چرا سلول‌های سرطانی انرژی زیادی را هدر می‌دهند

چرا سلول‌های سرطانی انرژی زیادی را هدر می‌دهند

وضعیت سلول های سرطانی

به گزارش دانشجو اینترنشنال به‌تازگی دانشگاه ام‌آی‌تی تحقیقاتی را راجع‌به سلول‌های سرطانی انجام داده است. تحقیقات MIT این سؤال طولانی‌مدت را روشن می‌کند که چرا سلول‌های سرطانی انرژی خود را از طریق تخمیر به دست می‌آورند.

در دهه 1920 ، اتو واربورگ، شیمی‌دان آلمانی کشف کرد که سلول‌های سرطانی مانند سلول‌های سالم قند را متابولیزه نمی‌کنند. از آن زمان، دانشمندان سعی کردند بفهمند که چرا سلول‌های سرطانی از این گزینه کمتر استفاده می‌کنند.

زیست شناسان MIT قبلاً پاسخ احتمالی این سؤال دیرینه را یافته‌اند. یک مطالعه در سلول مولکولی نشان داد که این مسیر متابولیکی، معروف به تخمیر، به سلول‌ها کمک می‌کند مقدار زیادی از مولکول به نام NAD + را که برای سنتز DNA و سایر مولکول‌های مهم مورد نیاز است، تولید کنند. یافته‌های آنها همچنین توضیح می‌دهد که چرا سلول‌های دیگر در حال تکثیر سریع مانند سلول‌های ایمنی بدن تحت تخمیر قرار می‌گیرند.

لاغری سریع شکم با روش‌های شگفت‌انگیز

متیو وندر هیدن، دانشیار زیست‌شناسی MIT و دستیار مدیر مؤسسه تحقیقات سرطان تلفیقی MIT می‌گوید: “این یک پارادوکس صدساله بود که بسیاری از مردم سعی کردند آن را به روش‌های مختلف توضیح دهند. “آنچه ما دریافتیم این است که در شرایط خاص، سلول‌ها نیاز به انجام بیشتر این واکنش‌های انتقال الکترون دارند که نیاز به NAD + برای تشکیل مولکول‌هایی مانند DNA دارد.”

وندر هیدن نویسنده اصلی مطالعه جدید است و نویسندگان اصلی آن دانش‌آموخته MIT و دانشجوی دکتری سابق دکتری Alba Luengo PhD ’18 و دانشجوی کارشناسی ارشد Zhaogi Li هستند.

متابولیسم ناکارآمد

تخمیر روشی است که در آن سلول‌ها می‌توانند انرژی موجود در قند را به ATP تبدیل کنند، ماده شیمیایی که سلول‌ها برای ذخیره انرژی برای تمام نیازهای خود استفاده می‌کنند. بااین‌حال، سلول‌های پستانداران با استفاده از فرایندی به نام تنفس هوازی که ATP بیشتری تولید می‌کند، قند را تجزیه می‌کنند.

سلول‌ها معمولاً فقط در شرایطی که اکسیژن کافی برای تنفس هوازی وجود نداشته باشد، تخمیر می‌شوند. از زمان کشف واربورگ، دانشمندان نظریه‌های زیادی را در مورد سلول‌های سرطانی ارائه داده‌اند تا از یک مسیر تخمیر ناکارآمد عبور کنند.

در ابتدا واربورگ اظهار داشت که تنفس هوازی می‌تواند به میتوکندری سلول‌های سرطانی آسیب برساند، اما مشخص شد که این مورد وجود ندارد. توضیحات دیگر به طور متفاوتی بر روی مزایای احتمالی تولید ATP متمرکز شده است، اما هیچ‌یک از این نظریه‌ها حمایت گسترده‌ای دریافت نکرده‌اند.

در این مطالعه، تیم MIT تصمیم گرفتند با پرسیدن اینکه اگر سلول‌های سرطانی توانایی تخمیر آنها را سرکوب کنند، چه اتفاقی می‌افتد، راه حلی پیدا کنند. برای انجام این کار، آنها سلول‌ها را با دارویی تحت درمان قرار دادند که مولکولی به نام پیروات را از مسیر تخمیر به دستگاه تنفسی هوازی وادار کرد. همان طور که دیگران قبلاً نشان داده‌اند، ثابت شده است که مهار تخمیر باعث کند شدن رشد سلول‌های سرطانی می‌شود.

