Некоторые изменения клетки выглядят как биологическая точка невозврата. Даже когда первоначальный сигнал исчезает, клетка продолжает жить по новым правилам и не возвращается в прежнее состояние. Исследователи из Корейского института передовых технологий KAIST разработали вычислительный метод ROOT, который находит молекулярные цепи, отвечающие за такую необратимость, и подсказывает, как теоретически вернуть клетку назад.
Работа опубликована 13 августа 2026 года в Proceedings of the National Academy of Sciences. Авторы изучали не конкретное лекарство и не готовый способ лечения рака, а фундаментальный механизм, который заставляет клеточные системы «запоминать» произошедшее изменение.
Клетка постоянно меняет активность генов и сигнальных белков в ответ на внешние воздействия. Иногда после исчезновения сигнала система возвращается в исходное состояние. В других случаях переход становится необратимым. Такой механизм нужен организму, например при дифференцировке, когда незрелая клетка приобретает определённую специализацию. Но похожие процессы могут работать и при заболеваниях. Один из примеров связан с эпителиально-мезенхимальным переходом, который помогает опухолевым клеткам становиться подвижнее и проникать в окружающие ткани.
За устойчивостью нового состояния стоят сети генов, белков и других молекул, связанных петлями положительной обратной связи. Одна молекула активирует другую, запускается цепочка реакций, а в конце сигнал снова усиливает исходное звено. Даже кратковременный внешний импульс способен запустить самоподдерживающийся процесс, который продолжится после исчезновения первоначальной причины.
Проблема заключается в масштабе таких сетей. В одной модели могут существовать сотни или даже тысячи связанных петель обратной связи, поэтому определить несколько цепей, действительно удерживающих клетку в новом состоянии, крайне сложно.
Для поиска таких цепей команда профессора Кван Хёна Чо создала ROOT, название расшифровывается как Revelation Of the Original circuit of irreversible Transition. Метод преобразует известные взаимодействия между молекулами в логическую вычислительную модель и ищет минимальный набор цепей, без которых необратимый переход перестаёт поддерживаться. Исследователи назвали такой набор «ядром необратимости».
После поиска ядра ROOT предлагает два принципиально разных способа управления системой. Первый возвращает клеточную модель в состояние до перехода, но сохраняет сам механизм, способный снова сделать изменение необратимым. Второй вмешивается непосредственно в ядро и убирает способность сети фиксироваться в одном состоянии.
Разницу авторы сравнивают с дверным замком. В первом случае дверь отпирают и возвращают в исходное положение, но замок остаётся установленным и может снова закрыться. Во втором меняют сам механизм замка, после чего дверь перестаёт автоматически фиксироваться.
Исследователи проверили ROOT на нескольких известных моделях клеточной биологии, включая дифференцировку B-клеток, эпителиально-мезенхимальный переход при раке лёгкого, развитие энтероцитов и бета-клеток. Часть моделей построили на данных секвенирования РНК отдельных клеток. Найденные ROOT регуляторные цепи совпали с известными из предыдущих исследований механизмами, которые влияют на судьбу клеток.
В одном из примеров ROOT выделил SMAD3 как важный регулятор необратимой дифференцировки клеток кишечного эпителия. Модель показала, что подавление SMAD3 способно вернуть систему к состоянию до дифференцировки. В другой модели исследователи обнаружили комбинацию цепей с участием AKT, p53, FOXO3 и Meis1, которая поддерживала необратимый переход клеточного состояния.
Результаты пока не означают, что учёные научились превращать раковые или стареющие клетки человека обратно в здоровые. ROOT прежде всего вычислительный инструмент. Исследователи анализировали модели биологических сетей и сопоставляли прогнозы с уже известными экспериментальными данными. Любую найденную мишень ещё предстоит отдельно проверять в живых клетках, тканях и организмах.
Однако подход меняет сам принцип поиска таких мишеней. Вместо перебора огромного числа генов и белков ROOT пытается найти небольшую группу взаимодействий, которая непосредственно удерживает клетку в патологическом состоянии. Если дальнейшие эксперименты подтвердят такие прогнозы, в перспективе появится возможность не только уничтожать изменённые клетки, но и пытаться перепрограммировать некоторые из них, возвращая к более нормальному состоянию.