Nowe odkrycie pomogło rozwiązać ponad 100-letnią zagadkę dotyczącą komórek nowotworowych
Otto Warburg odkrył, że komórki rakowe nie wykorzystują cukru jako paliwa, jak się wszystkim wydawało. Za swoją pracę otrzymał nagrodę Nobla w 1931 roku.
Efekt Warburga
Niemiecki biochemik dokładnie opisał procesy komórek rakowych – nie „spalają” cukru przy użyciu tlenu, jak robi to większość komórek w naszym ciele. Komórki rakowe wolą taktykę wykorzystywaną przez drożdże – fermentację.
Ten proces dziś znany jest jako efekt Warburga. Jest szybki i zwykle preferowany przez komórki rakowe do produkcji enzymu ATP, który wykorzystywany jest jako energia nawet w warunkach, w których dostępny jest tlen.
Nie jest to najskuteczniejszy sposób na wykorzystanie energii zgromadzonej w cząsteczkach cukru, więc naukowcy od wielu lat zastanawiali się, dlaczego komórki rakowe preferują ten mechanizm. W tym czasie pojawiło się wiele teorii.
Kinaza PI3
Żadna z hipotez jednak nie wytrzymała próby czasu ani postępu medycyny. Niedawno jednak naukowcy z Instytutu Sloan Kettering pod kierownictwem dr Ming Li opublikowali potencjalne wyjaśnienie w czasopiśmie Science.
Za pomocą eksperymentów biochemicznych i genetycznych, zespół wykazał, że wszystko sprowadza się do cząsteczki sygnalizującej czynnik wzrostu zwanej kinazą PI3. Enzym jest zaangażowany w szeroki zakres czynności komórkowych, takich jak podział, proliferacja, wzrost i przeżycie.
Kinaza PI3 jest kluczową cząsteczką sygnałową, która działa prawie jak naczelny dowódca metabolizmu komórkowego. Większość kosztownych energetycznie zdarzeń komórkowych, w tym podział, zachodzi tylko wtedy, gdy kinaza PI3 daje sygnał. Kinaza PI3 jest bardzo krytyczna w kontekście raka. – wyjaśnił dr Li
Metabolizm komórek nowotworowych
Kinaza PI3 była szeroko badana jako część kluczowego szlaku sygnałowego zaangażowanego w proliferację i metabolizm raka. Kiedy komórki rakowe zaczynają się zmieniać i wykorzystywać efekt Warburga, poziom kinazy PI3 wzrasta.
Konsekwencją jest większe zaangażowanie w podział i proliferację, czyli charakterystyczne cechy raka. To zwróciło uwagę naukowców na inny typ komórek, które mają zdolność wykorzystywania „nieskutecznego” efektu Warburga – komórek odpornościowych.
Kiedy limfocyty T są ostrzegane o pobliskiej infekcji i muszą szybko się dzielić, aby zwiększyć swoją liczbę. Są również w stanie wyłączyć spalanie cukru w produkcji energii i włączyć efekt Warburga, aby wytworzyć ATP i wspomóc proliferację.
LDHA
To przejście z użycia tlenu do rozpoczęcia procesu fermentacji jest kontrolowane przez enzym LDHA, który z kolei jest regulowany przez aktywność kinazy PI3 w komórce. Naukowcy odkryli, że brak enzymu LDHA sprawia, że komórkach T nie da się utrzymać normalnego poziomu kinazy PI3.
W efekcie komórki T nie są w stanie zwalczać infekcji, ponieważ nie dzielą się prawidłowo. To doprowadziło do przekonania, że LDHA w jakiś sposób reguluje cząsteczkę sygnalizacyjną kinazy PI3 w komórkach.
Naukowcy wyjaśniają, że podobnie jak większość enzymów, kinaza PI3 wykorzystuje ATP jako aktywujące źródło energii do wykonywania swoich funkcji, jak wymuszenie podziału komórkowego.
Naukowcy pracowali przy założeniu, że metabolizm jest drugorzędny w stosunku do sygnalizacji czynnika wzrostu. Innymi słowy, sygnalizacja czynnika wzrostu napędza metabolizm, a metabolizm wspiera wzrost i proliferację komórek. Tak więc obserwacja, że enzym metaboliczny, taki jak LDHA, może wpływać na sygnalizację czynnika wzrostu przez kinazę PI3, naprawdę przyciągnęła naszą uwagę. – powiedział Li
Zagadka rozwiązana
Odkrycia obalają dotychczasowy pogląd, że sygnalizacja komórkowa napędza metabolizm w nowotworach. Jak wykazali naukowcy, enzymy metaboliczne mogą napędzać cząsteczki sygnalizacyjne, które z kolei kierują podziałem i wzrostem komórek.
W końcu wyjaśniono tajemnicę, dlaczego komórki rakowe preferują proces fermentacji. Choć konieczne są dalsze badania, odkrycia otwierają drogę dla nowych terapii, które będzie można ukierunkować na LDHA podczas walki z proliferacją i wzrostem raka.
