Учёные нашли способ замедлить рост опухоли, искусственно «включив» работу митохондрий (энергетических станций) в раковых клетках. Новый генетически кодируемый инструмент позволяет управляемо активировать обмен веществ митохондрий опухолевых клеток. Об этом сообщили в пресс-службе Российского научного фонда.
Ключевой вывод исследования касается эффекта Варбурга, который характеризуется перестройкой метаболизма в опухолевых клетках, приводящей к усилению расщепления глюкозы и снижению зависимости от выработки энергии в митохондриях.
Учёные разработали инструмент под названием Grubraw, который позволяет обойти одно из ограничений этого обмена веществ. Grubraw — это фермент, который может искусственно активировать метаболизм митохондрий внутри опухолевых клеток. Этот фермент проникает в митохондрии и с помощью D-аланина синтезирует пируват, необходимый для возобновления нормальной выработки энергии.
При активации фермента в опухолевых клетках увеличивалось потребление кислорода и усиливался окислительный метаболизм, одновременно снижалась скорость деления клеток. Этот эффект наблюдался в большинстве исследованных линий опухолевых клеток.
В клетках меланомы человека Lu451 активация фермента также приводила к снижению скорости деления клеток. Эти клетки затем использовались для создания опухолей у мышей с ослабленным иммунитетом. Эксперименты показали, что даже частичное восстановление метаболизма митохондрий может существенно повлиять на рост опухоли.
Для понимания механизма учёные изучили изменения в работе генов в опухолевых клетках. Активация митохондрий снижала активность ряда генов, контролирующих клеточный цикл, деление и удвоение ДНК. Это указывает на наличие обратной регуляторной связи: не только активное деление клеток влияет на их метаболизм, но и состояние митохондрий может передавать сигнал, ограничивающий деление клеток.
Неожиданным результатом стало обнаружение механизма, с помощью которого опухолевые клетки противостоят усилению метаболизма митохондрий. После активации Grubraw часть пирувата, образующегося в митохондриях, выводилась клеткой наружу. По мнению учёных, это может быть одним из механизмов, позволяющих опухолевым клеткам поддерживать свой уникальный метаболизм. Другими словами, клетки пытаются «избавиться» от избытка метаболических субстратов, не допуская полного восстановления нормального функционирования митохондрий.
Полученные данные расширяют традиционное понимание эффекта Варбурга. Исследование показывает, что существует двусторонняя связь: подавление метаболизма митохондрий стимулирует деление клеток, тогда как его активация, напротив, может ограничивать этот процесс.
«Мы показали, что митохондриальный метаболизм может выступать не просто источником энергии для клетки, а активным регулятором ее деления. Особенно интересно, что для замедления роста опухоли оказалось достаточно лишь частично изменить метаболический режим клетки», — отмечает руководитель исследования, грантополучатель РНФ, генеральный директор Федерального центра мозга и нейротехнологий ФМБА России Всеволод Белоусов.
Учёные подчёркивают, что фермент – это пока не лекарственный препарат. Но работа открывает новое направление для поиска противоопухолевых подходов: воздействие не только на опухолевые сигнальные пути, но и на связь между обменом веществ митохондрий и программой клеточного деления. Следующий важный вопрос – определить молекулярный сигнал, который возникает в митохондриях при усилении их работы и передаётся в ядро клетки. Исследование выполнено коллективом учёных Федерального центра мозга и нейротехнологий ФМБА России, РНИМУ им. Н.И. Пирогова, Института биоорганической химии им. академиков М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН и других научных организаций. Опубликовано в журнале Nature Chemical Biology.
Опухоли головного мозга изучают не только на уровне клеток, но и на уровне нейронных связей. Как рассказывала интернет-газета «ЖУК», нейроны могут ускорять рост опухолей головного мозга.