Sejtosztódás közben hibák keletkezhetnek, a lemásolt sejt pedig nem egészen olyan lesz, mint az eredeti. Ez hívják mutációnak . Ha egy sejt elég sok mutációt halmoz fel a növekedését és a genom hűséges másolását szabályozó génekben, akkor elveszíti stabilitását, és a normálisnál gyorsabban kezd osztódni. Ez pedig rákhoz vezet. A gének némelyike ráadásul úgy mutálódhat, hogy azzal felgyorsítja a mutációk kialakulásának sebességét. Ezt a jelenség genetikai instabilitásként ismerik.
A tudósok sokáig úgy vélték, hogy a rák kialakulásához kettős mutációra van szükség, mert mindegyik génnek két példánya van: az egyik anyai, a másik apai örökségként. Ezért a daganatelnyomók károsodása vagy a rákot közvetlenül okozó onkogének mutációja nem valószínű. A rákhoz ugyanis a gén mindkét példányának sérülnie kellene. Ez az elképzelés azonban nincs összhangban a rákos megbetegedések magas arányával.
A feltáratlan korai fázis
Miguel C. Coelho portugál biokémikus, aki jelenleg a Harvard Egyetemen tervez kísérleti evolúciós modelleket a rák és az öregedés kialakulásáról, a Scientific American tudományos folyóiratban közzétett cikkében azt írja, hogy kollégáival felfedezték: a rák sokkal könnyebben kialakulhat, mint korábban gondolták. Erre az emberi sejttenyészetekkel és élesztősejteken végzett kísérleteik során jöttek rá, amikor sikerült kimutatniuk, hogy csupán egyetlen mutált gén is elegendő a rák felgyorsításához. Kísérleteik a rák kialakulásának korai eseményét utánozzák - a genetikai instabilitás létrejöttét -, amelyet a mutációk gyorsabb felhalmozódása jellemez, és olyan genomikus változások, amelyek önmagukban károsíthatják a rák kialakulását akadályozó tumorszupresszor géneket vagy aktiválhatják a rákot kiváltó onkogéneket.
Eddig nehéz volt felismerni, hogy mikor és hol keletkezik genetikai instabilitás. Főleg, mert a tumorminták a rák fejlődésének késői szakaszát képviselik, és így számos különböző mutációt hordoznak. Ezért Andrew Murray , a Harvard molekuláris biológia professzora felvetette, hogy mi van, ha hagyják, hogy a sejtek válogassanak, miként alakulnak át stabil állapotukból ráksejtekké?
A rák kialakulásának két fontos aspektusát, a rákelnyomók inaktivitását és a gyógyszerrezisztencia kialakulását szimulálva hagyták, hogy a sejtek maguk alakítsák ki a gyorsított mutációs arányokat. A kutatókat meglepte, hogy a várakozásaikban szereplő kettő helyett egyetlen heterozigóta mutáció (egy gén egyik példányának egyik mutációja) volt a leggyakoribb út az instabilitás kialakításához. Ez azt jelenti, hogy a rák egyetlen mutációval kezdődhet.
Ellentmondanak a régi elméletnek
Ez ellentmond annak az elképzelésnek, amely kimondja, hogy két inaktiváló mutáció szükséges a rák kialakulásához. (Ha az apai és anyai kromoszómákon az adott génnek két eltérő változata szerepel, akkor az adott sejt vagy egyed a gén által meghatározott tulajdonságra nézve heterozigóta.) Mivel egy heterozigóta mutáció egyetlen génben elegendő a genetikai instabilitás kiváltásához, és feltételezik, hogy az emberi sejtekben 300 ilyen gén van, nagyon valószínű, hogy a sejtek gyorsabban képesek mutálódni, mint a tudósok eddig gondolták. Ennek eredményeképpen a daganatcsökkentők és az onkogének, valamint az áttétet vagy a gyógyszerrezisztenciát elősegítő gének mutációjának esélye sokkal nagyobb az eddig elképzeltnél, ami a rák erőteljesebb és gyorsuló kifejlődéséhez vezet.
Összesen 57 humán instabilitási gént találtak, amelyek közül 47 korábban nem volt érintett a rák kialakulásában, de további tanulmányozást kíván. E gének közül soknak nem ismert a közvetlen funkciója a genom fenntartásában, ami azt mutatja, hogy más sejtutak, például az anyagcseréé és a fehérje-minőségellenőrzésé is lehetőséget adhat az instabilitás kialakulására.
Coelho úgy gondolja, hogy a különböző típusú rákoknak a különböző fejlődési stádiumokban eltérő instabilitási típusokra (és génekre) van szükségük. Mivel nem minden szövet ugyanazokat a géneket fejezi ki, feltételezi, hogy a rák helyileg különbözőképpen alakul ki, és később az áttéteket is másképpen képezi, ahogy a kezeléssel szembeni ellenállása is másfajta mutációkon keresztül történik. Arra is választ keresnek, hogy a genetikai instabilitás vajon kiváltója-e az öregedésnek , vagy az öregedés miatt nem képesek a sejtek a hibátlan reprodukcióra. Hosszú távon annak megismerése, hogy mi kontrollálja a sejtfejlődés sebességét, olyan célzott terápiákhoz vezethet, amelyek késleltetik a genetikai instabilitást bizonyos ráktípusokban és meghosszabbítják az emberi egészséget.
