Исследователи Пермского национального исследовательского политехнического университета (ПНИПУ) разработали математическую модель, которая объясняет возникновение онкологических заболеваний и процесс старение клеток. Открытие поможет в разработке новых методов лечения, которые изменяют состояние клеток, а не уничтожают их.
Современная биология и медицина достигли значительных успехов в расшифровке генома, но столкнулись с ключевой проблемой развития клеток. Учёным было непонятно, почему одна клетка превращается в нейрон, а другая бесконтрольно делится, образуя опухоль. Наука сосредотачивалась на анализе отдельных белков и химических сигналов, что не позволяло понять, как одновременно изменяются тысячи генов. Ученые ПНИПУ создали модель ДНК, которая впервые объясняет универсальный физический принцип, управляющий клетками и приводящий к развитию опухолей. Это открывает новые горизонты в лечении рака.
По словам учёных, клетки, имея одинаковый набор генов, могут выполнять разные функции: превращаться в нейроны, мышечные или иммунные клетки. Однако механизм, который обеспечивает организованные изменения в клетках, остаётся неясным. Чтобы каждый ген мог реализовать заложенную наследственную информацию, его участок ДНК должен открываться, разрывая водородные связи в определённых местах. Судьба клетки — стать нервной, мышечной или раковой — зависит от коллективного изменения состояния всех участков ДНК. Нарушение этого порядка может привести к образованию опухолей или неправильному развитию клеток.
Исследователи ПНИПУ предположили, что синхронность изменений тысячи генов обусловлена физическими свойствами молекулы ДНК, где любое локальное изменение оказывается подвержено влиянию общего механического напряжения. Это напряжение может оказывать физическое воздействие на соседние гены, облегчая или затрудняя их раскрытие и координируя изменения во множестве генов.
Ключевым моментом в создании модели стало введение трёх различных режимов для каждого участка ДНК: стабильного, неустойчивого и критического. В стабильном состоянии участок закрыт, в неустойчивом он готов к переключению, а в критическом открывается, запуская цепную реакцию, которая может изменить активность всего генома.
Исследование предоставило физическое объяснение природы онкологии. Модель предполагает, что раковая клетка «застряла» в состоянии деления из-за отсутствия открытых участков ДНК, что блокирует её нормальное развитие. В здоровых клетках таких участков много, что обеспечивает организованное изменение состояний — учёные называют это «каскад критичности». При раке этот каскад нарушается, открывая путь для новых методов терапии, направленных на «сдвиг» внутреннего состояния клеток.
Понимание механизмов переключения состояний молекул может изменить регенеративную медицину, сделав процессы перепрограммирования клеток для терапии более управляемыми и эффективными.
Читайте ещё материалы по теме:
- Учёные ПНИПУ создали математическую модель, предсказывающую заживление ран
- Гибридную терапию для лечения рака создали в МИРЭА
- Сеченовский университет разрабатывает клеточные препараты для борьбы с раком
