EVOLUCIONI I KANCERIT ËSHTË MATEMATIKOR

EVOLUCIONI I KANCERIT ËSHTË MATEMATIKOR

Kanceri cilësohet shpesh si një sëmundje që buron nga mutacionet gjenetike, të cilat i detyrojnë qelizat të ndahen në një mënyrë të pakontrolluar dhe të pushtojnë pjesë të tjera të trupit. Por përhapja e qelizave larg origjinës së tyre, është në disa raste një proces normal. Embrioni gjendet në mitër që gjatë shtatzënisë së hershme. Qelizat imune përhapen nga nyjet limfatike në vendet e infeksionit për të sulmuar bakteret pushtuese. Dhe qelizat germinale migrojnë atje ku do të jetë gonadat gjatë zhvillimit të hershëm njerëzor. Kanceri nuk është një sëmundje uniforme.

Përkundrazi, është një sëmundje e plasticitetit fenotipik, gjë që do të thotë që qelizat tumoralemund të ndryshojnë nga një formë apo funksion në një tjetër. Kjo përfshin kthimin në një gjendje më pak të qëndrueshme dhe humbjen e funksionit të tyre normal, gjë që mund të sjellë rezistencë ndaj trajtimit apo ndryshim krejtësisht të llojit të qelizave të tyre, proces që e lehtëson metastazën.

Përveç ndryshimeve të drejtpërdrejta në ADN-në e një njeriu me kancer, një nga nxitësit kryesorë të përparimit të kancerit është se vendi dhe koha kur aktivizohet ADN-ja. Nëse kjo e fundit bart “fjalët” që shprehin gjenet individuale, atëherë epigjenetika është “gramatika”e gjenomit, ajo që u tregon atyre gjeneve nëse duhet të aktivizohen apo jo në një ind të caktuar.

Ndonëse të gjitha indet në trup kanë thuajse të njëjtën sekuencë të ADN-së, ato të gjitha mund të kryejnë funksione të ndryshme për shkak të modifikimeve kimike dhe strukturore që ndryshojnë se cilat gjene aktivizohen dhe si e bëjnë këtë. Ky “epigjenom” mund të ndikohet nga ekspozimet mjedisore si dieta ushqimore, duke i shtuar një dimension të rimënyrës se si studiuesit kuptojnë vektorët e shëndetit të një pacienti përtej kodit të ADN-së së trashëguar nga prindërit.

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 qëndrueshmërinë e kancerit duke e kombinuar epigjenetikën me matematikën.

Ne mendojmë se koncepti i stokasticitetit mund të hedhë dritë mbi arsyen pse kanceret pësojnë 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.

Duke identifikuar se si entropia epigjenetike shkakton kancerin, shkencëtarët mund të jenë në gjendje të zbulojnë më mirë kancerin në fazat e tij të hershme, dhe të krijojnë ilaçe që ereduktojnë entropinë dhe kësisoj e zvogëlojnë rrezikun e përhapjes së tumoreve dhe rezistencës ndaj trajtimit. / “The Conversation”