В ПНИПУ разработали модель, поясняющую, как гены связаны с раком
Современная биология продвинулась далеко в расшифровке генома, но столкнулась с ключевой задачей: понять, как клетка выбирает свою дальнейшую судьбу — становится нейроном, мышечной клеткой или переходит в бесконтрольное деление, формируя опухоль. Долгое время учёные рассматривали отдельные белки и химические сигналы, но такой подход не объяснял, каким образом тысячи генов меняют активность согласованно. Исследователи Пермского Политеха создали модель ДНК, которая впервые описывает физический принцип управления клеточной работой и развитием рака, открывая новый путь к терапии онкологических заболеваний.
Управление состоянием клетки — основа онкологии и регенеративной медицины. Хотя все клетки содержат одинаковый набор генов, они выполняют разные функции. Для перехода из одного состояния в другое требуется синхронное изменение активности множества генов, удалённых друг от друга в молекуле. Существующие методы, ориентированные на анализ отдельных молекул, не позволяли понять, как достигается такая согласованность.
Учёные ПНИПУ предложили рассматривать ДНК как единую систему. Они показали, что локальное «открытие» участка — необходимое для чтения гена — меняет механическое напряжение в молекуле. ДНК ведёт себя как биологический кристалл, и возникающая волна напряжения способна влиять на соседние участки, облегчая или затрудняя их переход в активное состояние. Эта физическая связь объясняет, как клетка в нужный момент одновременно переключает большое число генов.
Чтобы проверить гипотезу, исследователи построили математическую модель, где каждый участок ДНК мог находиться в стабильном, неустойчивом или критическом состоянии. В стабильном участок «закрыт», в неустойчивом готов активироваться, а в критическом — способен запустить цепную реакцию перестройки по всей молекуле. Моделирование показало, что открытие отдельных доменов действительно вызывает волну последующих изменений.
Полученные результаты сопоставили с экспериментами на разных типах клеток, включая эмбриональные и раковые. Статистические данные совпали, что подтверждает существование универсального механизма регуляции генома.
Одним из ключевых выводов стало объяснение природы рака. Раковая клетка, согласно модели, «застревает» в режиме деления из-за недостаточного числа участков, способных переходить в критическое состояние. Это нарушает нормальную последовательность изменений, которую авторы называют «каскадом критичности». В здоровых клетках такой каскад позволяет переходить к дифференцировке или старению. Новая теория указывает на возможность воздействия не на разрушение клетки, а на изменение её внутреннего состояния, заставляя либо созреть, либо погибнуть.
Работа показывает, что судьба клетки подчиняется универсальным физическим законам, которые можно описать количественно. Следующая задача — научиться измерять структурный параметр, определяющий состояние участков ДНК, прямо в живых клетках. Это позволит проверять модель экспериментально и откроет путь к новым медицинским технологиям.
Источник: Naked Science
Рекомендуем также:
Есть жалобы? Канал для добрых казанцев, которых вывели из себя. Делитеcь тем, что вас разозлило: Злой Казанец
