Раковые клетки демонстрируют мутаторный фенотип, характеризующийся дефектными механизмами репарации ДНК, которые приводят к более высокой, чем обычно, частоте мутаций. Их толерантность к мутациям даже в генах критического клеточного цикла дает им преимущества в выживаемости по сравнению с нормальными клетками.

Например, нормальные клетки перестают делиться, как только они контактируют с другой клеткой, что является явлением, известным как контактное торможение. Тем не менее, некоторые клетки могут мутировать, чтобы преодолеть ингибирование контакта и накапливаться друг на друге, образуя опухолевую массу.

Тем не менее, эти опухолевые клетки не могут продолжать размножаться вечно. В какой-то момент они могут подвергнуться репликативному старению клеток, явлению, при котором клетки перестают делиться после определенного количества делений клеток.

Таким образом, некоторые опухолевые клетки мутируют дальше, чтобы преодолеть это препятствие и стать раковыми. Во-первых, они увеличивают скорость деления клеток, чтобы компенсировать потерю клеток из-за клеточного старения. Во-вторых, они могут уклоняться от апоптоза, что приводит к длительной выживаемости старых и поврежденных клеток.

Опухоль растет, клетки внутри большой опухоли получают меньше кислорода – явление, называемое гипоксией. Это ограничивает способность клеток к росту и может спровоцировать некроз клеток внутри опухоли.

Раковые клетки преодолевают эту проблему с помощью двух полезных мутаций. Во-первых, они способствуют ангиогенезу – процессу образования новых кровеносных сосудов вокруг растущей опухоли, которые могут поставлять больше кислорода и питательных веществ в клетки.

Второй – это метаболический переход от окислительного к гликолитическому метаболизму.

В нормальных клетках глюкоза метаболизируется в пируват путем гликолиза. В аэробных условиях пируват метаболизируется путем окислительного фосфорилирования с образованием большого, но более медленного выхода АТФ. В анаэробных условиях, например, во время интенсивной мышечной активности, клетки метаболизируют пируват в лактат путем анаэробного гликолиза с низким, но быстрым выходом АТФ.

Чтобы обеспечить быстрый рост, раковые клетки поглощают в 100 раз больше глюкозы, чем нормальные клетки, которая превращается в пируват с помощью гликолиза. Затем пируват быстро метаболизируется в лактат путем анаэробного гликолиза независимо от наличия кислорода. Это явление называется эффектом Варбурга.

Несмотря на то, что анаэробный гликолиз менее эффективен, чем окислительное фосфорилирование, он обеспечивает быстрые всплески АТФ для пролиферации рака.