Каждый фенотип рака начинается с одного события мутации в одной из клеток-предков. Во время последующих циклов деления клеток дочерние клетки развивают дополнительные мутации, чтобы получить онкогенность.

Существует более 570 генов, которые часто мутируют при раке, и большинство из них являются соматическими мутациями. Это означает, что такие мутации не наследуются, а развиваются в соматических клетках организма в течение жизни организма.

Однако одной мутации недостаточно, чтобы превратить здоровую клетку в раковую. По крайней мере, пять-шесть независимых и редких генетических изменений в последовательности в течение определенного периода времени могут привести к злокачественному новообразованию. Этот многоступенчатый процесс развития рака объясняется теорией множественных попаданий.

Рассмотрим группу здоровых соматических клеток. В редких случаях одна из клеток может приобрести случайную мутацию в одном из своих генов-регуляторов клеточного цикла - гене X, что позволяет ей делиться немного быстрее, чем соседние клетки.

Предположим, что мутация не была восстановлена ферментами репарации ДНК. В этом случае потомки этой клетки будут нести тот же мутировавший ген X. Со временем одна из этих клональных клеток может приобрести еще одну случайную мутацию в другом гене, Y.

Эта новая мутация может позволить дочерним клеткам накапливать случайные мутации со скоростью, превышающей скорость их здоровых соседей и других клональных клеток.

Впоследствии, третья мутация в гене Z, еще одном критическом для рака гене, может позволить клеткам избежать терминальной дифференцировки и апоптоза. Такие мутантные типы клеток продолжают расти, образуя массу аномальных клеток.

Кроме того, случайная мутация в генах метаболических путей может позволить клеткам увеличить метаболизм, чтобы стимулировать быстрый рост и образование опухолей.

Например, мутации в критически важных для рака генах, таких как APC, c-Myc, K-Ras и p53, часто наблюдаются у пациентов с карциномой толстой кишки.