Kredit: Domain Publik Unsplash/CC0
Kanker sering dilihat sebagai penyakit yang muncul dari mutasi genetik yang menyebabkan sel membelah tak terkendali dan menyerang bagian tubuh lainnya. Tetapi penyebaran sel jauh dari asalnya sebenarnya merupakan proses normal dalam beberapa kasus. Embrio menggali ke dalam rahim selama awal kehamilan. Sel kekebalan menyebar dari kelenjar getah bening ke tempat infeksi untuk menyerang bakteri yang menyerang. Dan sel kuman bermigrasi ke tempat gonad akan berada selama perkembangan awal manusia.
Kanker bukanlah penyakit yang seragam. Sebaliknya, kanker adalah penyakit plastisitas fenotipik, artinya sel tumor dapat berubah dari satu bentuk atau fungsi ke bentuk lainnya. Ini termasuk kembali ke keadaan kurang matang dan kehilangan fungsi normalnya, yang dapat mengakibatkan resistensi pengobatan, atau mengubah jenis selnya sama sekali, yang memfasilitasi metastasis.
Selain perubahan langsung pada DNA Anda pada kanker, pendorong utama perkembangan kanker adalah di mana dan kapan DNA Anda diaktifkan. Jika DNA Anda berisi “kata-kata” yang menguraikan gen individu, maka epigenetik adalah “tata bahasa” genom Anda, memberi tahu gen tersebut apakah harus dihidupkan atau dimatikan dalam jaringan tertentu. Meskipun semua jaringan dalam tubuh memiliki urutan DNA yang hampir persis sama, mereka semua dapat melakukan fungsi yang berbeda karena modifikasi kimiawi dan struktural yang mengubah gen mana yang diaktifkan dan bagaimana caranya. “Epigenom” ini dapat dipengaruhi oleh paparan lingkungan seperti pola makan, menambah dimensi bagaimana peneliti memahami pendorong kesehatan di luar kode DNA yang diwariskan dari orang tua Anda.
Saya seorang peneliti kanker, dan laboratorium saya di Universitas Johns Hopkins mempelajari bagaimana perbedaan antara jaringan normal dikendalikan oleh kode epigenetik, dan bagaimana kode ini terganggu pada kanker. Dalam ulasan kami yang baru-baru ini diterbitkan, rekan Andre Levchenko di Universitas Yale dan saya menjelaskan pendekatan baru untuk memahami plastisitas kanker dengan menggabungkan epigenetik dengan matematika. Secara khusus, kami mengusulkan bagaimana konsep stochasticity dapat menjelaskan mengapa kanker bermetastasis dan menjadi kebal terhadap pengobatan.
Apa itu stokastik?
Stochasticity adalah konsep matematika yang mengacu pada gagasan bahwa keacakan langkah-langkah dalam suatu proses mempengaruhi prediktabilitas hasilnya. Albert Einstein terkenal mempelajari konsep ini yang diterapkan pada pergerakan partikel yang tersuspensi dalam cairan atau gas. Peneliti dapat menerapkan stokastik untuk mempelajari penyebaran, resistensi, dan evolusi COVID-19, perilaku pasar saham, dan hampir semua permainan di dalam kasino.
Cara utama untuk mengukur stochasticity dari suatu proses adalah entropi, yang mengkuantifikasi tingkat ketidakpastian dalam suatu hasil. Misalnya, lemparan koin yang adil memiliki entropi satu, atau informasi rendah, karena tidak ada cara untuk memprediksi apakah lemparan koin akan menjadi kepala atau ekor. Tetapi lemparan koin berbobot memiliki entropi nol, atau informasi tinggi, karena hasilnya sudah diketahui dan tidak ada informasi baru yang diperoleh dengan melempar koin.
Peneliti dapat menggunakan entropi untuk mengukur jumlah gangguan informasi dalam telekomunikasi. Entropi juga dapat membantu pemain mengalahkan permainan Wordle. Kata dengan entropi tertinggi dan informasi baru terbesar yang diharapkan setelah setiap tebakan akan menjadi taruhan terbaik Anda.
Epigenetik adalah mengapa anak kembar yang berbagi genom yang sama persis dapat berkembang dengan cara yang sangat berbeda.
