenza di qualunque analogia tra fenomeni macroscopici e microscopici. La biologia evoluzionistica e l’oncologia sono due discipline che percepiamo come distanti, poiché la prima studia l’origine, i cambiamenti, la diffusione e la diversità delle specie nel corso del tempo, mentre la seconda riguarda lo studio e il trattamento dei tumori. Ciononostante, i biologi molecolari impegnati nello studio del cancro hanno imparato una lezione importante dai loro colleghi biologi evoluzionisti e si servono spesso dei loro strumenti per comprendere la natura del cancro e realizzare strategie terapeutiche sempre più mirate. Cosa possiamo imparare da Charles Darwin sulla biologia del cancro?

Il cancro come malattia genetica

Il cancro viene considerato una malattia genetica, poiché è la conseguenza di una serie di mutazioni genetiche che conferiscono alla cellula caratteristiche come proliferazione incontrollata immortalità, aggressività, capacità di migrare e formare metastasi e di sfuggire al controllo del sistema immunitario. Benché certe mutazioni siano comuni a più tipi di cancro, una buona parte sono paziente-specifiche e la loro variabilità è sconcertante, sia tra i pazienti che tra le sub-popolazioni tumorali o metastasi di uno stesso paziente.

E’ proprio la sua eterogeneità a rendere il cancro una malattia così terribile e chiunque ritenga che possa esistere una cura “universale” rimarrà deluso; quella su cui si stanno orientando medici e ricercatori è al contrario una medicina personalizzata e di precisione, su misura del paziente. Una pratica sempre più consolidata è quella di sequenziare i genomi delle singole cellule; l’espressione di determinate proteine, l’accensione o lo spegnimento di determinati geni o vie di segnalazione cellulare sono buoni marker, che consentono di predire la risposta del paziente a una terapia o di colpire ogni tumore nei suoi punti sensibili.

Fig. 1 Il cancro è una malattia genetica che origina da mutazioni consecutive che conferiscono alle cellule la capacità di proliferare in maniera incontrollata

La teoria dell’evoluzione

Charles Darwin è famoso per la sua teoria dell’evoluzione, che insieme alle scoperte di Mendel sull’ereditarietà e ai progressi della biologia molecolare, ha fondato le basi della genetica di popolazione e della biologia evoluzionistica. Oggi sappiamo che l’evoluzione agisce sulla variabilità genetica di una popolazione, che è prodotta da mutazioni casuali nel DNA dei singoli componenti. In presenza di una selezione, causata ad esempio da condizioni ambientali avverse o da un’epidemia, solo i più “adatti” sopravvivono e trasmettono i loro geni alla generazione successiva: questo produce nel tempo cambiamenti sensibili nelle frequenze geniche di una popolazione, determinando il processo che chiamiamo evoluzione, e spesso anche la nascita o estinzione di una specie.

Il cancro…evolve!

Si è scoperto che anche il cancro “evolve” e lo fa in una maniera assolutamente paragonabile a quella delle popolazioni in natura. Il cancro stesso è di fatto una popolazione estremamente eterogenea di cellule che si riproducono in continuazione e, poiché i loro meccanismi di riparo del DNA sono spesso meno rigidi rispetto alle controparti sane o addirittura assenti, ad ogni ciclo di replicazione nel loro genoma si formano tante mutazioni, che contribuiscono ad aumentare la variabilità iniziale. La maggioranza di queste mutazioni, così come avviene in natura, è neutrale, ossia non produce né vantaggi né svantaggi per la singola cellula.

Ma l’esistenza di una cellula tumorale non è esattamente rose e fiori, anzi, è costellata da avversità, poiché nel momento in cui smette di seguire le “regole” l’organismo lotta per rigettarla; di conseguenza, le mutazioni che conferiscono un vantaggio vengono “selezionate” e le cellule che le possiedono si riproducono con più facilità, trasmettendole alla progenie.

Facciamo un esempio: le cellule normalmente esprimono le molecole del complesso maggiore di istocompatibilità (MHC); le proteine mutate o estranee (ad esempio quelle di un virus) vengono processate e i loro residui caricati sull’MHC, che le rende visibili al sistema immunitario, che riconosce e distrugge cellule mutate o infette. Le cellule tumorali che diminuiscono l’espressione dell’MHC si riproducono con maggiore frequenza, poiché non possono più essere viste dal sistema immunitario! Ecco quindi che questo carattere, che prima era posseduto solo da una frazione di cellule, si diffonde a macchia d’olio nella popolazione.

Fig.3 Anche per i tumori possiamo disegnare “alberi evolutivi” , simili a quello teorizzato da Darwin nel 1837

Perché è importante?

Per comprendere queste dinamiche i ricercatori hanno preso in prestito conoscenze e strumenti della biologia evoluzionistica: i modelli matematici messi a punto dai teorici dell’evoluzione, secondo gli esperti, permetterebbero di predire il decorso della malattia. Studiare il cancro inteso come processo evolutivo ci aiuta anche, ad esempio, a comprendere in che modo il tumore acquisisca resistenza nei confronti di un farmaco chemioterapico e quale sia la dinamica delle ricadute (ossia quali popolazioni sopravvivono dopo un trattamento o resezione chirurgica) e a realizzare trattamenti sempre più mirati contro mutazioni specifiche.

Fonti

  • Nicholas McGranahan and Charles Swanton (2017). Clonal Heterogeneity and Tumor Evolution: Past, Present, and the Future. Cell 168.
  • Bardelli et al. (2017) Tumor Evolution as a Therapeutic Target. Cancer Discov. 7(8):1-13.
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