9강 / 20강

두 개의 골짜기 — 왜 암세포는 스스로 돌아오지 않나

쌍안정과 되돌아갈 수 없는 문턱

지난 강에서 본 양성 되먹임 고리 — DDX54 → MDM2 ⊣ p53 ⊣ DDX54 — 가 하는 일이 이번 강의 주제입니다.

이 고리는 서로 밀어내는 두 세력을 만듭니다. DDX54 가 이기면 p53 이 눌리고, p53 이 눌리면 DDX54 가 더 강해집니다. 반대도 마찬가지고요. 그래서 중간이 없습니다 — 둘 중 하나가 완승합니다.

이것을 쌍안정(bistability) 이라고 합니다. 세포가 '정상' 과 '암' 이라는 두 골짜기를 갖게 되는 이유예요.

그리고 여기서 암 치료의 핵심 사실이 나옵니다 — 암 어트랙터는 스스로 벗어날 수 없습니다. 고정점이라는 말 자체가 그런 뜻이니까요. 밖에서 밀어야 합니다.

고등학생두 개의 골짜기

양성 되먹임이 있으면 두 개의 안정 상태 가 생긴다. 이것을 쌍안정 이라 한다.

상태	내용
골짜기 A	정상 — 안정
언덕	불안정 — 오래 못 머묾
골짜기 B	암 — 안정

중간이 불안정하다

공이 언덕 위에 있으면 어느 쪽으로든 굴러간다. 중간에 머물 수 없다.

중간 상태가 불안정하면 결과가 둘 중 하나로 떨어진다 — 스위치처럼

어트랙터가 둘 뿐입니다 — 정상 진동 하나, 암 고정점 하나.

Python 브라우저에서 실행

import bn

net = bn.twin()
land = net.landscape()
land.summary()

세 자리가 운명을 정합니다. 나머지 다섯 자리는 무엇이든 상관없어요.

Python 브라우저에서 실행

import bn

net = bn.twin()
land = net.landscape()

# 암 베이슨에 들어가는 상태들의 공통점 찾기
cancer = land.states_with("암")
print(f"암으로 흘러드는 초기 상태 {len(cancer)}개 / {land.total}개\n")

print(f"각 유전자가 그 {len(cancer)}개 상태에서 몇 번이나 1 이었나")
print("-" * 46)
for i, g in enumerate(net.genes):
    on = sum(s[i] for s in cancer)
    tag = "  ← 전부 같다! 운명을 정하는 자리" if on in (0, len(cancer)) else ""
    print(f"  {g:<15} {on:>2}/{len(cancer)}{tag}")

고등학생왜 스스로 돌아오지 않나

공이 골짜기 B(암)에 빠졌다. 저절로 A 로 돌아갈까?

안 돌아간다

돌아가려면 언덕을 넘어야 한다. 그런데 골짜기 안에서는 모든 방향이 오르막 이다.

필요한 것	내용
외부의 힘	치료 · 섭동
큰 요동	확률적 도약 — 드묾
지형 자체를 바꿈	가장 효과적

안정한 것은 저절로 변하지 않는다 — 그것이 안정하다는 뜻이다

골짜기를 넘게 하는 자리가 어디인지가 이미 여기서 드러납니다. 나머지 강은 이것을 체계적으로 찾는 방법입니다.

Python 브라우저에서 실행

import bn

net = bn.twin()
cancer = net.state(DDX54=1, MDM2=1, CD47=1, PDL1=1, Proliferation=1)

# 암세포를 '한 번만' 흔들어 본다 — 한 유전자씩 뒤집어서 놓아준다
print("암 고정점에서 유전자 하나를 뒤집고 놓아주면?")
print("-" * 56)
for i, g in enumerate(net.genes):
    poked = list(cancer)
    poked[i] = 1 - poked[i]
    fate = net.label(net.attractor(tuple(poked)))
    mark = "  ← 벗어났다!" if fate != "암" else ""
    print(f"  {g:<15} {cancer[i]} -> {poked[i]}   최종: {fate}{mark}")

print()
print("여덟 자리 중 셋(DDX54 · p53 · MDM2)은 한 번 뒤집는 것만으로 골짜기를 넘습니다.")
print("나머지 다섯은 규칙이 곧 원래 값을 복원해 버립니다.")
print()
print("문제는, 실제 세포에서 '한 번만 뒤집고 손 떼기' 가 몹시 어렵다는 것입니다.")
print("그래서 실제 치료는 값을 계속 붙들어 두는 쪽을 씁니다 — 11강의 주제입니다.")

🎮 골짜기 실험대

두 골짜기의 크기와, 그 사이를 넘는 데 필요한 힘을 보여 줍니다.

고등학생지형을 바꾼다는 것

세 번째 방법이 유전자 섭동 이다(11강).

방법	내용
공을 밀기	상태를 바꿈 — 일시적
지형을 바꾸기	규칙을 바꿈 — 지속적

유전자를 끄면 규칙이 바뀐다

어떤 유전자를 영구히 0 으로 고정하면 그 유전자가 관여하는 모든 규칙이 바뀐다.

그러면 지형 자체가 달라지고 암 골짜기가 사라질 수도 있다.

일시적 개입은 공을 밀고 지속적 개입은 지형을 바꾼다

고등학생히스테리시스

쌍안정 시스템의 특징적 성질이다.

가는 길과 오는 길이 다르다

과정	필요한 자극
정상 → 암	문턱 T1
암 → 정상	문턱 T2 (더 큼)

임상적 함의

암이 생기게 한 자극을 제거하는 것만으로는 암이 사라지지 않는다.

담배를 끊어도 이미 생긴 암이 사라지지 않는 것과 같다.

그리고 치료가 어려운 이유

되돌리려면 더 큰 힘 이 필요하다. "원인을 없애면 결과가 없어진다" 가 성립하지 않는다.

되돌리는 데 드는 힘이 만드는 데 든 힘보다 크다 — 히스테리시스

🤔 확인 문제

암 어트랙터가 고정점이라는 사실의 치료적 함의는?

🤔 확인 문제

암 고정점에서 CD47 을 한 번 뒤집고 놓아주었더니 다시 암으로 돌아온 이유는?

해설 CD47* = DDX54 and not p53 인데 DDX54 는 그대로 켜져 있습니다. 일시적 섭동은 초기 상태만 바꾸고, 규칙은 그대로이므로 곧 원래대로 돌아옵니다. 다만 DDX54 · p53 · MDM2 는 예외였다는 점에 주목하세요 — 그 셋은 고리 위에 있습니다.

🤔 확인 문제

쌍안정을 만드는 것은?