Несмотря на интенсивные исследования, процесс метастазирования, который позволяет клеткам карциномы покидать исходную опухоль, мигрировать и вырастать опухоли в других органах, по-прежнему является основной причиной смертности онкологических больных. Признано, что приобретение раковых клеток способности к миграции зависит от процесса, называемого переходом от эпителия к мезенхиме (EMT). Во время этого процесса раковые клетки теряют способность прикрепляться к другим клеткам, становятся независимыми клетками и приобретают способность к миграции, тем самым переходя из эпителиального состояния в так называемое мезенхимальное состояние.
Однако этот процесс редко завершается, поскольку многие раковые клетки сохраняют свойства как эпителиальных, так и мезенхимальных клеток. Эти гибридные клетки могут быть наиболее опасными, поскольку они, кажется, выживают при лечении химиотерапевтическими препаратами и вызывают новые опухоли. Было показано, что очень большое количество молекул или сигналов внутри клетки контролирует этот процесс. Кроме того, клетки по соседству с опухолевыми клетками, а также сеть белков, на которой расположены клетки, называемая внеклеточным матриксом, посылают множество сигналов опухолевым клеткам, чтобы вызвать или предотвратить процесс EMT. Тем не менее, еще предстоит выяснить, какие из этих молекулярных сигналов должны быть нацелены, чтобы остановить метастазирование, убить гибридные раковые клетки и предотвратить образование новых опухолей.
Большое количество сигналов, участвующих в метастазировании, в настоящее время далеко за пределами возможностей любого исследователя интегрировать, чтобы предсказать, как клетка будет вести себя. Чтобы обойти эту проблему, исследовательские группы под руководством Клаудин Чауйя и Флоренс Джаноди из Instituto Gulbenkian de Ciências (IGC) и Instituto de Investigação e Inovação em Saúde (i3S) построили виртуальную вычислительную ячейку, в которой множество молекул взаимодействуют друг с другом. Эта виртуальная клетка может стать эпителиальной, мезенхимальной или гибридной раковой клеткой. Он также находится под влиянием многих сигналов, поступающих извне клетки. По словам Клодин Чауйя, «вычислительные модели позволяют нам проводить виртуальные эксперименты, которые дешевле и быстрее, чем эксперименты с живыми клетками, проверять гипотезы и делать прогнозы.”
Прогнозы, данные виртуальной клеткой, были проверены на живых клетках человека и собак. Среди этих прогнозов исследовательские группы Чауи и Дженоди подтвердили, что гибридные раковые клетки, экспрессирующие онкоген Src, становятся мезенхимальными, если они располагаются на более жестком внеклеточном матриксе. Они также обнаружили, что, как предсказывает виртуальная клетка, мезенхимальные раковые клетки, экспрессирующие онкоген Src, становятся гибридными раковыми клетками, когда они содержат молекулу RPTP-каппа, которая соединяет клетки друг с другом.
Флоренс Дженоди объясняет, что «эксперименты по объединению виртуальных и живых клеток позволили нам очень эффективно предложить новые способы предотвращения метастазирования и образования новых опухолей.”
Это исследование демонстрирует, что совместные усилия математиков и биологов создают очень действенный план атаки, чтобы объяснить поведение раковых клеток. Эта работа позволила открыть молекулы и сигналы в клеточной среде, которые заставляют раковые клетки мигрировать и проникать в организм. Эти сигналы могут быть использованы в качестве мишеней для разработки терапевтических стратегий против раковых клеток с таким поведением.