سپس، آنها سعی کردند دریابند که چگونه توانایی تولیدمثل سلول‌ها را بازیابند درحالی‌که هنوز تخمیر را مسدود می‌کنند. روشی که آنها سعی کردند تحریک تولید NAD + باشد، مولکولی که به سلول‌ها کمک می‌کند تا الکترون‌های اضافی را که در هنگام تشکیل مولکول‌هایی مانند DNA و پروتئین‌ها ساطع می‌کنند، بریزند. هنگامی‌که سلول‌ها با دارویی که تولید NAD + را تحریک می‌کند تحت درمان قرار گرفتند، دریافتند که سلول‌ها دوباره تکثیر شده اند، حتی اگر هنوز قادر به تخمیر نبوده‌اند.

این امر محققان را به سمت این نظریه سوق داد که وقتی سلول‌ها به‌سرعت رشد می‌کنند، به NAD + بیشتری نسبت به ATP نیاز دارند. در حین تنفس هوازی، سلول‌ها مقادیر زیادی ATP و مقدار کمی + NAD تولید می‌کنند. وقتی سلول‌ها بیش از آنچه ATP می‌توانند استفاده کنند، تجمع پیدا کنند، تنفس کند شده و تولید NAD + کند می‌شود.

لی گفت: “هنگامی‌که هر دو NAD + و ATP را با هم تنظیم می‌کنید، فرض می‌کنیم که اگر نتوانید از شر ATP خلاص شوید، می‌توانید از کل سیستم پشتیبان تهیه کنید و NAD + را نمی‌توانید انجام دهید.” بنابراین، انتقال به یک روش کارآمدتر برای تولید ATP  که به سلول‌ها اجازه می‌دهد NAD + بیشتری تولید کنند، در واقع به آنها کمک می‌کند تا سریع‌تر رشد کنند.

لوئنگو می‌گوید: “اگر به گذشته نگاه کنید و به جاده‌ها نگاه کنید، متوجه می‌شوید که تخمیر به شما اجازه می‌دهد NAD + را به روشی غیر محدود ایجاد کنید.”

حل تناقض

محققان این ایده را روی سلول‌های دیگر در حال تکثیر سریع، از جمله سلول‌های ایمنی بدن آزمایش کردند و دریافتند سلول‌هایی که تخمیر را مسدود می‌کنند اما به روش‌های دیگر تولید NAD + اجازه می‌دهند به‌سرعت تقسیم شوند. همین پدیده در سلول‌های غیر پستانداران مانند مخمر تخمیر متفاوت تولید اتانول مشاهده شده است.

وندر هیدن می‌گوید: “همه سلول‌های تولیدمثل نیازی به این کار ندارند.” وی گفت: “فقط سلول‌ها هستند که به‌سرعت رشد می‌کنند.” اگر سلول‌ها آن‌قدر سریع رشد می‌کنند که نیازهای متابولیکی آنها از میزان سوختن ATP بیشتر است، پس به سراغ چنین متابولیسم بروید.

بنابراین، پارادوکس‌های بسیاری را که در ذهن من وجود دارد حل می‌کند. ” یافته‌ها نشان می‌دهد داروهایی که سلول‌های سرطانی را مجبور می‌کنند به‌جای تخمیر به تنفس هوازی برگردند، ممکن است راهی برای درمان تومورها ارائه دهند. محققان همچنین می‌گویند داروهایی که تولید NAD + را مهار می‌کنند ممکن است اثرات مفیدی داشته باشند.

بودجه این مطالعه توسط مرکز انکولوژی مولکولی لودویگ، بنیاد ملی علوم، انستیتوهای ملی بهداشت، انستیتوی پزشکی هوارد هیوز، شورای تحقیقات پزشکی، خون و پیوند NHS ، بنیاد Novo Nordisk ، بنیاد Knut و آلیس والنبرگ تأمین شد.