Афина Актипис - Клетка-предатель. Откуда взялся рак и почему его так трудно вылечить

Принятие точного решения требует увеличения вычислительной мощности. Система объединяет информацию в одном контуре из проводов, нейронов или генов в сети, где критерии могут быть должным образом взвешены, суммированы и проанализированы. В генных сетях наших клеток, которые обнаруживают и ликвидируют недобросовестных соседей, объединяются различные условия, чтобы более точно различать нормальные клетки в необычных условиях и потенциальные раковые клетки.

Давайте рассмотрим пример, в котором использование нескольких фрагментов данных позволяет гену подавления рака принять более точное решение, чем по одной-единственной части информации. Если у гена, участвующего в подавлении рака, имелся бы доступ только к сведениям о скорости деления клеток и пороговое значение было бы установлено достаточно низким, чтобы не упустить ни одной потенциально раковой клетки, то каждый раз, когда клетки начинали быстро делиться, участвуя в процессе заживления раны, он бы бил тревогу. При увеличении порога срабатывания подобных ложных реакций удалось бы избежать, однако были бы пропущены быстро делящиеся клетки, которые действительно представляют угрозу для организма. Генной сети, которая использует всего один критерий, приходится делать выбор между ложными срабатываниями и пропусками.

Теперь рассмотрим сеть, которая решает, представляет ли клетка угрозу развития рака, уже по двум критериям: скорости пролиферации клетки и уровню факторов роста, выделяемых соседними клетками. Если клетка быстро делится, а уровень факторов роста в окружающей ее среде низок, то эти два фрагмента данных вместе являются весьма надежным индикатором того, что эта клетка несет в себе риск развития рака. Если клетка быстро делится, однако делает это в ответ на присутствие в своем окружении факторов роста, можно с большой вероятностью утверждать, что ее активная пролиферация несет какую-то полезную для организма функцию, например заживление раны или рост в процессе развития. Анализируя скорость пролиферации и уровень факторов роста по соседству, генетический контур может сделать более точную оценку риска, который клетка представляет для организма, нацелившись строго на те, которые могут стать раковыми.

Использование двух критериев позволяет генным сетям подавления рака принимать более взвешенные решения, а если критериев будет больше, то точность станет еще выше — при условии рационального анализа этих фрагментов данных с целью отличия недобросовестных клеток от нормальных. Например, если генная сеть подавления рака будет использовать не только информацию о скорости пролиферации и уровне факторов роста, но и такие дополнительные критерии, как степень повреждения ДНК, скорость обмена веществ в клетке и наличие причин выживания, то точность различия между нормальной клеткой в необычных условиях и раковой клеткой с недобросовестным поведением, увеличится.

Возможно, именно повышенная точность, которую дает совместный анализ нескольких источников информации, и объясняет сложность генетических сетей вокруг генов-супрессоров опухоли, таких как ген TP53, и их связь с генетическими сетями, управляющими клеткой. Эти взаимосвязи позволяют генам-супрессорам следить за всей системой и анализировать информацию по всем аспектам функционирования клетки и ее физиологии. Для увеличения точности принимаемых решений информацию приходится собирать воедино в центральном узле (например, гене TP53) для ее совместного анализа. Если бы данные обрабатывались в отдельных контурах, у клетки были бы установлены отдельные, никак не связанные между собой пороговые значения для скорости пролиферации, поврежденных белков и других критериев определения степени угрозы клетки организму, при превышении которых срабатывал бы «сигнал тревоги». Это бы приносило определенную пользу, однако система обнаружения и подавления рака будет куда более точной при одновременном анализе нескольких факторов, когда, скажем, тревога срабатывает лишь при условии чрезмерно быстрой пролиферации клетки и производства ею поврежденных белков.

Чем сложнее организм, тем больше решений приходится принимать системам регуляции, таким как генная сеть TP53, для его нормальной жизнедеятельности. Чем сложнее структуры регулирования, тем проще найти лазейки и способы обхода установленных правил (наглядным примером тому является налоговый кодекс). Чем больше установлено правил поведения и взаимодействия клеток, тем сложнее должна быть система обнаружения недобросовестных клеток для их максимально точной идентификации. Таким образом, естественный отбор вынуждает многоклеточные организмы максимально эффективно использовать вычислительную мощность генетических сетей для поиска и ликвидации потенциальных раковых клеток, потому что они в ходе своей эволюции постоянно находят новые лазейки в системах подавления рака нашего организма.

И мы снова возвращаемся к загадке гена TP53: почему наша структура обработки данных для обнаружения недобросовестных клеток настолько централизована? Дело в том, что в распределенной системе недобросовестным клеткам было бы намного проще оставаться незамеченными, так как «компрометирующие» их фрагменты информации могли бы оказаться разбросаны по нескольким сетям. В централизованной системе это невозможно, поскольку вся информация проходит через один и тот же узел — в нашем случае ген TP53, — что помогает отличить безобидную ошибку от явного признака того, что клетка перерождается в раковую. А за счет того, что это решение принимается на основе сразу нескольких критериев, централизованным системам подавления рака не приходится выбирать между ложными срабатываниями и пропусками.

Столь сложный анализ данных в генных сетях говорит о том, что нам следует пересмотреть некоторые фундаментальные предположения об устройстве клеток. Клетки — это не тривиальные машины ввода-вывода, а сложные устройства обработки информации, которые собирают множество разных сигналов, по результату анализа которых принимают решение о том, что делать дальше: делиться, чинить ДНК, самоуничтожаться или делать что-то совершенно другое. Эти клетки также умудряются слаженно работать вместе, делясь информацией с соседями и иммунной системой, — и все ради того, чтобы держать в узде потенциальные раковые клетки.

НАШ ОРГАНИЗМ СТРОИТСЯ НЕ ТОЛЬКО НА СОТРУДНИЧЕСТВЕ, НО И НА РАЗВЕДКЕ. КАЖДУЮ МИЛЛИСЕКУНДУ КЛЕТКИ ОБРАБАТЫВАЮТ ДАННЫЕ И РЕАГИРУЮТ НА НИХ, ПОДДЕРЖИВАЯ НАШУ ЖИЗНЕДЕЯТЕЛЬНОСТЬ И ОБЕРЕГАЯ ОТ РАКА.

Наш организм и составляющие его клетки умнее, чем мы могли бы себе представить — они используют целую разведывательную сеть (о существовании которой мы даже не догадываемся) для обнаружения и ликвидации недобросовестных клеток. Эта система начинает работать с момента нашего зачатия и не останавливается на протяжении всей жизни. Без постоянного отслеживания недобросовестных клеток и принятия необходимых мер в случае их обнаружения мы не могли бы нормально развиваться, не говоря уже о том, чтобы дожить до репродуктивного возраста. Многоклеточным организмам необходимы системы обнаружения недобросовестного поведения клеток, чтобы не стать тупиковой ветвью эволюции. Без них наше существование было бы попросту невозможно.