Naukowcy opublikowali badanie „Epigenetyka jako mediator plastyczności w raku” w Nauka to, jak mówią, dotyczy nowych ilościowych podejść do lepszego definiowania i mierzenia epigenetycznych defektów funkcji genów i ich interakcji z genetycznym krajobrazem raka.

W rozwoju raka zmiany epigenetyczne sprzyjają plastyczności fenotypowej, ciągłym zmianom w zachowaniu komórek nowotworowych, które pomagają nowotworowi atakować otaczającą tkankę, dawać przerzuty do innych narządów i unikać naturalnych mechanizmów obronnych (takich jak odpowiedź immunologiczna) i chemioterapii. W raku ta plastyczność podkreśla zdolność komórki nowotworowej do zmiany stanu, aby zaatakować inne komórki i tkanki w całym ciele i utrzymać przeżycie.

Według Andrew Feinberga, MD, z Johns Hopkins Kimmel Cancer Center i Institute for Basic Biomedical Sciences, matematyka dostarczyła potężnych narzędzi do łączenia plastyczności fenotypowej raka ze zmianami epigenetycznymi, które go napędzają. W szczególności pomiar entropii można teraz zastosować w epigenetyce, dodaje.

Informacje epigenetyczne ulegają erozji

W miarę rozwoju nowotworów informacje epigenetyczne kontrolujące zachowanie komórek ulegają erozji i możemy zidentyfikować miejsca w epigenomie, w których to się dzieje, oraz geny, które napędzają tę zwiększoną entropię, zauważa Feinberg.

„Podczas różnicowania żywe komórki w złożonych organizmach przyjmują stany fenotypowe o postępującej specyficzności. Komórki i tkanki nowotworowe naruszają tę właściwość, przyjmując zwiększoną plastyczność stanów komórkowych, struktury tkanek i funkcji podczas ich progresji. Informacje o repertuarze normalnych wyników różnicowania są zakodowane genetycznie, ale informacje o konkretnej realizacji tego potencjału i regulacji komórki w odpowiedzi na środowisko są zakodowane epigenetycznie w metylacji DNA i biochemicznej modyfikacji chromatyny” – piszą Feinberg i współpracownicy w Nauka artykuł.

„Pochodząc od proroczej pracy Conrada Waddingtona, zmiana epigenetyczna była schematycznie postrzegana jako krajobraz rozwojowy, który może kierować określonymi zdarzeniami różnicowania oraz definiować i ograniczać odrębne stany fenotypowe i ekspresyjne genów. Niedawno początek i progresja raka były postrzegane jako odwrócenie lub deformacja tego krajobrazu.

„W naukach fizycznych potencjalne krajobrazy energii i ich związki z rozkładem prawdopodobieństwa stanów fizycznych lub chemicznych były rozwijane i udoskonalane przez dziesięciolecia, ale dopiero niedawno zastosowano je do bardziej ilościowej realizacji klasycznej koncepcji krajobrazu Waddingtona.

„Takie podejścia są szczególnie atrakcyjne w opisywaniu krajobrazu epigenetycznego raka, biorąc pod uwagę, że plastyczność stanów komórkowych realizowanych na takim krajobrazie leży u funkcjonalnego rdzenia choroby”.

Nowe ilościowe techniki analityczne

Nowe techniki w analizach ilościowych krajobrazu epigenetycznego raka „dostarczają teraz narzędzi do zrozumienia powiązań między genetyką a innymi czynnikami napędzającymi rozwój i wzrost raka oraz relacji z epigenetycznymi sieciami regulacyjnymi, które pośredniczą w krajobrazie” – podkreśla Feinberg.

Według zespołu badawczego najnowsze podejścia łączące biologię raka i matematykę mogą umożliwić odróżnienie komórek nowotworowych od normalnych komórek oraz ilościowe określenie i zmierzenie epigenetycznej modulacji stanów komórek oraz jej wpływu na zachowanie komórek.

„Jeśli zrozumiemy te procesy, być może będziemy w stanie zidentyfikować zmiany chemiczne zachodzące tylko w komórkach nowotworowych, aby lepiej i wcześniej zdiagnozować raka i przewidzieć jego zachowanie, abyśmy mogli interweniować za pomocą bardziej ukierunkowanych terapii” – mówi Feinberg. „Te podejścia ilościowe muszą być częścią lekarstwa. Bez nich nie możemy zrozumieć raka”.