Kritik geçiş, belirli bir zaman noktasında ani bir durum değişikliğinin meydana geldiği bir olgudur; örneğin, suyun 100℃’de buhara dönüşmesi gibi.

Bu kritik geçiş fenomeni, normal hücrelerin genetik ve epigenetik değişikliklerin birikimi nedeniyle belirli bir zaman noktasında kanser hücrelerine dönüşmesi sürecinde de meydana gelir.

Yukarıdaki şekilde : Araştırma sonuçlarının şematik diyagramı gösterilmiştir. Profesör Kwang-Hyun Cho’nun araştırma ekibi, normal hücrelerden kanser hücrelerine dönüşüm anındaki kritik geçiş için genetik ağ modelinin çekici alan analizi kullanarak sistem biyolojisi yaklaşımıyla kolon kanseri hücrelerinin geri dönüşümünü tetikleyebilecek temel moleküler anahtarları sistematik olarak keşfetmek için özgün bir teknoloji geliştirdi ve hücresel deneyler yoluyla gerçek kolon kanserinde geri dönüşüm etkisini doğruladı.Kaynak: KAIST Sistem Biyolojisi ve KAIST Laboratory for Systems Biology and Bio-Inspired Engineering

Araştırma ekibi, tümör oluşumu veya gelişimi sırasında normal hücrelerin, kanser hücrelerine dönüşmeden hemen önce, normal hücreler ve kanser hücrelerinin bir arada bulunduğu kararsız bir kritik geçiş durumuna girebildiğini keşfetti ve bu kritik geçiş durumunu sistem biyolojisi yöntemi kullanarak analiz ederek, kanserleşme sürecini tersine çevirebilecek bir kanser tersine çevirme moleküler anahtar tanımlama teknolojisi geliştirdi.

Daha sonra bunu kolon kanseri hücrelerine uyguladılar ve moleküler hücre deneyleri yoluyla kanser hücrelerinin normal hücrelerin özelliklerini geri kazanabildiğini doğruladılar.

Fotoğraf. (Soldan sağa) Doktora öğrencisi Seoyoon D. Jeong, (altta) Profesör Kwang-Hyun Cho, (üstte) Dr. Dongkwan Shin, Dr. Jeong-Ryeol Gong. Kaynak: KAIST Sistem Biyolojisi ve Biyolojik İlhamlı Mühendislik Laboratuvarı

Kanser Tedavisinin Geriletilmesinde Yenilikçi Hesaplamalı Yaklaşım :

Bu, tek hücreli RNA dizileme verilerinden kanser gelişiminin kritik geçişini kontrol eden genetik ağın bilgisayar modelini otomatik olarak çıkaran ve simülasyon analizi yoluyla kanserin geri dönüşü için moleküler anahtarları sistematik olarak bulan özgün bir teknolojidir.

Bu teknolojinin gelecekte diğer kanser türleri için geri dönüşüm tedavilerinin geliştirilmesinde de uygulanması beklenmektedir.

Yukarıdaki şekilde : Kolorektal kanserin geçiş evresi için dinamik bir ağ modelinin yeniden yapılandırılması gösterilmektedir.Tek hücreli RNA dizileme verilerini ve kanserin kritik geçiş evresindeki genler arası etkileşimlere ilişkin mevcut deneysel sonuçları entegre ederek genler arasındaki dinamik değişiklikleri simüle edebilen bir gen ağı bilgisayar modeli oluşturmak için yeni bir teknoloji geliştirildi (a). Bu teknoloji kullanılarak, kolorektal kanserin kritik geçiş evresi için bir gen ağı bilgisayar modeli oluşturuldu ve normal ve kanser hücresi fenotiplerini temsil eden çekicilerin dağılımı, çekici manzara analizi yoluyla incelendi (b,e). Kaynak: KAIST Sistem Biyolojisi ve Bio-Inspired Engineering.

Profesör Kwang-Hyun Cho, “Normal hücrelerin geri döndürülemez bir şekilde kanserli hale dönüşmesinden hemen önceki kritik geçiş anını yakalayarak kanser hücrelerinin kaderini normal duruma geri çevirebilen moleküler bir anahtar keşfettik” dedi.“Özellikle bu çalışma, kanser gelişim sürecinin ardındaki hücrelerdeki değişiklikleri genetik ağ düzeyinde ayrıntılı olarak ortaya koydu; bu şimdiye kadar bir gizem olarak kabul ediliyordu.” diye devam etti. “Bu, tümör oluşumunun kaderini değiştirebilecek önemli bir ipucunun, değişimin bu çok kritik anında gizli olduğunu ortayakoyan ilk çalışmadır.” diye vurguladı.

Yukarıdaki şekilde : Kolorektal kanserden elde edilen tek hücreli RNA dizileme verileri kullanılarak tümör geçiş durumunun belirlenmesi. Normal ve kanserli dokular için kolorektal kanser hastalarından elde edilen organoidlerden elde edilen tek hücreli RNA dizileme verileri kullanılarak, normal ve kanserli hücrelerin bir arada bulunduğu ve kararsızlığın arttığı kritik bir geçiş belirlendi (a,d). Kritik geçişin, normal ve kanserli hücreler arasındaki durumları gösteren, kanser veya normal dokularla ilgili temel fenotipik özelliklerin ara seviyelerini gösterdiği doğrulandı (e). Kaynak: KAIST Sistem Biyolojisi ve Bio-Inspired Engineering.

Laboratuvar KAIST’ten Dr. Dongkwan Shin (şu anda Ulusal Kanser Merkezi’nde görev yapıyor), Dr. Jeong-Ryeol Gong ve doktora öğrencisi Seoyoon D. Jeong tarafından, kolon kanseri hastalarından alınan organoidleri (in vitro kültürlenmiş dokular) sağlayan Seul Ulusal Üniversitesi’ndeki bir araştırma ekibiyle ortaklaşa yürütülen bu çalışmanın sonuçları, uluslararası Advanced Science dergisinde çevrimiçi bir makale olarak yayınlandı.

Yukarıdaki şekilde : Kanser gerilemesi için en uygun hedef genin belirlenmesi ve deneysel olarak doğrulanması gösterilmiştir.Keşfedilen transkripsiyon faktörü kombinasyonlarının ortak hedef genleri arasında, kanser hücresi proliferasyonunu baskılayacağı ve normal kolon hücrelerinin özelliklerini geri kazandıracağı öngörülen kanser gerileyici moleküler anahtarlar (a,d) belirledik. Kolon kanseri hastalarından elde edilen organoidlere moleküler anahtarların inhibitörleri uygulandığında, kanser hücresi proliferasyonunun baskılandığı ve kanser gelişimine ilişkin temel genlerin ekspresyonunun inhibe edildiği (e,h) ve normal kolon epitelyumuna ilişkin bir grup genin aktive edilerek normal kolon hücrelerine benzer bir duruma dönüştürüldüğü (i,j) doğrulandı. Kaynak: KAIST Sistem Biyolojisi ve Bio-Inspired Engineering Laboratuvarı.