Кислородное голодание перепрограммирует митохондрии

Митохондрии сжигают кислород и обеспечивают организм энергией. Клеткам, испытывающим недостаток кислорода или питательных веществ, приходится быстро менять источник энергии, чтобы продолжать расти. Учёные из Института биологии старения Общества Макса Планка показали, что при истощении кислорода и питательных веществ митохондрии перепрограммируются. Опухоли поджелудочной железы также могут использовать этот механизм, чтобы продолжать рост, несмотря на сниженный уровень питательных веществ и кислорода. Исследователи полагают, что белки в этом новом сигнальном пути могут стать хорошей мишенью для терапии рака поджелудочной железы, для которого в настоящее время нет лекарств.

Клетки адаптируются к недостатку кислорода, переключая энергоснабжение на гликолиз, при котором сахар ферментируется без кислорода. Это может быть необходимо, например, в старости, когда клетки организма часто хуже снабжаются кислородом и питательными веществами. С этой же проблемой сталкиваются и раковые клетки, поскольку некоторые опухоли имеют плохое кровоснабжение, и к клеткам поступает мало кислорода и питательных веществ.

«Уже давно известно, что при недостатке кислорода клетки сокращают количество митохондрий и переключаются на гликолиз. Теперь мы обнаружили, что оставшиеся митохондрии дополнительно перепрограммируются, чтобы соответствовать новым требованиям», — объясняет директор Института Томас Лангер.

Переключение со встроенным таймером

Это происходит через новый сигнальный путь в клетке: протеаза в мембране митохондрий активируется при переходе к гликолизу и затем расщепляет различные белки в органеллах. В результате новые митохондрии не могут образовываться, а оставшиеся меняют свой метаболизм. Этот процесс в конечном итоге останавливается сам по себе, так как при высокой активности протеаза начинает расщеплять саму себя. «Этот сигнальный путь не только имеет встроенный таймер, но и обеспечивает очень быструю реакцию на недостаток кислорода», — сказал Лангер.

Снижение роста опухолевых клеток

Исследователи изучили раковые клетки, полученные от пациентов с опухолями поджелудочной железы. Эти опухоли растут в условиях кислородного голодания и являются высокоагрессивными. Учёным удалось снизить рост опухоли, отключив сигнальный путь в митохондриях. Это наблюдалось как в раковых клетках в чашке Петри, так и в опухолях поджелудочной железы у мышей.

«В настоящее время нет доступного лечения рака поджелудочной железы. Я считаю, что эта протеаза может стать очень интересной терапевтической мишенью, потому что мы видели, что сигнальный путь активен и у пациентов с раком поджелудочной железы», — объясняет Лангер. «Однако не известно веществ, которые воздействовали бы на эту протеазу».