The role of memory in non-genetic inheritance and its impact on cancer treatment resistance
Notice bibliographique
Résumé
Abstract Intra-tumour heterogeneity is a leading cause of treatment failure and disease progression in cancer. While genetic mutations have long been accepted as a primary mechanism of generating this heterogeneity, the role of phenotypic plasticity is becoming increasingly apparent as a driver of intra-tumour heterogeneity. Consequently, understanding the role of plasticity in treatment resistance and failure is a key component of improving cancer therapy. We develop a mathematical model of stochastic phenotype switching that tracks the evolution of drug-sensitive and drug-tolerant subpopulations to clarify the role of phenotype switching on population growth rates and tumour persistence. By including cytotoxic therapy in the model, we show that, depending on the strategy of the drug-tolerant subpopulation, stochastic phenotype switching can lead to either transient or permanent drug resistance. We study the role of phenotypic heterogeneity in a drug-resistant, genetically homogeneous population of non-small cell lung cancer cells to derive a rational treatment schedule that drives population extinction and avoids competitive release of the drug-tolerant sub-population. This model-informed therapeutic schedule results in increased treatment efficacy when compared against periodic therapy, and, most importantly, sustained tumour decay without the development of resistance. Author summary We propose a simple mathematical model to understand the role of phenotypic plasticity and non-genetic inheritance in driving therapy resistance in cancer. We identify the role of non-genetic inheritance on treatment resistance and use a variety of analytical and numerical techniques to understand the impact of phenotypic plasticity on population fitness and dynamics. We further use our model to study the role of phenotypic heterogeneity in therapeutic resistance in a genetically identical non-small cell lung cancer population. Finally, we combine analytical perspectives and techniques from the theory of structured populations, renewal equations and infinite dimensional dynamical systems to derive a model informed therapeutic strategy that both drives tumour eradication while avoiding competitive release of a drug-tolerant subpopulation. These results exemplify the potential of using mathematical techniques to identify therapeutic strategies to guide the evolution of a heterogeneous tumour.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,002 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,001 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,003 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».