Новый способ заставить раковые клетки «голодать»

Ученые обнаружили новый способ, позволяющий предотвратить рост раковых клеток легкого, блокируя способность этих клеток использовать альтернативные источники поступления питательных веществ. Способ был разработан на основе данных о метаболических программах, используемых раковыми клетками для стимуляции своего роста. Результаты исследования можно использовать при создании новых способов терапии рака легкого, второго по распространенности типа рака. На его долю приходится одна четверть всех случаев смерти от онкологических заболеваний. Новые данные были опубликованы в журнале Molecular Cell.

Откуда раковые клетки получают энергию?

Метаболизм раковых клеток значительно отличается от метаболизма здоровых клеток. Быстрая пролиферация означает, что у злокачественных клеток повышена потребность в энергии. Клетки восполняют ее, используя в качестве основного источника питания глюкозу (сахар). Раковые клетки потребляют глюкозу в количестве, которое в десятки и даже в сотни раз превышает количество, потребляемое здоровыми клетками. Когда запасы глюкозы сокращаются, раковые клетки могут начать использовать альтернативные источники энергии, чтобы поддержать свой рост и выжить в экстремальных условиях.

Исследовательская команда из Университета МакГилла (McGill University, Канада), Университета Вашингтона в Сент-Луисе (Washington University in St. Louis), Бристольского Университета (University of Bristol, Великобритания) и Российского Университета ИТМО изучала реакцию раковых клеток, наблюдаемую в ответ на снижение количества глюкозы, основного источника энергии большинства злокачественных клеток. Научная команда решила провести эксперименты над одним из самых распространенных типов рака легкого – немелкоклеточном раке легкого, на долю которого приходится 85-90% всех пациентов с раком легкого. Результаты их исследования показали, что при снижении концентрации глюкозы некоторые злокачественные клетки начинают использовать аминокислоту глютамин для поддержания своего энергетического баланса.

Ученые показали, что для перепрограммирования метаболизма раковые клетки используют фермент PEPCK. «До недавнего времени фермент PEPCK исследовался только в специализированных тканях, которые синтезируют глюкозу, например, в печени, – говорит Эмма Винсент (Emma Vincent), исследователь из Университета МакГилла, ведущий исследователь. – Мы продемонстрировали, что некоторые раковые клетки также способны экспрессировать фермент PEPCK, что позволяет им превращать глютамин в энергию для поддержания своего роста. Фермент PEPCK позволяет раковым клеткам не просто выжить, но продолжить пролиферировать в условиях голодания». Ученые продемонстрировали, что блокирование фермента PEPCK у раковых клеток замедляет рост опухолей у мышей.

Альтернативные источники энергии для раковых клеток

Исследовательская команда также выявила повышение концентрации PEPCK в тканях пациентов с раком легкого. «Тот факт, что концентрация фермента PEPCK повышена в некоторых случаях у пациентов с раком легкого, позволяет предположить, что этот фермент может иметь значение в развитии заболевания у человека, – говорит Рассел Джоунс (Russell Jones), доцент физиологии из Онкологического Научно-Исследовательского Центра Гудмана при Университете МакГилла (McGill University's Goodman Cancer Research Centre, Канада). – Полученные нами результаты свидетельствуют о том, что раковые клетки могут использовать альтернативные источники питания для того, чтобы способствовать своему росту в условиях стресса».

«Понимание механизмов, которые раковые клетки используют для того, чтобы адаптироваться к окружающей среде, открывает новые возможности для лечения этого смертельного заболевания. Мы надеемся, что наши исследования фермента PEPCK и биологических изменений в раковых клетках легкого приведут к созданию инновационной терапии немелкоклеточного рака легкого», – говорит Алексей Сергушичев, специалист в области биоинформатики, аспирант кафедры компьютерных технологий Университета ИТМО.

По материалам McGill University

Оригинальная статья:
Emma E. Vincent, Alexey Sergushichev, Takla Griss, Marie-Claude Gingras, Bozena Samborska, Thierry Ntimbane, Paula P. Coelho, Julianna Blagih, Thomas C. Raissi, Luc Choinière, Gaëlle Bridon, Ekaterina Loginicheva, Breanna R. Flynn, Elaine C. Thomas, Jeremy M. Tavaré, Daina Avizonis, Arnim Pause, Douglas J.E. Elder, Maxim N. Artyomov, Russell G. Jones. Mitochondrial Phosphoenolpyruvate Carboxykinase Regulates Metabolic Adaptation and Enables Glucose-Independent Tumor Growth. Molecular Cell, 2015; 60 (2): 195 DOI: 10.1016/j.molcel.2015.08.013