Обнаружено, что способ роста раковых опухолей влияет на их генетику

Исследователи из Института Фрэнсиса Крика, UCL, The Royal Marsden NHS Foundation Trust и Института исследования рака в Лондоне разработали компьютерную модель для анализа того, как способ роста опухолей влияет на их генетический состав. Используя эту новую модель, они выявили связь между ростом и формой опухоли, а также тем, как быстро может прогрессировать рак у пациента.

Когда раковые клетки мутируют, некоторые из них получают преимущество за счет мутаций, которые повышают вероятность их выживания, деления и создания группы "более приспособленных" клеток. Эта группа может конкурировать с другими и стать доминирующей, например, если они эволюционировали, чтобы выжить в условиях недостатка питательных веществ или кислорода.

Этот процесс эволюции опухоли очень сложен и зависит от многих факторов, в том числе от того, как растет опухоль. Однако он не до конца изучен.

В своем исследовании, опубликованном в журнале Nature Ecology and Evolution, ученые использовали компьютерную модель для изучения двух типов роста опухоли в раке почки: когда рост идет по всей опухоли - "модель объемного роста" и когда рост ограничен поверхностью - "модель поверхностного роста".

В модели объемного роста имели место два сценария. В одних случаях в опухоли на ранней стадии возникала одна "подходящая" группа генетически родственных раковых клеток. В других случаях в опухоли не появлялась новая "подходящая" группа, а исходная группа родительских раковых клеток оставалась доминирующей.

В модели поверхностного роста наблюдалось обширное генетическое разнообразие с формированием на поверхности различных групп "подходящих" клеток. Команда предполагает, что это создает конкурентную среду, в которой различные группы клеток вынуждены развиваться быстрее.

Сяо Фу, первый автор и постдокторский научный сотрудник лаборатории биомолекулярного моделирования в Крик, сказал, что они "взяли две разные модели роста и выявили разительные различия в том, как опухоли развиваются во времени и в пространстве. Это трудно сделать с реальной тканью, так как для этого необходимо неоднократно брать несколько биопсий из различных частей опухоли". Эти результаты - только начало того, что мы надеемся обнаружить с помощью этой модели".

Исследователи проверили свою модель, используя данные 66 опухолей, проанализированных в ходе исследования TRACERx Renal. Сопоставив модель и данные по опухолям, они обнаружили, что различные темпы прогрессирования опухолей в реальном мире соответствуют различным моделям роста. 

Например, опухоли, которые быстро прогрессировали, соответствовали модели объемного роста, в которой одна "подходящая" группа клеток присутствовала с самого начала. В то время как случаи, которые не прогрессировали, соответствовали модели объемного роста, где родительская группа клеток оставалась доминирующей.

Модель также позволила понять, как различные типы роста влияют на форму опухолей. Опухоли объемного роста росли наружу в более последовательной форме, а опухоли поверхностного роста демонстрировали выпуклости на поверхности, где росли "более приспособленные" группы.

Исследователи также использовали свою модель для анализа влияния некроза - гибели тканей внутри опухоли - на ее эволюцию. Когда некроз присутствовал в модели поверхностного роста, опухоли быстро развивали более "приспособленные" группы генетически различных клеток.

Самра Турайлич, автор и руководитель группы в Лаборатории динамики рака Крика и консультант-онколог в The Royal Marsden NHS Foundation Trust, сказал, что "наиболее важные наблюдения, касающиеся поведения рака, получены при анализе опухолей пациентов, поскольку они отражают временные масштабы и сложность фактической эволюции рака. Однако каждый случай эволюции рака у пациента уникален, его нельзя перемотать назад и повторить, поэтому трудно предсказать, насколько вероятно, что опухоли пойдут по определенным путям.