Повышенная концентрация глюкозы способна изменять сахарный слой на поверхности опухолевых клеток и затруднять их уничтожение иммунными клетками, показало лабораторное исследование. Эффект зависел не только от уровня глюкозы, но и от физических и химических свойств окружения клетки. Ключевую роль в этом процессе исследователи связывают с фактором теплового шока HSF1. Пока результаты получены в экспериментальных клеточных моделях и не доказывают, что снижение сахара в крови или блокирование HSF1 улучшит результаты лечения пациентов с раком.
Исследование опубликовано в журнале Science Advances. Работу выполнили ученые из нескольких научных центров Северной Америки, включая Институт медицинских открытий Сэнфорд-Бернэм-Пребис (Sanford Burnham Prebys).
Ведущий автор работы Кевин Тарп (Kevin M. Tharp) изучал, как механические свойства окружающей среды влияют на обмен веществ в клетках. Исследователи предположили, что подобный механизм особенно важен для опухолей, поскольку первичная опухолевая ткань нередко имеет иные физические свойства, чем окружающие здоровые ткани.
Опухолевые клетки окружены сахарным слоем
Поверхность клеток покрывает гликокаликс — слой молекул, в состав которых входят углеводные компоненты. К ним относятся гликопротеины и гликолипиды, то есть соединения углеводов соответственно с белками и липидами.
Гликокаликс выполняет множество нормальных функций, однако его состав и структура могут меняться при опухолевом процессе. Плотный поверхностный слой способен влиять на взаимодействие опухолевой клетки с окружающей средой и иммунными клетками.
Авторы новой работы решили выяснить, каким образом свойства опухолевого микроокружения — совокупности окружающих клеток, межклеточного вещества, питательных веществ и физических факторов — могут изменять этот сахарный слой.
Ученые сравнили мягкую и жесткую среду
Клетки выращивали в экспериментальных условиях с различной жесткостью. Одни условия имитировали более мягкую нормальную ткань, другие — более жесткую среду, характерную для первичной опухоли.
Одновременно ученые сравнили два варианта питательной среды. Один представлял собой традиционный состав, широко используемый для выращивания клеток в лаборатории. Второй был разработан таким образом, чтобы лучше воспроизводить концентрации питательных веществ, характерные для организма человека.
Каждый вариант дополнительно исследовали при разных концентрациях глюкозы.
Такой дизайн позволил проверить не только действие избытка глюкозы само по себе, но и то, зависит ли ответ клетки от ее механического и метаболического окружения.
Избыток глюкозы утолщал гликокаликс не во всех условиях
Исследователи обнаружили, что жесткость среды, состав питательных веществ и концентрация глюкозы меняли белковый и метаболический профиль клеток, а также структуру их гликокаликса.
Особенно важно, что повышенный уровень глюкозы приводил к увеличению толщины гликокаликса не универсально. Выраженный эффект наблюдался при выращивании клеток в физиологически более близкой питательной среде.
По мнению авторов, это подчеркивает ограничение традиционных лабораторных экспериментов: стандартная питательная среда может изменять метаболизм клеток настолько сильно, что некоторые биологически значимые реакции становятся менее заметными или вообще не выявляются.
Глюкоза становится строительным материалом для поверхностных молекул
Глюкоза используется клеткой не только для получения энергии. Продукты ее обмена могут становиться исходным материалом для образования гликоконъюгатов — молекул, содержащих углеводные компоненты и входящих в состав гликокаликса.
Исследователи обнаружили выраженные различия в составе таких соединений между клетками, выращенными в традиционной и физиологически более близкой среде.
Гипергликемия — повышенная концентрация глюкозы — также меняла состав гликоконъюгатов.
Таким образом, влияние избытка глюкозы на опухолевые клетки оказалось связано не просто с увеличением доступного источника энергии, а с перестройкой молекул на поверхности клетки.