В новом исследовании, опубликованном в журнале Science, ученые из Мемориального Онкологического Центра Слоана Кеттеринга (Memorial Sloan Kettering Cancer Center) обнаружили, что раковые клетки получают энергию из глюкозы путем ее ферментации. Этот независимый от кислорода процесс происходит быстро, но оставляет большую часть энергии в глюкозе неиспользованной.
Эффект Варбурга
На протяжении многих лет выдвигались различные гипотезы для объяснения эффекта Варбурга, включая идею о том, что раковые клетки имеют дефектные митохондрии – свои «энергетические фабрики» – и поэтому не могут выполнять контролируемое сжигание глюкозы. Но ни одно из этих объяснений не выдержало испытания временем. Например, митохондрии раковых клеток работают на 100 процентов.
Материалы и методы исследования
Новое исследование основано на большом наборе генетических и биохимических экспериментов. Это сводится к ранее недооцененной связи между эффектом Варбурга в метаболизме опухоли и активностью фермента-источника энергии в клетке, называемого PI3-киназой.
Киназа PI3 – это ключевая сигнальная молекула, которая функционирует почти как главнокомандующий клеточным метаболизмом. Большинство энергетических событий в клетках, включая их деление, происходят только тогда, когда киназа PI3 дает сигнал. По мере того как клетки переходят к метаболизму Варбурга, повышается активность киназы PI3, и, в свою очередь, усиливается приверженность клеток к делению.
Результаты научной работы
Полученные результаты пересматривают общепринятую среди биохимиков точку зрения, согласно которой метаболизм является вторичным по отношению к клеточной сигнализации. Ученые также предполагают, что нацеливание на метаболизм может быть эффективным способом помешать росту рака. Ученые изучали метаболизм Варбурга в иммунных клетках. Когда иммунные клетки предупреждаются о наличии инфекции, определенный тип, называемый Т-клетками, переходит от типичной кислородсжигающей формы метаболизма к метаболизму Варбурга. Ключевым переключателем, управляющим этим сдвигом, является фермент под названием лактатдегидрогеназа А (ЛДГА), который вырабатывается в ответ на сигнализацию киназы PI3. В результате этого переключения глюкоза остается только частично расщепленной, и АТФ быстро генерируется в цитозоле клетки.
Ученые обнаружили, что у мышей Т-клетки, лишенные ЛДГА, не могут поддерживать свою активность киназы PI3 и в результате не могут эффективно бороться с инфекциями. Ученые предполагали, что данный метаболический фермент контролирует сигнальную активность клетки.
Как и другие киназы, киназа PI3 полагается на АТФ для выполнения своей работы. Поскольку АТФ является чистым продуктом метаболизма Варбурга, между метаболизмом Варбурга и активностью киназы PI3 устанавливается положительная обратная связь, обеспечивающая непрерывную активность киназы PI3 и, следовательно, деление клеток.
Что касается того, почему активированные иммунные клетки предпочтительно прибегают к этой форме метаболизма, ученые подозревают, что это связано с необходимостью клеток быстро вырабатывать АТФ, чтобы ускорить их клеточное деление и механизмы борьбы с инфекциями.
Как и в случае с иммунными клетками, раковые клетки могут использовать метаболизм Варбурга в качестве способа поддержания активности данного сигнального пути и, следовательно, обеспечивать их непрерывный рост и деление. Полученные результаты повышают интригующую возможность того, что врачи могут сдерживать рост рака, блокируя активность ЛДГА – переключателя метаболизма Варбурга.
Авторы другого исследования утверждают, что пищевая добавка поможет усилить иммунотерапию рака.
Врач кардиолог, терапевт, врач функциональной диагностики АО «СЗЦДМ» (г. Санкт-Петербург), редактор и автор статей
