Используя раковые клетки легкого человека, исследователи из Юго-западного медицинского центра Университета Техаса (UT Southwestern Medical Center) раскрыли, как клетки в целом модулируют потребление энергии в зависимости от окружающей обстановки и, кроме того, как раковые клетки перекрывают эти сигналы для максимального использования энергии. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature.
Актуальность проблемы
«Раковые клетки испытывают различные механические условия во время роста и распространения опухоли, поэтому мы задавались вопросом, влияют ли механические условия также на гликолиз — потребление энергии клеткой. Усовершенствованный гликолиз является отличительной чертой рака», — комментирует автор исследования Гауденц Данузер (Gaudenz Danuser). «Механика микросреды клетки влияет на функции клетки, такие как рост, выживание, смерть и изменения в форме клетки. Все эти виды поведения требуют энергии, но до сегодняшнего дня не изучалось, как клетки могут изменять свое использование энергии в зависимости от микросреды».
Клетки могут ощущать жесткость тканей и материалов вокруг них через белки, которые составляют их скелет. Особенно легкие клетки растягиваются и сжимаются при каждом вдохе; однако ткани легкого напрягаются, когда развиваются определенные состояния, такие как легочный фиброз или рак.
Материалы и методы исследования
Ученые намеревались изучить взаимодействие между использованием энергии и жесткостью тканей. Сначала в лаборатории выращивали здоровые клетки легких на жестких и мягких поверхностях отдельно — стекло, покрытое жестким коллагеном, или стекло, покрытое более мягким, желатиновым коллагеном. Измеряя метаболиты расщепления, ученые обнаружили, что клетки, выращенные на мягких поверхностях, обычно уменьшают потребление энергии (жесткая поверхность — больше метаболитов; мягкая поверхность — меньше метаболитов).
Затем ученые исследовали, как это контролируется, и, в частности, производят ли клетки такое же количество одного критического фермента, фосфофруктокиназы (ФФК), необходимого для метаболизма глюкозы.
Результаты научного исследования
Полученные данные показали, что гораздо меньше фермента было обнаружено в клетках, выращенных на мягких поверхностях. Выращивая раковые клетки легких на тех же жестких и мягких поверхностях, ученые обнаружили большее количество ФФК в клетках, выращенных на жесткой поверхности, но также нашли применение высокой энергии на мягких поверхностях на основе измерения распада метаболитов.
Чтобы подтвердить, действительно ли это произошло в неповрежденных легких, ученые измерили те же самые метаболиты у пациентов в здоровых тканях и опухолевых. Используя компьютерный измерительный инструмент, ученые смогли приблизить уровни ФФК в отдельных клетках, растущих в более мягком центре легкого, вблизи жестких ветвей дыхательных путей и в опухолях.
«Эти эксперименты позволили нам сделать вывод о том, что действительно существует механическая регуляция клеточного метаболизма и что раковые клетки могут переопределить эту регуляцию», — резюмировал Данузер.
Авторы другого исследования помогают иммунной системе обнаружить скрытые раковые клетки.
Врач кардиолог, терапевт, врач функциональной диагностики АО «СЗЦДМ» (г. Санкт-Петербург), редактор и автор статей
