The evolution of cancer is mathematical, which is why the disease changes shape and resists treatments

2023-02-19 12:40:53 / MISTERE&KURIOZITETE ALFA PRESS

The evolution of cancer is mathematical, which is why the disease changes shape

Cancer is often described as a disease that originates from genetic mutations, which cause cells to divide in an uncontrolled manner and invade other parts of the body. But the spread of cells away from their origin is in some cases a normal process. The embryo is found in the uterus during early pregnancy. Immune cells spread from lymph nodes to sites of infection to attack invading bacteria. And the germ cells migrate to where the gonad will be during early human development. Cancer is not a uniform disease.

Rather, it is a disease of phenotypic plasticity, which means that tumor cells can change from one form or function to another. This includes reverting to a less stable state and losing their normal function, which can lead to resistance to treatment or completely changing their cell type, a process that facilitates metastasis.

In addition to direct changes in the DNA of a person with cancer, one of the main drivers of cancer progression is where and when the DNA is activated. If the latter carries the "words" that express individual genes, then epigenetics is the "grammar" of the genome, what tells those genes whether or not they should be activated in a given tissue.

Although all tissues in the body have nearly the same DNA sequence, they can all perform different functions because of chemical and structural modifications that change which genes are activated and how they do so. This "epigenome" can be influenced by environmental exposures such as diet, adding a new dimension to how researchers understand a patient's vectors of health beyond the DNA code inherited from parents.

Unë jam një studiues i kancerit dhe laboratori im në Universitetin Xhon Hopkins, studion se si ndryshimet midis indeve normale, kontrollohen nga një kod epigjenetik, dhe se si ky kod prishet në rastin e kancerit. Në studimin tonë të publikuar së fundmi, kolegu Andre Levçenkonga Universiteti i Jeilit dhe unë përshkruajmë një qasje të re për të kuptuar qëndrueshmërinëe kancerit duke e kombinuar epigjenetikën me matematikën.

Ne mendojne se koncepti i stokasticitetit mund të hedhë dritë mbi arsyen pse kanceretpësojnë metastaza dhe bëhen rezistente ndaj trajtimeve. Stokasticiteti është një koncept matematikor që i referohet idesë se rastësia e hapave në një proces, ndikon në parashikueshmërinë e rezultatit të tij.

Albert Ajnshtajni studioi dikur përmes këtij koncepti lëvizjen e grimcave që mbeten pezull në një lëng ose gaz. Studiuesit mund ta aplikojnë këtë koncept për të studiuar përhapjen, rezistencën dhe evolucionin e Covid-19, sjelljen e bursave, dhe gati çdo lojë brenda një kazinoje.

Një mënyrë kryesore për të matur stokasticitetin e një procesi është entropia, e cila përcakton shkallën e pasigurisë në një rezultat. Për shembull, një hedhje e ndershme e monedhës ka një entropi prej 1, apo një informacion të ulët, sepse nuk ka asnjë mënyrë për ta parashikuar nëse hedhja e monedhës do të jetë kokë apo pil.

Por një hedhje e trukuar e monedhës ka një entropi zero, ose shumë informacion, pasi rezultati dihet tashmë, dhe asnjë informacion i ri nuk do të fitohet duke e hedhur monedhën.

Studiuesit mund ta përdorin entropinë për të matur sasinë e zhurmës informative në fushën e telekomunikacionit.

Ndërsa përfshirja e koncepteve të stokasticitetit dhe entropisë në biologji, i jep mundësistudiuesve të kuptojnë më mirë plasticitetin fenotipik tek kanceri. Biologët eksperimentalë dhe kompjuterikë janë duke e përdorur entropinë për të kuptuar rastësinë themelore në mënyrën se si qelizat janë të organizuara nga brenda, reagojnë ndaj sinjaleve mjedisore dhe maturohen dhe formojnë inde .

Stokasticiteti në epigjenetikë është shumë i rëndësishëm për mënyrën se si evoluon kanceri. Për shembull, një gjendje e quajtur Ezofagu Barrett ndodh kur qelizat e shëndetshme në ezofag zhvillojnë karakteristika të ngjashme me ato që kanë normalisht qelizat në zorrë, gjë që përfundimisht mund të çojë në kancerin e ezofagut.

Kjo shkaktohet nga ndryshimet progresive të rastësishme në kodin epigjenetik, dhe ky ndryshim ndodh më shpejt pasi mbërrihet në një prag të caktuar. Natyra stokastike e këtyre ndryshimeve epigjenetike, çon gjithashtu në rritjen e entropisë në funksionimin e këtyre gjeneve dhe në përparimin e tyre drejt kancerit.

Epigjenetika është arsyeja pse binjakët që ndajnë saktësisht të njëjtin gjenim, mund të zhvillohen në mënyra krejtësisht të ndryshme. Duke e matur aktivitetin e gjeneve dhe ndryshimet epigjenetike të qelizave individuale, biologët dhe matematikanët mund të krahasojnë entropinë në qelizat e kancerit me qelizat normale që i rrethojnë ato.

Shkencëtarët kanë filluar tani të identifikojnë rajonet e gjenomit që ndërmjetësojnë stokasticitetin në kancer. Një studim që nuk është rishikuar ende nga kolegët, zbuloi se entropia lidhet me mënyrën se si kromozomet kompaktësohen fizikisht në bërthamë, një tjetër mekanizëm kyç epigjenetik për kontrollin e aktivitetit të gjeneve në kancer.

Ndërkaq, ekziston një lidhje midis entropisë dhe plakjes. Unë dhe kolegët e mi zbuluam se plakja e njeriut shoqërohet me një rritje të entropisë epigjenetike në lëkurën e dëmtuar nga dielli. Pjesët e gjenomit që kanë entropi të lartë, përjetojnë humbje të mëtejshme të informacionit epigjenetik në lëkurën e ekspozuar nga dielli, gjë që mund të çojë në kancer. Kohët e fundit, studiuesit kanë identifikuar dëmtimin e ADN-së tek minjtë, si një shkak për këtë entropi të lidhur me moshën. Kështu, nëse entropia epigjenetike rritet me plakjen dhe lidhet me dëmtimin e ADN-së, mund të ndihmojë në shpjegimin pse rreziku i kancerit rritet ndjeshëm me moshën.

By identifying how epigenetic entropy causes cancer, scientists may be able to better detect cancer in its early stages, and create drugs that reduce entropy and thus reduce the risk of tumors spreading and resisting treatment. / "The Conversation" - Bota.al

 

Happening now...

ideas

Alfa recipes

services

  • POLICE129
  • STREET POLICE126
  • AMBULANCE112
  • FIREFIGHTER128