Epigenetik mengikat stochasticity dan kanker bersama-sama
Memasukkan stokastik dan entropi ke dalam biologi memungkinkan peneliti untuk lebih memahami plastisitas fenotipik pada kanker. Ini bahkan dapat mengonseptualisasikan kembali pembangunan dengan memasukkan reversibilitas, atau bergerak melawan “panah waktu”. Ini berangkat dari perspektif yang lebih klasik dari perkembangan embrionik yang memandang jaringan menjadi berdiferensiasi secara progresif dan ireversibel menjadi keadaan akhir mereka saat mereka berkembang.
Ahli biologi eksperimental dan komputasi menggunakan entropi untuk memahami keacakan yang mendasari bagaimana sel diatur secara internal, merespons sinyal lingkungan, dan mematangkan serta membentuk jaringan.
Stokastisitas dalam epigenetik sangat penting untuk bagaimana kanker berkembang. Misalnya, suatu kondisi yang disebut kerongkongan Barrett terjadi ketika sel-sel sehat di kerongkongan mengembangkan ciri-ciri yang lebih mirip dengan sel-sel yang melapisi usus biasanya, yang pada akhirnya dapat menyebabkan kanker kerongkongan. Ini disebabkan oleh perubahan acak progresif dalam kode epigenetik, dan pergeseran ini terjadi lebih cepat setelah mencapai ambang tertentu. Sifat stokastik dari perubahan epigenetik ini juga menyebabkan peningkatan entropi dalam fungsi gen tersebut, dan perkembangan menuju kanker.
Dengan mengukur aktivitas gen dan perubahan epigenetik sel individu, ahli biologi dan matematikawan dapat membandingkan entropi dalam sel kanker dengan sel normal yang mengelilinginya. Para ilmuwan sekarang mulai mengidentifikasi daerah genom yang memediasi stochasticity pada kanker. Sebuah studi yang belum ditinjau sejawat menemukan bahwa entropi terkait dengan bagaimana kromosom dipadatkan secara fisik di dalam nukleus, mekanisme epigenetik kunci lain untuk mengendalikan aktivitas gen pada kanker.
Ada hubungan antara entropi dan penuaan juga. Rekan-rekan saya dan saya menemukan bahwa penuaan manusia dikaitkan dengan peningkatan entropi epigenetik pada kulit yang rusak akibat sinar matahari. Bagian genom yang memiliki entropi tinggi mengalami kehilangan informasi epigenetik lebih lanjut pada kulit yang terpapar sinar matahari, yang dapat menyebabkan kanker. Baru-baru ini, para peneliti telah mengidentifikasi kerusakan DNA sebagai penyebab entropi terkait usia ini pada tikus. Jadi, jika entropi epigenetik meningkat pada penuaan dan terkait dengan kerusakan DNA, ini mungkin membantu menjelaskan mengapa risiko kanker meningkat tajam seiring bertambahnya usia.
Dengan mengidentifikasi bagaimana entropi epigenetik memicu kanker, para ilmuwan mungkin dapat mendeteksi kanker dengan lebih baik pada tahap awal, dan merancang obat yang mengurangi entropi sehingga mengurangi risiko penyebaran tumor dan menjadi kebal terhadap pengobatan.
Dan mungkin yang paling penting, entropi epigenetik menunjukkan bahwa Anda tidak dapat sepenuhnya memahami kanker tanpa matematika. Biologi mengejar ketinggalan dengan ilmu-ilmu keras lainnya dalam menggabungkan metode matematika dengan eksperimen biologi.
Disediakan oleh Percakapan
Artikel ini diterbitkan ulang dari The Conversation di bawah lisensi Creative Commons. Baca artikel aslinya.
Kutipan: Bagaimana proses acak dan epigenetik dapat menjelaskan mengapa sel tumor berubah bentuk, bermetastasis, dan menolak perawatan (2023, 10 Februari) diambil 12 Februari 2023 dari https://medicalxpress.com/news/2023-02-random-epigenetics-tumor-cells -perubahan bentuk.html
Dokumen ini tunduk pada hak cipta. Terlepas dari kesepakatan yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.