Ecuaţia care ne va ajuta să descifrăm secretele cancerului

Cancerul apare atunci când o celulă din organism se multiplică necontrolat şi formează o tumoare. Numărul celulelor dintr-o tumoare canceroasă de mărime obişnuită este mai mare decât numărul oamenilor de pe Pământ, iar celulele din zone diferite ale unei tumori au modificări diferite în codul lor genetic.

Divizarea celulelor cancerului de sân. Credit: www.shutterstock.com

Dacă haosul caracterizează cancerul, cum putem trata în mod eficient această boală, chiar şi cu cele mai noi terapii „targetate”, direcţionate direct către genele defecte, dacă fiecare celulă este diferită? Pentru a lupta mai eficient contra cancerului, trebuie să facem puţină ordine în haos.

Căutând modele

Când am început să studiem modelele unor modificări genetice din interiorul unor tumori canceroase umane, ne-am aşteptat să găsim haosul. Iar primele studii  păreau să susțină această idee.

În mod surprinzător, cu cât ne-am uitat mai mult, cu atât mai puțin haotice ni s-au părut aceste modele. De fapt, ne-am dat seama că existau adeseori forme regulate ale modelelor care puteau fi descrise printr-o formulă matematică simplă.

În ultima noastră lucrare, publicată în Nature Genetics , am explicat cum modelele pe care le-am găsit în haosul de modificări genetice din interiorul unor tumori canceroase ne dezvăluie evoluţia cancerului.

Când copierea nu decurge cum ar trebui

De fiecare dată când o celulă se divide, pentru a forma două noi celule fiice, ADN-ul interior trebuie duplicat pentru ca fiecare celulă fiică să primească un set complet de molecule ADN. Din păcate, deși procesul de replicare a ADN-ului este foarte precis, acesta nu este perfect şi uneori pot apare erori în timpul procesului de copiere. Aceste erori se numesc mutaţii genetice.

De fiecare dată când celulele se divid, acestea îşi copiază ADN-ul propriu, inclusiv erorile anterioare, ceea ce înseamnă că mutaţiile care s-au produs printr-o divizare anterioară sunt moștenite de toţi descendenţii acelei celule. În acest fel, ADN-ul din prima celulă este distorsionat progresiv pe măsură ce cancerul avansează, conducând în cele din urmă la haosul genetic pe care îl vedem în tumori.

Intenţia noastră a fost să „citim” acest proces în sens invers: plecând de la forma finală a unui genom de cancer, care are multe mutaţii, am încercat să descifrăm secvența de diviziuni celulare care ar fi condus la modelul particular de mutaţii pe care l-am observat.

Pentru aceasta am folosit datele de la 14 tipuri diferite de cancer care au fost obţinute folosind o metodă de secvenţiere de ultimă generație. Această metodă ne poate spune două lucruri: în primul rând, dacă o anumită mutație este prezentă într-un cancer, iar în al doilea rând, care este fracţiunea de celule tumorale care au o anumită mutație în ADN-ul lor.

Prin această tehnologie s-au generat cantităţi imense de date, stocate în baze de date accesibile publicului. Mulți cercetători au creat programe complexe de calculator care caută modele ale mutaţiilor genetice.

Noi am adoptat o strategie diferită. Ne-am dat seama că modelul mutaţiilor dintr-un cancer ar fi mai uşor de înţeles dacă urmărim modul în care a evoluat cancerul.

Iniţial am presupus că mutaţiile care apar într-un stadiu incipient de dezvoltare a cancerului ar trebui să fie mai numeroase, deoarece aceste mutații ar fi moștenite de toate celulele fiice pe măsură ce tumoarea canceroasă se mărește. Pe de altă parte, mutaţiile care s-au produs mai târziu ar fi prezente în doar câteva celule.

Ulterior ne-am dat seama că în interiorul tumorilor canceroase există mult mai multe mutaţii rare, fiecare fiind prezentă într-un număr relativ mic de celule, decât mutaţii obișnuite. Motivul se datorează faptului că odată cu evoluţia cancerului, dacă tumoarea se măreşte, există mult mai multe celule care se divid și implicit numărul mutaţiilor rare se măreşte.

Formula pe care am descoperit-o descrie în mod perfect modelul mutaţiilor genetice din mai mult de 200 de forme de cancer pe care le-am studiat. Acest lucru însemnă că ştim exact cum s-au dezvoltat aceste forme de cancer.

Mai important, formula noastră arată că modelul mutaţiilor genetice din cancer urmează o lege de tip putere.

O astfel de lege de variaţie se regăseşte în toate tipurile de sisteme naturale. Să considerăm, de exemplu, seismele. Cutremurele de intensitate mică se produc aproape constant pe glob, în timp ce cutremurele cataclismice se produc, în medie, doar o dată într-un deceniu. În acest fel, intervalul de timp mediu dintre diversele tipuri de cutremure este descris de o lege de tip putere.

Cutremurele sunt descrise de legi statistice de tip putere. Credit:. www.shutterstock.com

Am constatat că în tumorile canceroase mutațiile prezente într-un număr mare de celule sunt rare, în timp ce mutaţiile prezente în doar câteva celule sunt mult mai frecvente. Cu alte cuvinte, acest lucru sugerează că o lege de tip putere stă la baza dezvoltării cancerului. Și exact acest lucru am descoperit.

Ce urmează?

Suntem încântaţi că am găsit o lege naturală care descrie evoluţia cancerului. Aceasta ne dezvăluie simplitatea care există în haosul aparent al genomului de cancer. Credem că lucrarea noastră este importantă, deoarece ea reprezintă un prim pas în direcţia elaborării unui „cadru matematic de reglementare a cancerului”. Acesta va simplifica și va îmbunătăți înțelegerea noastră cu privire la această boală.

Până atunci mai este un drum lung de parcurs, dar acum am început să identificăm ordinea din haosul care există în interiorul unei tumori canceroase. Suntem pe cale să descoperim noi indicii cu privire la modul prin care putem trata mai bine cancerul, ceea ce ar fi în beneficiul tuturor celor care suferă de pe urma acestei boli.

Traducere după The equation that will help us decode cancer’s secrets