"Stebėjimo klaidos" atskleidžia vėžio ląstelių metabolizmo paslaptį

Anonim

Vienas iš vėžio požymių yra ląstelių metabolizmo pasikeitimas, toks gyvybiškai svarbių cheminių reakcijų serija, kad dėl jų pokyčių vėžio ląstelės atrodytų beviltiškai piktybiškos.

Sveika ląstelės paimkite cukraus kiekį kraujyje (gliukozės molekules), kurios išsiskiria išgaunant energiją. Tai vyksta dviem etapais: viena fazė vyksta citoplazmoje ir vėlesnėje fazėje, kuri atsiranda viduje ląstelių skyriuose, pavadintuose mitochondrijomis.

Manoma, kad vėžio ląstelės dažniausiai praleidžia mitochondrinę fazę, kompensuodamos energijos, kurią jos atsisako, sukuriant pirmąją fazę ir greitai išardydamos gliukozę, išsiskiria didelius lakto kiekius - dalinai suskaidytą gliukozės formą, kuri jau seniai laikoma "atliekomis" produktas. "

Kai kurios šios hipotezės dalys turi būti tiesa, nes vėžio ląstelės sugeria daugiau gliukozės nei sveikos ląstelės; šis gliukozės kiekio padidėjimas yra pakankamai didelis, kad būtų pagrindas vizualizavimo technikai, naudojamai vėžio diagnozavimui klinikoje.

Kita vertus, sunku suprasti, kaip ląstelės gali išmesti didžiąją dalį energijos ir medžiagos, kurią galima pagaminti iš gliukozės, pavyzdžiui, karališkų maisto produktų testeriai, vartojantys tik vieną kiekvieno "lėkšto" įkandą.

"Ilgą laiką, atrodo, paradoksalu, kad vėžio ląstelės gali būti tokios raukšlės", - tai labai painia tematika vėžio tyrimuose ", - sakė Gary J. Patti, chemijos mokslų daktaras, Vašingtono universitete, Sent Luisas.

2016 m. Rugsėjo 12 d. Iš anksto internete " Nature Chemical Biology" klausimas Patti, o vėliau doktorantas, dabar PhD, Amanda (Ying-Jr) Chen apibūdina stebėtinai panašias paprasto eksperimento rezultatus. Iš pradžių imtasi išbandyti naują metodiką, jų išvados netikėtai užginčijo šią vėžio metabolizmo sąvoką.

Ištyrus laktatą, jie parodė, kad vėžio ląstelės gali gaminti savo energiją skirtingai nei manoma. Jie turi galimybę importuoti "atliekų produktą" laktatą į mitochondriją, kur galima išgauti likusią gliukozės energijos dalį.

"Jei ieškote laktozės mūsų bakalauro biocheminio vadovėlyje, jis sako, kad laktatas yra išskiriamas kaip atliekų produktas", - sakė Patti, tačiau mūsų tyrimai rodo, kad jis neturi būti, jis gali būti naudojamas produktyviai. "

Warburgo įspūdis

Dauguma energijos, kurią ląstelės turi gyventi, gaminamos mitochondrijose, vadinamojoje ląstelės variklyje. Citoplazmoje galima išskirti tik 5 proc. Gliukozės energijos, o 95 proc. Galima ekstrahuoti mitochondrijose. Norėdami gaminti energiją mitochondrijose, reikia deguonies. Tai paaiškina, kodėl mūsų raumenys nuovargį, kai mes naudojame. Jei mes raumenis paspartinsime greičiau, nei mūsų plaučiai gali deguonį tiekti, tai mes galime išgauti tik 5 proc. Energijos iš gliukozės.

1924 m. Vokiečių fiziologas Otto Warburgas atrado, kad vėžio ląstelės linkusios gliukozę fermentuoti į laktatą net esant deguoniui. Jie akivaizdžiai pereina nuo metabolizuojančios gliukozės mitochondrijose, kad sumažintų daugumą gliukozės citoplazmoje.

Labai piktybinės ląstelės gali metabolizmą citoplazmoje paveikti 200 kartų greičiau nei įprastos ląstelės.

Šis stebėjimas, vadinamas Warburgo efektu, seniai pamiršo vėžio tyrėjus. Kodėl sparčiai augančios ląstelės pereina prie metabolizmo būdo, kuris sukuria mažiau energijos? Kokį pranašumą jis suteikia?

Nepaisant daugelio pastangų išspręsti šią problemą, ji niekada neatsisakė. "Jei pažvelgsite į medžiagų apykaitos žemėlapius literatūroje, paprastai yra tik rodyklė, rodanti laktaciją, einančią už ląstelės ribų. Tai tik viena rodyklė, tačiau tai labai skiriasi."

Turgus, kurio nebuvo

Apskaičiuojant medžiagų apykaitą objektyviai, "Patti" laboratorija ženklina maistines medžiagas (izotopų etiketes), kad galėtų stebėti, kas iš jų pasireiškia, kai jie metabolizuojami ląstelėmis.

"Mes sukūrėme šią technologiją", - sakė Patti. "Ir mes galvojome:" Gerai, kas yra pirmas dalykas, kurį turėtume išbandyti? " Mes nusprendėme išbandyti akivaizdų eksperimentą, kuris buvo laktatas, kuris dažnai vadinamas tuščiuoju. Mes tikėjomės, kad vėžinių ląstelių suteikimas šiam neveikiančiam žymeliui parodys, kad mūsų technologija veikia, nes mes nematysime daugybės kitų žymių. "

Tačiau kai eksperimentas padarė Chenas, jis pasirodė ne taip, kaip tikėtasi. "Mes matėme tūkstančius ženklintų signalų", - sakė ji. "Beveik visi ląstelės ląstelės buvo pažymėtos. Tai buvo labai netikėta ir įdomi". Ląstelės ne tik ekstrahavo laktato energiją, bet ir panaudojo savo atomus, kad būtų galima padaryti kitus svarbius elementus, būtinus vėžio ląstelių augimui.

"Tai didelis perėjimas", - sakė Patti. "Mes einame, sakydami, kad kažkas yra išmestas, sakydamas, kad ji veiksmingai sukuria visą molekulių grupę vėžio ląstelėse".

Kadangi tai buvo tokia stulbinanti išvada, komanda atliko keletą eksperimentų, siekdama užtikrinti, kad laktatas iš tikrųjų patenka į mitochondrijas. Eksperimentai ne tik patvirtino, kad laktatas gali būti transportuojamas į mitochondrijas, bet ir parodė, kad mitochondrijų fermentas metabolizuoja laktatą, gaminantis energiją ir korinio bloko konstrukcijas.

Turi savo pyragą ir valgyti taip pat

Taigi, kodėl gaišti pastangas, kad gliukozė būtų transformuojama į laktatą, jei ji vis tiek bus transportuojama į mitochondrijas?

Kai ląstelės metabolizuoja gliukozę citoplazmoje, ji gamina elektronus. Jie turi kažkur įdėti elektronus arba negali tęsti griežtai reguliuojamų medžiagų apykaitos reakcijų. Sveika ląstelės perkelia elektronus į mitochondrijas, bet vėžio ląstelės elektronus daro taip greitai, kad negali atsilaikyti. Tai verčia vėžines ląsteles lipti elektronus ant laktato ir išsiskirti, arba taip buvo manoma.

"Manome, kad tai, ką radome, yra darbas", - sakė Patti. Vėžio ląstelės sulaiko elektronus ant lakto, tačiau tai nereiškia, kad brangios maistinės medžiagos turi būti švaistomi.

"Tai yra jūsų pyragas ir jį valgyti", - sakė jis.

menu
menu