Исследование метаболизма раковых клеток

Рост рака начинается на клеточном уровне и обусловлен нарушенным метаболизмом. Понимание измененного метаболизма рака вновь привлекает внимание исследователей.

Ключевая гипотеза: Почти 100 лет назад немецкий физиолог Отто Варбург предположил, что рост рака вызван потреблением митохондриями аномально большого количества глюкозы даже в присутствии кислорода (здоровые клетки потребляют глюкозу только в отсутствие кислорода). Это явление названо эффектом Варбурга. Варбург считал рак прежде всего метаболическим заболеванием, хотя последующие исследования выдвинули идею, что в основе рака лежат генетические мутации.

Цель исследования: Выяснить, как аномалии метаболизма рака, такие как эффект Варбурга, помогают или вредят росту опухоли. Например, учитывая внутреннюю неэффективность гликолиза, раковые клетки должны быть в невыгодном положении по сравнению со здоровыми тканями.

Методология: Исследование рассматривало метаболизм рака на нескольких уровнях (внутриклеточном, клеточном, многоклеточном) и создавало инструменты для этого. Группа смоделировала процессы в трех метаболических сценариях:

  1. Эффект Варбурга (аэробное потребление глюкозы).
  2. Зависимость от глутамина, рассматривавшаяся как отличительная черта метаболизма рака.
  3. Обратный эффект Варбурга, при котором раковые клетки "захватывают" нераковые клетки в микроокружении опухоли и заставляют их потреблять глюкозу, как раковые клетки.

Один из использованных инструментов — анализ баланса потоков (Flux-Balance Analysis, FBA), вычислительный метод для определения использования питательных веществ в ходе метаболического процесса внутри отдельных клеток.

Результаты:

  • Используя результаты FBA в моделях популяций клеток в виде солидных опухолей, группа подтвердила, что эффект Варбурга обеспечивает преимущество в росте для опухоли.
  • Было показано, что зависимость от глутамина не приносит пользы для роста опухолевых клеток.
  • Команда также предложила новые представления о взаимоотношениях здоровых и опухолевых клеток при обратном эффекте Варбурга, который позволяет большему количеству кислорода проникать в раковую массу в условиях ограниченных ресурсов микроокружения.

Вывод: Работа подтверждает почти столетнюю теорию Варбурга, ставя эту древнюю гипотезу на более прочную основу, и количественно показывает, как раковые клетки используют этот механизм. Исследование открывает двери для будущих изысканий.